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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum temperaturabhängigen Abbau des Drucks eines in einem Drucktank gelagerten Mediums.
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In einer Vielzahl von technischen Anwendungen wird ein Medium benötigt, welches unter einem bestimmten Druck steht. Solange dabei ein bestimmter Druck nicht überschritten wird, geht von diesem Medium keine Gefahr aus, da der Drucktank, in welchem das Medium gelagert ist, diesem Druck problemlos widerstehen kann. Insbesondere dann, wenn es sich bei diesem Medium um einen gasförmiges Medium handelt, steigt der Druck schnell an, wenn sich die Umgebungstemperatur erhöht. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn ein Brand in der Umgebung des Drucktanks entsteht. Hierdurch kann es dazu kommen, dass sich das Medium entzündet und explodiert. Weiterhin kann es zu einem Bersten des Drucktanks kommen. Durch beide Vorgänge entsteht eine ernste Gefährdung der sich in der Umgebung des Drucktanks aufhaltenden Personen. Zudem können Gegenstände, die sich in der Umgebung des Drucktanks befinden, beschädigt oder zerstört werden.
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Eine besondere Gefahr geht von gasbetriebenen Fahrzeugen aus, die beispielsweise mit Autogas, Erdgas oder Wasserstoff betrieben werden. Wenn das Fahrzeug beispielsweise infolge eines Unfalls beginnt zu brennen, muss dafür gesorgt werden, dass der Druck des im Drucktanks gelagerten Mediums so schnell wie möglich abgebaut wird, um die oben beschriebenen Folgen wirksam zu vermeiden.
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Es sind Vorrichtungen zum temperaturabhängigen Abbau des Drucks eines in einem Drucktank gelagerten Mediums bekannt, welche ein temperaturempfindliches Element aufweisen, das sich unter den normalen Betriebstemperaturen im festen Aggregatszustand befindet und sich verflüssigt, wenn die Temperatur einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Diese Vorrichtungen sind so eingerichtet, dass beim Überschreiten des Schwellenwertes ein mit dem Drucktank verbundener Kanal geöffnet wird, so dass das Medium aus dem Drucktank ausströmen kann.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der
WO 2012/123 974 A1 bekannt. Im festen Zustand stützt sich ein Sitz auf dem temperaturempfindlichen Element ab. Der Sitz ist so angeordnet, dass ein Verriegelungskörper gegen einen Verschlusskörper gepresst wird, der den mit dem Drucktank verbundenen Kanal gegenüber der Atmosphäre abdichtet. Der Verriegelungskörper ist kugelförmig ausgebildet. Der Sitz weist zum Verriegelungskörper korrespondierende Abschnitte auf, so dass die Kräfte des Verriegelungskörpers gleichmäßig auf das temperaturempfindliche Element, welches üblicherweise aus einem relativ weichen Material besteht, verteilt werden. Überschreitet die Temperatur den Schwellenwert, so verflüssigt sich das temperaturempfindliche Element. In vielen Fällen steigt gleichzeitig der Druck im Drucktank und folglich im Kanal an, so dass eine erhöhte Kraft auf den Verschlusskörper wirkt, die vom Drucktank weg gerichtet ist. Aufgrund dieser Kraft und der durch diese Kraft bewirkte Bewegung des Verschlusskörpers wird der Verriegelungskörper stärker gegen den Sitz gepresst, der sich aufgrund der Verflüssigung des temperaturempfindlichen Elements nicht mehr auf diesem abstützen kann. Der Sitz verdrängt das flüssige temperaturempfindliche Element aus dem Bereich, in welchem das temperaturempfindliche Element im festen Zustand angeordnet ist. Folglich kann sich der Verschlusskörper bewegen, wodurch der Kanal geöffnet und der Druck abgebaut wird.
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Nachteilig an derartigen Vorrichtungen ist jedoch, dass das verflüssigte temperaturempfindliche Element relativ langsam aus der Vorrichtung verdrängt wird. Infolgedessen öffnet der Verschlusskörper ebenfalls relativ langsam, was dazu führt, dass der Druck im Drucktank entsprechend langsam abgebaut wird. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass das temperaturempfindliche Element nach dem Verflüssigen nicht vollständig aus der Vorrichtung entfernt wird, wodurch der Verschlusskörper den Kanal nicht weit genug öffnet. Auch hierdurch wird der Druck langsam abgebaut.
