DE102017106507A1 - Safety valve to protect a safety compartment of an underwater vehicle, battery section and underwater vehicle - Google Patents

Safety valve to protect a safety compartment of an underwater vehicle, battery section and underwater vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil zum Schutz eines Sicherheitsraumes eines Unterwasserfahrzeuges an Land, wobei das Sicherheitsventil ein Ventilgehäuse, ein Bruchelement und ein Halteelement zum Halten des Bruchelementes im Ventilgehäuse aufweist, wobei das Bruchelement dem Sicherheitsraum von einer Umgebung abtrennt und das Halteelement an dem Bruchelement auf einer Seite der Umgebung angeordnet ist, und ein Abstützelement im Sicherheitsventil derart ausgebildet ist, dass im Falle eines Einwirken eines Druckes aus der Umgebung auf das Druckelement das Abstützelement das Druckelement stützt und den wirkenden Druck vom Bruchelement ableitet, sodass das Bruchelement intakt bleibt, und im Falle eines Überschreitens eines Ansprechdruckes in dem Sicherheitsraum das Abstützelement frei von einer stützenden Wirkung ist, sodass das Bruchelement in einer Druckablassrichtung zerberstet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batteriesektion für ein Unterwasserfahrzeug und ein Unterwasserfahrzeug.

Figure DE102017106507A1_0000
The invention relates to a safety valve for protecting a safety space of a submersible on land, wherein the safety valve has a valve housing, a break element and a holding element for holding the fracture element in the valve housing, wherein the fracture element separates the safety space from an environment and the holding element on the fracture element on a Side of the environment is arranged, and a support member is formed in the safety valve such that in the event of an application of pressure from the environment on the pressure element, the support member supports the pressure element and derives the pressure acting on the fracture element, so that the fracture element remains intact, and in case exceeding a response pressure in the safety space the support member is free of a supporting effect, so that the fracture element bursts in a pressure release direction. Furthermore, the invention relates to a battery section for an underwater vehicle and an underwater vehicle.
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Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil zum Schutz eines Sicherheitsraumes eines Unterwasserfahrzeuges an Land, wobei das Sicherheitsventil ein Ventilgehäuse, ein Bruchelement und ein Halteelement zum Halten des Bruchelementes im Ventilgehäuse aufweist, wobei das Bruchelement den Sicherheitsraum von einer Umgebung abtrennt und das Halteelement an dem Bruchelement auf einer Seite der Umgebung angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batteriesektion für ein Unterwasserfahrzeug und ein Unterwasserfahrzeug.The invention relates to a safety valve for protecting a safety space of an underwater vehicle on land, wherein the safety valve has a valve housing, a break element and a holding element for holding the fracture element in the valve housing, wherein the fracture element separates the safety space from an environment and the holding element on the fracture element on a Side of the environment is arranged. Furthermore, the invention relates to a battery section for an underwater vehicle and an underwater vehicle.

Unterwasserfahrzeuge wie autonome unbemannte Unterwasserfahrzeuge (AUV; autonomous underwater vehicle) führen ihren Energievorrat in Form von Batterien und/oder Akkumulatoren mit, um die Stromversorgung von Antrieb, Fahrzeugsensorik und/oder Nutzlastkomponenten sicherzustellen. Die Batterien und/oder Akkumulatoren sind dafür üblicherweise in einer separaten Batteriesektion in einem Hüllenabschnitt des unbemannten Unterwasserfahrzeuges untergebracht.Underwater vehicles, such as autonomous underwater vehicles (AUVs), carry their energy supplies in the form of batteries and / or accumulators to provide power to the propulsion, vehicle sensors, and / or payload components. The batteries and / or accumulators are usually housed in a separate battery section in a hull section of the unmanned underwater vehicle.

Zwischen den Einsätzen unterliegen die Batterien und/oder Akkumulatoren langen Lagerzeiten. Nachteilig ist bei der Lagerung eines autonomen unbemannten Unterwasserfahrzeuges an Land, dass aufgrund von hoher Belastung, Umwelteinflüssen und/oder Defekten, die Batterie- und/oder Akkumulatorzellen (beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen) sehr heiß werden können. Dadurch kommt es zu einem sehr starken Druckanstieg in der röhrenförmigen Batteriesektion. Ein Hochgehen und/oder eine Explosion der Batteriezellen gefährden insbesondere Menschen in der Umgebung des autonomen unbemannten Unterwasserfahrzeuges an Land.Between uses, the batteries and / or accumulators are subject to long storage periods. A disadvantage of the storage of an autonomous unmanned underwater vehicle on land that due to high stress, environmental influences and / or defects, the battery and / or accumulator cells (for example, lithium-ion cells) can be very hot. This results in a very strong pressure increase in the tubular battery section. A rise and / or an explosion of the battery cells endanger people in particular in the vicinity of the autonomous unmanned underwater vehicle on land.

Prinzipiell kann zwar ein hoher Druck über ein Sicherheitsventil aus der Batteriesektion kontrolliert an die Umgebung abgegeben werden, jedoch können herkömmliche Sicherheitsventile nicht bei einem Einsatz unter Wasser verwendet werden, da insbesondere eine übliche Bruchscheibe im Sicherheitsventil nicht dem hohen Wasserdruck unter Wasser standhält. Ein Brechen der Bruchscheibe unter Wasser hätte zu Folge, dass die Batteriesektion des autonomen unbemannten Unterwasserfahrzeuges mit Wasser geflutet wird und somit das Unterwasserfahrzeug am Meeresgrund verloren geht.In principle, although a high pressure via a safety valve from the battery section controlled to be given to the environment, however, conventional safety valves can not be used in a submerged operation, as in particular a conventional rupture disc in the safety valve does not withstand the high water pressure under water. Breaking the rupture disc underwater would result in the battery section of the autonomous unmanned underwater vehicle being flooded with water, thus losing the underwater vehicle at the bottom of the sea.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the state of the art.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Sicherheitsventil zum Schutz eines Sicherheitsraumes eines Unterwasserfahrzeuges an Land, wobei das Sicherheitsventil ein Ventilgehäuse, ein Bruchelement und ein Halteelement zum Halten des Bruchelementes im Ventilgehäuse aufweist, wobei das Bruchelement den Sicherheitsraum von einer Umgebung abtrennt und das Halteelement an dem Bruchelement auf einer Seite der Umgebung angeordnet ist, wobei ein Abstützelement im Sicherheitsventil derart ausgebildet ist, dass im Falle eines Einwirkens eines Druckes aus der Umgebung auf das Bruchelement das Abstützelement das Bruchelement stützt und den wirkenden Druck vom Bruchelement ableitet, sodass das Bruchelement intakt bleibt, und im Falle eines Überschreitens eines Ansprechdruckes in dem Sicherheitsraum das Abstützelement frei von einer stützenden Wirkung ist, sodass das Bruchelement in einer Druckablassrichtung zerberstet.The object is achieved by a safety valve for protecting a safety space of an underwater vehicle on land, wherein the safety valve has a valve housing, a break element and a holding element for holding the fracture element in the valve housing, wherein the fracture element separates the safety space from an environment and the retaining element to the fracture element is arranged on one side of the environment, wherein a support member is formed in the safety valve such that in the event of an application of a pressure from the environment on the fracture element, the support element supports the fracture element and derives the pressure acting on the fracture element, so that the fracture element remains intact, and in the case of exceeding a response pressure in the security space, the support element is free of a supporting effect, so that the fracture element bursts in a pressure release direction.

Somit wird ein Sicherheitsventil bereitgestellt, welches mittels eines Abstützelementes ein Brechen des Bruchelementes des Sicherheitsventils aufgrund eines Wasserdruckes beim Einsatz unter Wasser verhindert, jedoch andererseits ein Auslösen des Sicherheitsventils beim Erreichen eines Ansprechdruckes an Land sicher gewährleistet.Thus, a safety valve is provided which prevents by means of a support element breaking the fracture element of the safety valve due to a water pressure when used under water, but on the other hand reliably ensures release of the safety valve upon reaching a set pressure on land.