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Eine weitere Ausführungsform derartiger Vorrichtungen ist aus der
WO 2014/141 179 A1 bekannt, bei welcher das temperaturempfindliche Element im festen Zustand den Kanal abdichtet. Verflüssigt sich das temperaturempfindliche Element, umströmt das unter Druck stehende Medium das temperaturempfindliche Element. Beim Ausströmen des unter Druck stehenden Mediums expandiert das Medium, wodurch sich das Medium selbst abkühlt und die Temperatur in der Umgebung des Mediums abgesenkt wird. Hierdurch sinkt auch die Temperatur, die auf das temperaturempfindliche Element einwirkt, welches sich infolgedessen wieder verfestigen kann, wodurch der Verschlusskörper den Kanal nicht vollständig freigibt und der Druckabbau verlangsamt wird. Ein schneller Druckabbau ist aber von hoher Wichtigkeit, um die Gefahr, die von einem berstenden Drucktank ausgeht, spürbar vermindern zu können.
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In der
WO 2012/114 358 A1 ist eine Vorrichtung gezeigt, in welcher das temperaturempfindliche Element im festen Zustand den Verschlusskörper in einer den Kanal abdichtenden Position hält. Übersteigt die Temperatur den Schwellenwert, verflüssigt sich das temperaturempfindliche Element und läuft in einen Aufnahmeraum des Verschlusskörpers hinein. Da aber das ausströmende Medium am Verschlusskörper entlang strömt, kann die hierdurch erzeugte Kälte dafür sorgen, dass das temperaturempfindliche Element erstarrt und den Kanal nicht vollständig frei gibt.
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Die
WO 2014/016 809 A1 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher sich das temperaturempfindliche Element in einem Gehäuse aus einem spröden Material wie Glas befindet. Das Gehäuse hält den Verschlusskörper in einer Position, in welcher er den Kanal abdichtet. Überschreitet die Temperatur den Schwellenwert, dehnt sich das temperaturempfindliche Element so weit aus, dass das Gehäuse bricht. Da das nun gebrochene Gehäuse den Verschlusskörper nicht mehr in einer den Kanal abdichtenden Position halten kann, kann der Druck im Drucktank abgebaut werden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass das Gehäuse unter Stoßeinwirkungen brechen kann, ohne dass die Temperatur den Schwellenwert überschritten hat. Das Gehäuse muss aufwendig gelagert werden, um ein derartiges Fehlauslösen zu vermeiden.
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Weitere Vorrichtungen zum temperaturabhängigen Abbau des Drucks eines in einem Drucktank gelagerten Mediums sind in der
US 2005/0 150 548 A1 , der
US 2010/0 078 078 A1 , der
EP 2 949 977 A1 , der
US 2009/0 293 958 A1 , der
DE 60 2005 004 371 T2 und der
US 2012/0 132 298 A1 gezeigt.
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Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum temperaturabhängigen Abbau des Drucks eines in einem Drucktank gelagerten Mediums anzugeben, mit welcher der Druck schnell und zuverlässig abgebaut werden kann, wenn die Temperatur einen vorgebbaren Schwellenwert überschritten hat.
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Diese Aufgabe wird mit den in dem Ansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum temperaturabhängigen Abbau des Drucks eines in einem Drucktank gelagerten Mediums, umfassend einen Grundkörper, der einen Hohlraum mit einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal bildet, wobei der erste Kanal mit dem Drucktank in Fluidkommunikation bringbar ist und der zweite Kanal mit der Atmosphäre in Fluidkommunikation steht, einen Verschlusskörper, der zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar im Hohlraum gelagert ist, wobei der Verschlusskörper in der ersten Position den ersten Kanal gegenüber dem Drucktank fluidisch abdichtet und in der zweiten Position den ersten Kanal und den zweiten Kanal in Fluidkommunikation miteinander bringt, zumindest einen Verriegelungskörper, welcher zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung bewegbar gelagert ist und welcher in der Verriegelungsstellung derart mit dem Verschlusskörper zusammenwirkt, dass der Verschlusskörper in der ersten Position gehalten wird und welcher in der Entriegelungsstellung den Verschlusskörper freigibt, so dass der Verschlusskörper in die zweite Position bewegbar ist, ein temperaturempfindliches Element, welches sich im festen Zustand befindet, wenn die auf das temperaturempfindliche Element einwirkende Temperatur niedriger ist als ein vorbestimmbarer Schwellenwert und sich im flüssigen oder gasförmigen Zustand befindet, wenn die Temperatur den Schwellenwert überschreitet, und zumindest ein Vorspannmittel, welches derart mit dem temperaturempfindlichen Element zusammenwirkt, dass es im festen Zustand des temperaturempfindlichen Elements vorgespannt wird und den Verriegelungskörper in der Verriegelungsstellung hält und welches im flüssigen oder gasförmigen Zustand das temperaturempfindliche Element mithilfe der Vorspannkraft verdrängt, wodurch der Verriegelungskörper in die Entriegelungsstellung gestellt wird. Dabei ist das Vorspannmittel als eine Hülsenfeder ausgebildet, die radial nach außen vom temperaturempfindlichen Element umschlossen ist.