Somit wird ein unbeabsichtigtes Eindringen von Wasser in die Batteriesektion oder in einen anderen zu schützenden Raum eines Unterwasserfahrzeuges verhindert. Folglich kann ein Verlust eines Unterwasserfahrzeuges vermieden werden.Thus, inadvertent entry of water into the battery section or into another protected space of an underwater vehicle is prevented. Consequently, a loss of an underwater vehicle can be avoided.

Es ist besonders vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße Sicherheitsventil sowohl an Land als auch unter Wasser verwendet werden kann, ohne dass vor dem Wechsel der Umgebung eine Umrüstung notwendig ist. Somit kann an Land ein sicherer Schutz vor einem zu hohen Druckanstieg, Überhitzung und/oder Explosion in dem Sicherheitsraumes gewährleistet und folglich eine Gefährdung von Menschen in der Umgebung verhindert werden.It is particularly advantageous that the safety valve according to the invention can be used both on land and under water, without a conversion is necessary before changing the environment. Thus, safe protection against excessively high pressure rise, overheating and / or explosion in the security room can be ensured on land, and consequently a hazard to people in the environment can be prevented.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass ein Sicherheitsventil ein zusätzliches Abstützelement aufweist, welches einerseits beim Einsatz unter Wasser den Wasserdruck auf das Bruchelement vom Bruchelement ableitet, sodass das Bruchelement weiterhin den Sicherheitsraum von der Umgebung (Wasser) trennt, und andererseits beim Einsatz an Land das Abstützelement eine Druckbeaufschlagung des Bruchelementes zulässt, sodass letzteres zerbricht und das Sicherheitsventil auslöst.An essential idea of the invention is based on the fact that a safety valve has an additional support element which, on the one hand when used underwater, derives the water pressure on the break element from the break element, so that the break element continues to separate the safety space from the environment (water) and, on the other hand, during use Land, the support element allows pressurization of the fracture element, so that the latter breaks and the safety valve triggers.

Folgendes Begriffliche sei erläutert:The following concept is explained:

Ein „Sicherheitsventil“ ist insbesondere ein Bauteil, welches einem Sicherheitsraum, einem druckbeaufschlagten Raum und/oder einen Druckbehälter vor einem unzulässigen Druckanstieg schützt. Bei Überschreiten eines Ansprechdruckes leitet das Sicherheitsventil insbesondere Gas, Dampf und/oder Flüssigkeit aus dem Sicherheitsraum, dem druckbeaufschlagten Raum und/oder dem Druckbehälter in die Umgebung und/oder eine Sammelrohrleitung ab. Ein Sicherheitsventil weist insbesondere ein Ventilgehäuse, ein Bruchelement, ein Halteelement und ein Abstützelement auf. Ein Sicherheitsventil ist insbesondere in der Hülle eines Unterwasserfahrzeuges zwischen einem innenliegenden Sicherheitsraum und der äußeren Umgebung angeordnet. Ein Sicherheitsventil besteht insbesondere aus meerwasserbeständigem Material.A "safety valve" is in particular a component which protects a safety space, a pressurized space and / or a pressure vessel from an impermissible increase in pressure. When a response pressure is exceeded, the safety valve directs in particular gas, steam and / or liquid from the security room, the Pressurized space and / or the pressure vessel into the environment and / or a collection pipeline from. A safety valve has in particular a valve housing, a break element, a holding element and a support element. A safety valve is arranged in particular in the casing of an underwater vehicle between an inner safety space and the outer environment. A safety valve consists in particular of seawater-resistant material.

Ein „Sicherheitsraum“ ist insbesondere ein Raum, an dem erhöhte Schutz- und/oder Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Bei einem Sicherheitsraum handelt es sich insbesondere um eine Batteriesektion und/oder einen anderen sicherheitsrelevanten Raum eines Unterwasserfahrzeuges. Ein „Unterwasserfahrzeug“ ist insbesondere ein Wasserfahrzeug, welches für den Einsatz unter Wasser eingerichtet ist. Bei einem Unterwasserfahrzeug kann es sich um ein U-Boot, ein unbemanntes autonomes Unterwasserfahrzeug (AUV), ein ferngesteuertes Unterwasserfahrzeug (ROV, remotely operated vehicle), einen Unterwasserroboter, Unterwassergleiter und/oder Unterwasserlaufkörper handeln. Das Unterwasserfahrzeug weist insbesondere eine Batterie, einen Akkumulator, ein Batteriesektion und/oder einen anderen Sicherheitsraum aufweist.A "security room" is in particular a room where increased protection and / or security requirements are imposed. A security room is in particular a battery section and / or another safety-relevant space of an underwater vehicle. An "underwater vehicle" is in particular a watercraft which is set up for use under water. An underwater vehicle may be a submarine, an unmanned autonomous underwater vehicle (AUV), a remotely operated vehicle (ROV), an underwater robot, underwater gliders and / or underwater bodies. In particular, the underwater vehicle has a battery, an accumulator, a battery section and / or another safety compartment.

Unter „Land“ wird insbesondere der nicht vom Wasser bedeckte Teil der Erdoberfläche verstanden.By "land" is meant in particular the part of the earth's surface not covered by water.

Ein „Ventilgehäuse“ ist insbesondere eine feste Hülle eines Sicherheitsventils.A "valve housing" is in particular a solid shell of a safety valve.

Ein „Bruchelement“ ist insbesondere ein Bauteil eines Sicherheitsventils, welches beim Überschreiten eines Ansprechdruckes kaputt geht und/oder sich öffnet. Bei einem Bruchelement handelt es sich insbesondere um eine Berstscheibe und/oder einen Schmelzpropfen. Das Bruchelement trennt insbesondere einen Sicherheitsraum von einer Umgebung.A "fracture element" is in particular a component of a safety valve which breaks when a response pressure is exceeded and / or opens. A fracture element is in particular a rupture disk and / or a melt plug. In particular, the fracture element separates a security space from an environment.

Ein „Halteelement“ ist insbesondere ein Bauteil eines Sicherheitsventils, welches ein Bruchelement im Ventilgehäuse hält. Das Halteelement ist insbesondere am Ventilgehäuse des Sicherheitsventils auf der Seite der Umgebung angeordnet.A "holding element" is in particular a component of a safety valve which holds a break element in the valve housing. The retaining element is arranged in particular on the valve housing of the safety valve on the side of the environment.

Eine „Umgebung“ ist insbesondere ein Raum, welcher nach außen an das Bruchelement des Sicherheitsventils angrenzt und in welchen beim Zerbrechen des Bruchelementes ein Gas, Dampf und/oder Flüssigkeit aus dem Sicherheitsraum abgegeben wird. Bei der Umgebung kann es sich insbesondere um die Atmosphäre, umgebendes Wasser und/oder den Inhalt eines Sammelrohres handeln.An "environment" is in particular a space which adjoins the break element of the safety valve to the outside and in which a gas, vapor and / or liquid is released from the safety space when breaking the break element. The environment may be in particular the atmosphere, surrounding water and / or the contents of a manifold.

Ein „Stützelement“ ist insbesondere ein Bauteil in einem Sicherheitsventil, welches bei einem vom außen auf das Bruchelement wirkenden Druckes diesen Druck vom Bruchelement aufnimmt und insbesondere auf das Ventilgehäuse ableitet, wobei das Bruchelement seine trennende Funktion zwischen den Sicherheitsraum und Umgebung aufrechterhält. Insbesondere bewirkt das Ableiten, dass das Bruchelement einem Wasserdruck unter Wasser standhält. Dabei ist das Abstützelement insbesondere direkt am Bruchelement auf der Innenseite des Sicherheitsventils angeordnet, welche in Verbindung zum Sicherheitsraum steht. Das Abstützelement ist insbesondere in seiner Form so ausgebildet, dass ein innen im Sicherheitsventil anliegender Druck aus dem Sicherheitsraum gezielt auf das Bruchelement geleitet wird, sodass das Bruchelement bei Überschreiten eines Ansprechdruckes des Sicherheitsventils kaputt geht und somit das Sicherheitsventil ausgelöst wird. Hierbei kann das Abstützelement den wirkenden Druck insbesondere auf eine geringe Fläche des Bruchelementes fokussieren, auf mehrere freie druckbeaufschlagbare Flächen verteilen oder auf die Gesamtfläche der Innenseite des Bruchelementes zuführen.A "support element" is in particular a component in a safety valve, which absorbs this pressure from the fracture element at a pressure acting from the outside on the fracture element and in particular dissipates to the valve housing, wherein the fracture element maintains its separating function between the safety space and the environment. In particular, the drainage causes the fracture element to withstand a water pressure underwater. In this case, the support element is arranged in particular directly on the break element on the inside of the safety valve, which is in communication with the security room. The support element is formed in particular in its shape so that a pressure applied inside the safety valve from the security room is directed to the break element, so that the breakage element breaks when a response pressure of the safety valve is exceeded and thus the safety valve is triggered. In this case, the support element can focus the acting pressure in particular on a small surface of the fracture element, distribute it to a plurality of free surfaces to be pressurized or supply it to the entire surface of the inside of the fracture element.