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Wie eingangs erwähnt, wird das temperaturempfindliche Element bei bekannten Vorrichtungen allein aufgrund der vom Verschlusskörper auf den Sitz übertragenen Kraft aus dem Bereich verdrängt, in welchem es im festen Zustand angeordnet ist, wodurch die beschriebenen Effekte auftreten können, die zu einem langsamen Druckabbau führen. Erfindungsgemäß wird jedoch ein Vorspannmittel, beispielsweise eine Feder und insbesondere eine Schrauben- oder Blattfeder, verwendet, welches sich im festen Zustand des temperaturempfindlichen Elements auf diesem abstützt und so mit dem Verriegelungskörper zusammenwirkt, dass es vorgespannt wird. Sobald das temperaturempfindliche Element in den flüssigen oder gasförmigen Zustand übergeht, entspannt sich das Vorspannmittel und führt dabei eine Bewegung aus, die dazu genutzt wird, das flüssige temperaturempfindliche Element aus dem Bereich, in welchem es im festen Zustand angeordnet ist, zu verdrängen. Das Vorspannmittel entspannt sich sehr schnell, was zur Folge hat, dass das temperaturempfindliche Element nicht nur vollständig oder nahezu vollständig verdrängt wird, sondern, dass diese Verdrängung auch sehr schnell umgesetzt wird. Insofern wird der Verschlusskörper innerhalb einer sehr kurzen Zeit irreversibel freigegeben, so dass er sich ohne Hindernisse in die zweite Position bewegen kann. Das unter Druck stehende Medium kann folglich über den kompletten Strömungsquerschnitt des ersten Kanals in die Atmosphäre gelangen, ohne dass Querschnittsverengungen und damit einhergehende Druckverluste überwunden werden müssten, welche die Zeit des Druckabbaus verlängern. Dadurch, dass das flüssige temperaturempfindliche Element mithilfe des Vorspannmittels verdrängt wird, sind keine Reste des temperaturempfindlichen Elements mehr in der Vorrichtung vorhanden. Daher wird die Gefahr, dass das temperaturempfindliche Element wieder erstarrt und der Verschlusskörper in einer Zwischenstellung verbleibt, in welcher der erste Kanal ebenfalls nur teilweise durchströmt werden kann, eliminiert. Infolgedessen trägt die Verwendung des Vorspannmittels dazu bei, den Druck zuverlässig und innerhalb einer kurzen Zeit abzubauen, wodurch die Betriebssicherheit der Anlagen, die mit dem Medium betrieben werden, deutlich erhöht wird.
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Erfindungsgemäß weist der Verschlusskörper eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei der zumindest eine Verriegelungskörper von dem oder den Vorspannmitteln gegen die Mantelfläche gedrückt wird, wenn sich das temperaturempfindliche Element im festen Zustand befindet. Allein schon aus fertigungstechnischen Gründen bietet es sich an, den Verschlusskörper im Wesentlichen zylindrisch zu formen. Die Mantelfläche kann dazu genutzt werden, um eine Haltekraft auf den Verschlusskörper aufzubringen, die quer zur Bewegungsrichtung wirkt. Je nachdem, wie hoch die Haltekraft sein muss, kann die Anzahl der Verriegelungskörper entsprechend erhöht werden, ohne dass grundlegende Änderungen an der Gestaltung der Vorrichtung notwendig sind. Insofern kann die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform flexibel auf verschiedene Randbedingungen angepasst werden.
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Erfindungsgemäß ist eine Mehrzahl von Verriegelungskörpern um die Mantelfläche des Verschlusskörpers angeordnet, wobei das Vorspannmittel die Verriegelungskörper ringförmig umfasst. In dieser Ausführungsform kann das Vorspannmittel als Hülsenfeder ausgestaltet werden, was eine sehr einfache Fertigung ermöglicht. Ferner genügt es, nur ein Vorspannmittel vorzusehen, unabhängig davon, wie viele Verschlusskörper tatsächlich verwendet werden. Auch hierdurch kann der konstruktive Aufwand gering gehalten werden. Zudem dient gleichzeitig die Fläche der Hülsenfeder dazu, beim Entspannen das flüssige temperaturempfindliche Element zu verdrängen, so dass hierzu keine weiteren Bauteile benötigt werden, was ebenfalls den Aufbau und die Fertigung vereinfacht. In vielen Fällen besteht das temperaturempfindliche Element aus einer Legierung, die relativ weich ist. Wenn der Verriegelungskörper direkt auf das temperaturempfindliche Element wirkt, kann sich der Verriegelungskörper zumindest teilweise in das temperaturempfindliche Element eindrücken, so dass der Verriegelungskörper den Verschlusskörper nicht mehr sicher in der ersten Position halten kann. In dieser Ausführungsform bewirkt die Hülsenfeder, dass die Kraft, die vom Verriegelungskörper ausgeht, gleichmäßig auf das temperaturempfindliche Element verteilt wird und es nicht zu einem lokalen Eindrücken des Verriegelungskörpers und/oder des Vorspannmittels in das temperaturempfindliche Element kommt.
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Erfindungsgemäß sind die Verriegelungskörper in einer oder mehreren Lagerungsausnehmungen des Grundkörpers gelagert. Die Lagerungsausnehmungen gewährleisten, dass die Verschlusskörper zwischen der Verriegelungsposition und der Entriegelungsposition bewegbar sind, ohne zu blockieren. Auch hierdurch wird der Aufbau der Vorrichtung einfach gehalten, da keine besonderen Vorkehrungen zur Lagerung der Verschlusskörper notwendig sind.
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In einer alternativen Ausführungsform können das temperaturempfindliche Element und das Vorspannmittel in einem dritten Kanal des Grundkörpers angeordnet sein, über welchen das temperaturempfindliche Element im flüssigen oder gasförmigen Zustand vom Vorspannmittel aus dem Grundkörper verdrängt wird. Grundsätzlich kann das temperaturempfindliche Element an einer beliebigen Stelle angeordnet sein, solange gewährleistet ist, dass die Veränderung des Aggregatszustands zu einem Freigeben des Verschlusskörpers führt. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der Bereich, in welchem ein Brand mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ausbricht, relativ weit von der Vorrichtung entfernt ist. Um die Temperaturerhöhung in diesem Bereich nutzen zu können, um den Druck im Drucktank abzubauen, kann das temperaturempfindliche Element in diesem Bereich positioniert werden. Allerdings wird hierdurch die Vorrichtung verkompliziert und nimmt einen größeren Raum ein. Um die Vorrichtung kompakt zu halten, bietet es sich daher an, das temperaturempfindliche Element im Grundkörper anzuordnen. Der dritte Kanal sorgt dafür, dass das temperaturempfindliche Element im flüssigen oder gasförmigen Zustand ohne großen Widerstand aus dem Grundkörper abgeführt werden kann. Dabei kann das temperaturempfindliche Element im festen Zustand stoffschlüssig mit dem dritten Kanal verbunden sein oder es kann ein Absatz vorgesehen sein, gegen den sich das temperaturempfindliche Element im festen Zustand abstützt.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Grundkörper einen ersten Abschnitt und einen mit dem ersten Abschnitt verbindbaren zweiten Abschnitt umfasst, wobei das temperaturempfindliche Element und das Vorspannmittel in einem Zwischenraum zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gelagert sind und der erste oder der zweite Abschnitt einen mit dem Zwischenraum in Fluidkommunikation stehenden dritten Kanal bildet, über welchen das temperaturempfindliche Element im flüssigen oder gasförmigen Zustand vom Vorspannmittel aus dem Grundkörper verdrängt wird. Aufgrund der zweiteiligen Ausführung des Grundkörpers wird der Fertigungsprozess vereinfacht, da das temperaturempfindliche Element und das Vorspannmittel in den Zwischenraum angeordnet werden können, bevor die beiden Abschnitte miteinander verbunden werden. Hierdurch wird die Zugänglichkeit zum Zwischenraum gewährleistet. Des Weiteren kann hierdurch gewährleistet werden, dass das Vorspannmittel auch dann im Grundkörper verbleibt, wenn das temperaturempfindliche Element in den flüssigen Zustand übergegangen ist und sich das Vorspannmittel entspannen kann. Der Entspannungsvorgang des Vorspannmittels kann hierdurch kontrolliert werden, wodurch das Vorspannmittel keine Personen verletzen oder Gegenstände beschädigen kann.