Ein „Druck“ ist insbesondere ein Maß für den Widerstand, den Materie einer Verkleinerung des zur Verfügung stehenden Raumes entgegensetzt. Ein Druck kann insbesondere einen Quotienten aus Kraft und Fläche gleichgesetzt werden. Bei einem Druck aus der Umgebung handelt es sich insbesondere um den Wasserdruck oder den Luftdruck. Als „Wasserdruck“ wird insbesondere der hydrostatische Druck innerhalb des Wassers bezeichnet. Mit zunehmender Wassertiefe steigt der umgebende Druck (auch Wassersäule genannt) an, beispielsweise wirkt auf ein AUV mit einer Tauchtiefe von 1.000m der Druck einer Wassersäule von 100Bar. Der „Luftdruck“ an einem beliebigen Ort der Erdatmosphäre ist insbesondere der hydrostatische Druck der Luft, welcher an diesem Ort herrscht.A "pressure" is in particular a measure of the resistance that matter opposes to a reduction of the available space. In particular, a pressure can be equated with a quotient of force and area. A pressure from the environment is in particular the water pressure or the air pressure. In particular, the hydrostatic pressure within the water is referred to as "water pressure". As the depth of the water increases, the surrounding pressure (also called the water column) increases, for example, the pressure of a 100 bar water column acts on an AUV with a depth of 1,000 m. The "air pressure" at any location of the earth's atmosphere is in particular the hydrostatic pressure of the air, which prevails at this location.

Der „Ansprechdruck“ ist insbesondere der Druck, bei dessen Überschreiten ein Sicherheitsventil auslöst und ein Gas, Dampf und/oder eine Flüssigkeit in die Umgebung oder eine Sammelrohrleitung abgibt.In particular, the "response pressure" is the pressure above which a safety valve triggers and releases a gas, vapor and / or liquid into the environment or a collecting pipeline.

Unter „Druckablassrichtung“ ist diejenige Richtung zu verstehen, in die ein Sicherheitsventil den Druck ablässt. Die Druckablassrichtung ist insbesondere durch das Sicherheitsventil vom Sicherheitsraum in die Umgebung gerichtet.The term "pressure release direction" is to be understood as the direction in which a safety valve releases the pressure. The pressure release direction is directed in particular by the safety valve from the security room in the area.

In einer weiteren Ausführungsform des Sicherheitsventils ist das Abstützelement in der Druckablassrichtung vor dem Bruchelement in dem Sicherheitsventil angeordnet.In a further embodiment of the safety valve, the support element is arranged in the pressure release direction in front of the fracture element in the safety valve.

Dadurch kann das Abstützelement gezielt den wirkenden Druck aus dem Sicherheitsraum auf das Bruchelement beeinflussen. Andererseits ist bei einem Einsatz unter Wasser in Richtung des wirkenden Wasserdruckes das Abstützelement nach dem Bruchelement angeordnet, sodass das Abstützelement den auf das Bruchelement wirkenden Wasserdruck aufnimmt und ableitet. As a result, the support element can specifically influence the acting pressure from the safety space on the breakage element. On the other hand, when used under water in the direction of the acting water pressure, the supporting element is arranged after the breaking element, so that the supporting element absorbs and discharges the water pressure acting on the breaking element.

Damit ein Druck aus dem Sicherheitsraum direkt auf das Bruchelement einwirken kann, weist das Abstützelement mindestens eine Öffnung zum Bruchelement auf, sodass sich eine freie druckbeaufschlagbare Fläche des Bruchelementes ergibt.Thus, a pressure from the security room can act directly on the fracture element, the support element has at least one opening to the fracture element, so that there is a free druckbeaufschlagbare surface of the fracture element.

Dadurch wird eine druckmindernde Wirkung des Abstützelementes in Druckablassrichtung auf das Bruchelement verringert.As a result, a pressure-reducing effect of the support element in the direction of pressure decrease on the fracture element is reduced.

Eine „Öffnung“ ist insbesondere ein Durchbruch durch das Volumen eines Abstützelementes. Bei einer Öffnung kann es sich insbesondere um eine Bohrung, einen Schlitz und/oder einen Strömungskanal handeln. Eine Öffnung kann auch dadurch entstehen, dass das Abstützelement als ein Hohlkörper ausgeführt ist.An "opening" is in particular a breakthrough through the volume of a support element. An opening may in particular be a bore, a slot and / or a flow channel. An opening can also arise because the support element is designed as a hollow body.

Eine „freie druckbeaufschlagbare Fläche“ ist insbesondere eine Fläche des Bruchelementes, auf welche der Druck eines Gases, Dampfes und/oder einer Flüssigkeit direkt einwirkt. An einer freien druckbeaufschlagbaren Fläche steht das Bruchelement insbesondere in einem direkten Kontakt zu dem Gas, Dampf und/oder der Flüssigkeit.A "free pressurizable surface" is in particular a surface of the fracture element, on which the pressure of a gas, vapor and / or a liquid directly acts. On a free pressurizable surface, the fracture element is in particular in direct contact with the gas, vapor and / or the liquid.

In einer weiteren Ausführungsform des Sicherheitsventils weist das Abstützelement eine zweite Öffnung, eine dritte Öffnung, eine vierte Öffnung und/oder eine weitere Öffnung auf.In a further embodiment of the safety valve, the support element has a second opening, a third opening, a fourth opening and / or a further opening.

Somit kann die freie druckbeaufschlagbare Fläche des Bruchelementes erhöht werden. Zudem können die Öffnungen gezielt an die Form des Abstützelementes und/oder des Bruchelementes angepasst werden.Thus, the free pressurizable surface of the fracture element can be increased. In addition, the openings can be specifically adapted to the shape of the support element and / or the fracture element.

Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Öffnungen im Abstützelement gezielt gesetzt sind, sodass ein Brechen des Bruchelementes beim Überschreiten des Ansprechdruckes sicher erfolgt.It is particularly advantageous if the openings in the support element are deliberately set, so that breaking of the fracture element occurs when the set pressure is exceeded safely.

Um gezielt ein lokales Brechen des Bruchelementes einzuleiten, verengt sich die mindestens eine Öffnung des Abstützelementes in der Druckablassrichtung konisch bis zu dem Bruchelement.In order to specifically initiate a local breakage of the fracture element, the at least one opening of the support element narrows conically in the direction of pressure drop to the fracture element.

Dadurch kann gezielt der Druck auf eine kleine freie druckbeaufschlagbare Fläche des Bruchelementes gerichtet und erhöht werden. Insbesondere kann das Abstützelement hierzu als Konus ausgeführt sein, sodass ein wirkender Druck gezielt auf die Mitte des Bruchelementes innenliegend gerichtet ist. Dadurch, dass das Bruchelement außenliegend in der Umgebung an seinen Rändern durch das Halteelement festgehalten wird, bricht bei Überschreiten des Ansprechdruckes das Bruchelement entsprechend in der Mitte durch.As a result, the pressure can be targeted and increased to a small free pressurizable surface of the fracture element. In particular, the support element may for this purpose be designed as a cone, so that an acting pressure is directed inwardly targeted to the middle of the fracture element. Characterized in that the break element is held outside in the environment at its edges by the retaining element, breaks when the set pressure is exceeded, the break element in accordance with in the middle.