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In einer anderen Ausführungsform greift der zumindest eine Verriegelungskörper in der Verriegelungsstellung in eine Ausnehmung des Verschlusskörpers ein. Grundsätzlich kann der Verschlusskörper mittels eines Reibschlusses in der ersten Position gehalten werden. Hierdurch muss aber eine entsprechend hohe Kraft auf den Verschlusskörper und auf den Verriegelungskörper aufgebracht werden. Wenn jedoch der Verriegelungskörper in eine Ausnehmung des Verschlusskörpers eingreift, wird ein Formschluss bewirkt, wozu die Kraft, die auf den Verriegelungskörper aufgebracht werden muss, deutlich verringert werden kann. Es muss nur gewährleistet sein, dass der Verriegelungskörper in der Verriegelungsstellung bleibt. Hierdurch kann der Aufbau der Vorrichtung einfach gehalten werden.
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Weiterhin kann die Ausnehmung eine Fase aufweisen, die mit dem zumindest einen Verriegelungskörper zusammenwirkt. Insbesondere dann, wenn der Verschlusskörper eine zylindrische Form aufweist und entlang seiner Längsachse zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt wird, und die Ausnehmung auf der Mantelfläche des Verschlusskörpers angeordnet ist, bewirkt die vom steigenden Druck des Mediums auf den Verschlusskörper aufgebrachte Kraft eine Bewegung in Richtung der zweiten Position. Das Vorsehen der Fase bewirkt, dass diese axial gerichtete Kraft zumindest teilweise in eine radiale Kraft umgewandelt wird, die den Verriegelungskörper radial nach außen drücken will. Das temperaturempfindliche Element ist im festen Zustand so angeordnet, dass der Verriegelungskörper nicht radial nach außen ausweichen kann. Wenn jedoch das temperaturempfindliche Element in den flüssigen oder gasförmigen Zustand überführt wird, kann sich der Verriegelungskörper radial nach außen bewegen und den Verschlusskörper entriegeln. Die Fase bewirkt folglich, dass der Druck im Drucktank mithilft, den Verschlusskörper zu entriegeln, so dass keine Antriebseinrichtung notwendig ist, um den Verriegelungskörper zwischen der Verriegelungsstellung und der Entriegelungsstellung zu bewegen. Hierdurch wird der Aufbau der Vorrichtung einfach gehalten.
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Bei einer anderen Ausführungsform können der erste Kanal und der zweite Kanal in einem Kanalbereich des Grundkörpers und das temperaturempfindliche Element beabstandet vom Kanalbereich angeordnet sein. Unter dem Kanalbereich soll der Bereich des Grundkörpers verstanden werden, in welchem der erste und der zweite Kanal verlaufen. Da das Medium teilweise unter hohen Drücken zwischen 200 und 500 bar oder mehr stehen kann, kühlt es sich beim Ausströmen aus dem Drucktank in die Atmosphäre ab, wodurch die Temperatur in unmittelbarer Umgebung des strömenden Mediums ebenfalls sinkt. Wenn das Medium das temperaturempfindliche Element umströmt oder nah am temperaturempfindlichen Element vorbeiströmt, kann dieses aufgrund der reduzierten Temperatur wieder erstarren, wodurch die Entriegelung des Verschlusskörpers behindert werden kann, so dass dieser nicht in seine zweite Position verstellt werden kann, sondern in einer Zwischenstellung verbleibt. In diesem Fall wird der erste Kanal nicht vollständig geöffnet, so dass nicht der maximal mögliche Strömungsquerschnitt für das ausströmende Medium zur Verfügung steht, weshalb der Druck im Drucktank langsamer abgebaut wird. Wenn der Verschlusskörper in der Zwischenstellung verbleibt, kann es zu einem stufenförmigen Abbau des Drucks kommen, was unerwünscht ist. Aufgrund des Abstands zwischen den Kanälen und dem temperaturempfindlichen Element und der Entkopplung des Strömungspfads vom temperaturempfindlichen Element wird die unkontrollierte Erstarrung des temperaturempfindlichen Elements verhindert, so dass der Druck im Drucktank sehr schnell abgebaut werden kann. Eine stufenförmige Freigabe des ersten Kanals wird verhindert, da sofort der gesamte Strömungsquerschnitt des ersten Kanals freigegeben wird. Die Anordnung des ersten Kanals und des zweiten Kanals im Kanalbereich des Grundkörpers bewirkt ferner, dass der Strömungspfad durch den Grundkörper kurz gehalten wird. Weiterhin müssen keine Hindernisse umströmt werden. Hierdurch werden die Strömungswiderstände reduziert und Druckverluste vermieden, was ebenfalls zu einem schnellen Druckabbau im Drucktank beiträgt. Die Betriebssicherheit wird somit erhöht.
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Eine Ausführung der Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ausführungsformen in mobilen Einheiten wie Fahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen. Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vorschlagsgemäßen Fahrzeug erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für die vorschlagsgemäße Antriebsvorrichtung erörtert worden sind. Bei mobilen Einheiten ist die Gefahr von Zusammenstößen mit anderen mobilen Einheiten oder stationären Gegenständen relativ groß, so dass es zu Beschädigungen der Antriebseinheiten kommen kann, die zu Bränden führen. Die Brände können das zum Antrieb verwendete Medium unkontrolliert entzünden und Explosionen hervorrufen, die umso stärker ausfallen, je höher der Druck des Mediums ist. Insofern ist es bei mobilen Einheiten umso wichtiger, den Druck in den Drucktanks im Falle eines Brandes so schnell wie möglich abzubauen. Zwar kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für stationäre Einheiten wie Generatoren verwendet werden, allerdings ist hier die Gefahr von Zusammenstößen sehr viel geringer als bei mobilen Einheiten, so dass die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei stationären Einheiten nur in sehr speziellen Fällen vorteilhaft ist.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Position,
- 2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in einer zweiten Position,
- 3a) eine prinzipielle Darstellung von isolierten Teilen der Vorrichtung in der ersten Position, und
- 3b) eine prinzipielle Darstellung der in 3b) dargestellten isolierten Teile in der zweiten Position.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum temperaturabhängigen Abbau des Drucks eines in einem nicht dargestellten Drucktanks gelagerten Mediums umfasst einen Grundkörper 12, der einen ersten Abschnitt 14 und einen zweiten Abschnitt 16 umfasst, die miteinander verbunden werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden Abschnitte 14, 16 miteinander verschraubt. Wenn die beiden Abschnitte 14, 16 miteinander verbunden sind, umschließen sie einen Hohlraum 18, in welchen ein erster Kanal 20 und ein zweiter Kanal 22 münden. Der erste Kanal 20 und der zweite Kanal 22 begrenzen dabei einen Kanalbereich 24 des Grundkörpers 12, der sich im dargestellten Beispiel im zweiten Abschnitt 16 befindet und der mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet ist. Mit dem zweiten Abschnitt 16 kann die Vorrichtung 10 mit einem nicht dargestellten Drucktank verbunden werden, beispielsweise dadurch, dass die Vorrichtung 10 mit einem am zweiten Abschnitt 16 vorgesehenem Gewinde in eine entsprechend ausgebildete Öffnung des Drucktanks geschraubt wird.
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Im Hohlraum 18 ist ein im Wesentlichen zylindrisch geformter Verschlusskörper 26 entlang einer Achse A zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar angeordnet. In der ersten Position dichtet der Verschlusskörper 26 den ersten Kanal 20 gegenüber dem zweiten Kanal 22 ab (vgl. 1), wozu der Verschlusskörper 26 an seinem bezogen auf die 1 gewählte Darstellung unteren Ende eine Anzahl von Dichtungen 28 aufweist. Der erste Kanal 20 verläuft im Wesentlichen entlang der Achse A. In der zweiten Position schlägt der Verschlusskörper 26 an eine obere Fläche 30 des Hohlraums 18 an (vgl. 2). In der zweiten Position steht der erste Kanal 20 in Fluidkommunikation mit dem zweiten Kanal 22. Im dargestellten Beispiel verlaufen der erste Kanal 20 und der zweite Kanal 22 im Wesentlichen senkrecht zueinander, wobei der zweite Kanal 22 den Grundkörper 12 vollständig durchdringt, so dass der zweite Kanal 22 über zwei Öffnungen 32 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Wie in 2 erkennbar, ist ein weiterer zweiter Kanal 22w senkrecht zum zweiten Kanal 22 und senkrecht zum ersten Kanal 20 angeordnet, der den Grundkörper 12 ebenfalls vollständig durchdringt.