In einer weiteren Ausführungsform des Sicherheitsventils sind die Öffnungen alternativ oder ergänzend als Strömungskanäle innerhalb des Abstützelementes in der Druckablassrichtung ausgebildet.In a further embodiment of the safety valve, the openings are alternatively or additionally formed as flow channels within the support element in the pressure release direction.

Dadurch kann eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Fläche des Bruchelementes realisiert und eine druckschwächende Wirkung des Abstützelementes in der Druckablassrichtung vermindert werden.As a result, a uniform pressurization of the surface of the fracture element can be realized and a pressure-weakening effect of the support element in the depressurization direction can be reduced.

Um eine Meerwasserbeständigkeit und/oder eine gewisse Elastizität des Bruchelementes zu erhalten, weist das Bruchelement Glas, Edelstahl und/oder Graphit auf.In order to obtain a seawater resistance and / or a certain elasticity of the fracture element, the fracture element comprises glass, stainless steel and / or graphite.

In einer weiteren Ausführungsform des Sicherheitsventils weist das Bruchelement außerhalb des Sicherheitsraumes eine Einkerbung auf.In a further embodiment of the safety valve, the break element has a notch outside the safety area.

Somit kann durch die Einkerbung gezielt eine Sollbruchstelle in das Bruchelement gesetzt werden.Thus, a predetermined breaking point can be selectively set in the fracture element by the notch.

Eine „Einkerbung“ ist insbesondere ein spitzzulaufender, keilförmiger, geradliniger oder stumpfer Einschnitt in das Bruchelement. Bei einer Einkerbung kann es sich auch um mit oder ohne Abstand aneinander gereihte Bohrungen handeln, welche insbesondere nicht vollständig durch das Bruchelement durchgehen.A "notch" is in particular a pointed, wedge-shaped, rectilinear or blunt incision in the fracture element. A notch may also be bores arranged with or without spacing, which in particular do not pass completely through the break element.

Um ein sicheres Zerbrechen des Bruchelementes beim Überschreiten des Ansprechdruckes zu gewährleisten, weist die Einkerbung eine Abmessung von größer 80%, insbesondere größer 90%, bevorzugt größer 95% einer Abmessung des Bruchelementes in der Druckablassrichtung auf.In order to ensure a secure breakage of the fracture element when the response pressure is exceeded, the notch has a dimension of greater than 80%, in particular greater than 90%, preferably greater than 95%, of a dimension of the fracture element in the pressure release direction.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Batteriesektion für ein Unterwasserfahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Sicherheitsventil.In another aspect, the object is achieved by a battery section for an underwater vehicle with a safety valve described above.

Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei einem zu starkem Erwärmen und/oder Hochgehen einer Batterie in der Batteriesektion der sich ausbildende Druck gezielt abgelassen und somit keine Menschen an Land in der Umgebung der Batteriesektion gefährdet werden.In this way, it can be ensured that if too much heating and / or rising of a battery in the battery section, the pressure that is being formed is deliberately released and thus no people on shore in the vicinity of the battery section are endangered.

Zudem hält das Sicherheitsventil der Batteriesektion beim Einsatz unter Wasser dem jeweils wirkenden Wasserdruck stand, sodass ein Eindringen von Wasser in die Batteriesektion verhindert wird.In addition, the safety valve of the battery section holds when used underwater each acting water pressure, so that penetration of water is prevented in the battery section.

Eine „Batteriesektion“ ist ein Abschnitt eines Unterwasserfahrzeuges, indem sich Batterien und/oder Akkumulatoren zur Bereitstellung der elektrischen Energie an Bord befinden. Die Batteriesektion ist insbesondere von der Hülle des Unterwasserfahrzeuges umgeben und das Sicherheitsventil in der Hülle angeordnet, sodass das Sicherheitsventil zwischen der inneren Batteriesektion und der äußeren Umgebung angeordnet ist.A "battery section" is a section of an underwater vehicle that has batteries and / or accumulators to provide electrical power on board. The battery section is in particular surrounded by the casing of the underwater vehicle and the safety valve is arranged in the casing so that the safety valve is arranged between the inner battery section and the external environment.