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Wenn sich der Verschlusskörper 26 in der ersten Position befindet, greift eine Anzahl von Verriegelungskörpern 34, die im dargestellten Beispiel eine Kugelform aufweisen, in eine oder mehrere Ausnehmungen 36 des Verschlusskörpers 26 ein, die sich auf einer Mantelfläche 37 des Verschlusskörpers 26 befinden. Die Verschlusskörper 34 sind in Lagerungsausnehmungen 39 bewegbar gelagert. Die Ausnehmungen 36 auf der Mantelfläche 37 weisen zwei Fasen 38 auf, die in etwa einen Winkel von 45° mit der Mantelfläche 37 bilden. Die Verriegelungskörper 34 sind radial nach außen von einem Vorspannmittel 40 umschlossen, welches im dargestellten Beispiel als eine Hülsenfeder 42 ausgebildet ist. Das Vorspannmittel 40 ist radial nach außen von einem temperaturempfindlichen Element 44 ringförmig umschlossen. Das Vorspannmittel 40 und das temperaturempfindliche Element 44 sind in einem ringförmigen Zwischenraum 46 angeordnet, der sich zwischen dem ersten Abschnitt 14 und dem zweiten Abschnitt 16 des Grundkörpers 12 befindet. Vom Zwischenraum 46 führt eine Anzahl von dritten Kanälen 48 radial nach außen. Das temperaturempfindliche Element 44 stützt sich an einem Absatz 50 des Zwischenraums 46 radial ab.
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Das temperaturempfindliche Element 44 befindet sich im festen Aggregatzustand, solange die auf ihn einwirkende Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet. Das temperaturempfindliche Element 44 wird üblicherweise durch Legierungen gebildet, so dass mit der gewählten Zusammensetzung der Legierung der Schwellenwert gewählt werden kann. Üblicherweise wird eine eutektische Legierung verwendet, welche den Vorteil hat, dass sie im Gegensatz zu anderen Legierungen eine genau bestimmbare Schmelztemperatur und keinen Schmelzbereich aufweist. Die Schmelztemperatur entspricht in diesem Fall dem Schwellenwert. Ein Beispiel für eine derartige eutektische Legierung ist Lötzinn, welches eine Legierung aus Zinn und Blei darstellt und eine Schmelztemperatur von 183°C aufweist. Andere eutektische Legierungen können Wismut und Indium umfassen und eine Schmelztemperatur von 110°C aufweisen. Die Schmelztemperaturen können aus gesetzlichen Vorgaben resultieren.
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Im festen Zustand spannt das temperaturempfindliche Element 44 das Vorspannmittel vor, welches wiederum die Verriegelungskörper 34 in die Ausnehmung 36 des Verschlusskörpers 26 zwingt. Auch dann, wenn ein bestimmter Überdruck im Drucktank herrscht, der eine Kraft auf den Verschlusskörper 26 ausübt, die den Verschlusskörper 26 in die zweite Position bewegen will, wird der Verschlusskörper 26 in der ersten Position gehalten, da der Verriegelungskörper 34 radial nicht ausweichen kann (vgl. 1).
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Steigt jedoch die auf den Verriegelungskörper 34 einwirkende Temperatur über den Schwellenwert, beispielsweise infolge eines Brandes, so ändert das temperaturempfindliche Element 44 seinen Aggregatzustand. Im dargestellten Beispiel soll angenommen werden, dass das temperaturempfindliche Element 44 vom festen Zustand in den flüssigen Zustand übergeht, sobald der Schwellenwert überschritten wird. Im flüssigen Zustand kann das temperaturempfindliche Element 44 die Hülsenfeder 42 nicht mehr vorspannen, so dass sich dieser entspannt und radial nach außen bewegt (siehe 2). Das nun flüssige temperaturempfindliche Element 44 wird über den dritten Kanal 48 aus dem Zwischenraum 46 verdrängt. Die vom Überdruck verursachte, auf den Verschlusskörper 26 wirkende Kraft drückt über die Fase 38 den Verriegelungskörper 34 radial nach außen, so dass der Verschlusskörper 26 nicht mehr in seiner ersten Position gehalten werden kann. Der Verschlusskörper 26 wird nun in die zweite Position gestellt, in welcher er den ersten Kanal 20 freigibt und mit dem zweiten Kanal 22 in Fluidkommunikation bringt. Das im Drucktank gelagerten Medium kann nun aus dem Drucktank durch den ersten Kanal 20 und den zweiten Kanal 22 und anschließend in die Atmosphäre strömen, so dass der Druck im Drucktank abgebaut werden kann.
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Wie zuvor erwähnt, begrenzen der erste Kanal 20 und der zweite Kanal 22 den Kanalbereich 24. Der Kanalbereich 24 weist einen Abstand X zum temperaturempfindlichen Element 44 auf, so dass das ausströmende Medium nicht am temperaturempfindlichen Element 44 vorbei strömt. Die durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten des ausströmenden Mediums verursachte Absenkung der Temperatur hat folglich keinen Einfluss auf die Temperatur, die auf das temperaturempfindliche Element 44 einwirkt, so dass es auch nicht unkontrolliert wieder erstarren kann. Die Verstellung des Verschlusskörpers 26 von der ersten Position in die zweite Position ist irreversibel.
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In den 3a) sind der Verschlusskörper 26, die Verriegelungskörper 34, das als die Hülsenfeder 42 ausgestaltete Vorspannmittel 40 und das temperaturempfindliche Element 44 isoliert anhand einer prinzipiellen Darstellung gezeigt. Der Verschlusskörper 26 befindet sich in der ersten Position und die Verriegelungskörper 34 in der Verriegelungsstellung. Das temperaturempfindliche Element 44 ist im festen Zustand. Die vier Verriegelungskörper 34 greifen formschlüssig in die nicht gezeigte Ausnehmung 36 des Verschlusskörpers 36 ein, was mit der Überlappung der Verriegelungskörper 34 und des Verschlusskörpers 26 veranschaulicht werden soll. Die Hülsenfeder 42 umgreift die vier Verriegelungskörper 34 ringförmig und wird vom temperaturempfindlichen Element 44 vorgespannt, welches das temperaturempfindliche Element 44 ringförmig umgibt. Der Grundkörper 12 stützt das temperaturempfindliche Element 44 radial nach außen ab. Die Hülsenfeder 42 weist einen Schlitz 52 auf, so dass die Hülsenfeder 42 vom temperaturempfindlichen Element 44 zum Vorspannen zusammengedrückt wird. Die Verriegelungskörper 34 können sich radial nicht bewegen, wodurch der Verschlusskörper 26 in der ersten Position gehalten wird.
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In 3b) hat sich das temperaturempfindliche Element 44 verflüssigt, so dass das temperaturempfindliche Element 44 aufgrund der durch die Änderung des Aggregatszustands verlorene Formtreue die Hülsenfeder 42 nicht mehr vorspannen kann. Die Hülsenfeder 42 entspannt sich und führt dabei eine radial nach außen gerichtete Bewegung aus. Der Schlitz 52 vergrößert sich dabei. Aufgrund der radial nach außen gerichteten Bewegung verdrängt die Hülsenfeder 42 das nun flüssige temperaturempfindliche Element. Weiterhin können sich nun auch die Verriegelungskörper 34 radial nach außen in die Entriegelungsstellung bewegen, in welcher sie nicht mehr in die Ausnehmung 36 des Verschlusskörpers 26 eingreifen, so dass sich der Verschlusskörper 26 in die zweite Position bewegen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Grundkörper
- 14
- erster Abschnitt
- 16
- zweiter Abschnitt
- 18
- Hohlraum
- 20
- erster Kanal
- 22
- zweiter Kanal
- 24
- Kanalbereich
- 26
- Verschlusskörper
- 28
- Dichtung
- 30
- obere Fläche
- 32
- Öffnungen
- 34
- Verriegelungskörper
- 36
- Ausnehmung
- 37
- Mantelfläche
- 38
- Fase
- 39
- Lagerungsausnehmung
- 40
- Vorspannmittel
- 42
- Hülsenfeder
- 44
- temperaturempfindliches Element
- 46
- Zwischenraum
- 48
- dritter Kanal
- 50
- Absatz
- 52
- Schlitz
- A
- Achse
- X
- Abstand