In einem zusätzlichen Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Unterwasserfahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Sicherheitsventil und/oder einer zuvor beschriebenen Batteriesektion.In an additional aspect, the object is achieved by an underwater vehicle having a previously described safety valve and / or a previously described battery section.

Somit wird ein Unterwasserfahrzeug bereitgestellt, welches auch bei langen Lagerzeiten an Land einen sicheren Betrieb gewährleistet, ohne beispielsweise in der Umgebung an Land arbeitende Menschen zu gefährden. Zudem wird beim Einsatz unter Wasser mittels des Sicherheitsventils ein Eindringen von Wasser in das Unterwasserfahrzeug und somit ein Verlust des Unterwasserfahrzeuges verhindert.Thus, an underwater vehicle is provided, which ensures safe operation even for long periods on land without endangering, for example, people working in the area on land. In addition, when used under water by means of the safety valve, penetration of water into the underwater vehicle and thus a loss of the underwater vehicle is prevented.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

  • 1a eine stark schematische Schnittdarstellung eines Sicherheitsventils mit einem Stützring und Strömungskanälen,
  • 1b eine stark schematische Schnittdarstellung eines Sicherheitsventils mit Abstützwange und
  • 1c eine stark schematische Schnittdarstellung eines Sicherheitsventils mit einer eingekerbten Bruchscheibe und einem Abstützkonus.
Furthermore, the invention will be explained with reference to exemplary embodiments. Show it
  • 1a a highly schematic sectional view of a safety valve with a support ring and flow channels,
  • 1b a highly schematic sectional view of a safety valve with Abstützwange and
  • 1c a highly schematic sectional view of a safety valve with a notched rupture disc and a support cone.

Ein Sicherheitsventil 101 weist ein Ventilgehäuse 107 auf. Das Sicherheitsventil 101 ist zwischen einer Umgebung 113 und einem Sicherheitsraum 111 angeordnet. Auf der Seite der Umgebung 113 weist das Sicherheitsventil 101 zwei Halter 115 und Dichtungen 133 auf, wobei letztere an einer Bruchscheibe 109 angeordnet sind. An ihrer Außenfläche steht die Bruchscheibe 109 in Verbindung mit der Umgebung 113. An ihrer Innenfläche ist die Bruchscheibe 109 oberhalb des Stützringes 117 angeordnet. Der Stützring 117 ist mit dem Ventilgehäuse 107 verbunden und weist mehrere Strömungskanäle 137 auf.A safety valve 101 has a valve housing 107 on. The safety valve 101 is between an environment 113 and a security room 111 arranged. On the side of the environment 113 has the safety valve 101 two holders 115 and seals 133 on, with the latter being arranged on a rupture disk 109. On its outer surface is the rupture disk 109 in connection with the environment 113 , On its inner surface is the rupture disk 109 above the support ring 117 arranged. The support ring 117 is with the valve body 107 connected and has a plurality of flow channels 137.

Der Sicherheitsraum 111 ist Bestandteil einer Batteriesektion 103. In der Batteriesektion 103 kommt es zu einem Überhitzen von Batteriezellen und somit zu einem Druckanstieg im Sicherheitsraum 111. Der ansteigende Druck wirkt in Druckablassrichtung 135 durch eine mittige Öffnung des Stützrings 117 und die Strömungskanäle 137 des Stützrings 117 auf die Innenfläche der Bruchscheibe 109 ein.The security room 111 is part of a battery section 103. In the battery section 103 it comes to overheating of battery cells and thus to an increase in pressure in the security room 111 , The rising pressure acts in depressurization direction 135 through a central opening of the support ring 117 and the flow channels 137 of the support ring 117 on the inner surface of the rupture disk 109 one.

Beim Überschreiten eines Ansprechdruckes des Sicherheitsventils 101 werden zunächst die Dichtung 133 in Druckablassrichtung 135 gequetscht, wodurch sich die Bruchscheibe 109 von dem Stützring 117 abhebt und die gesamte Innenfläche der Bruchscheibe 109 vom Druck beaufschlagt wird. Aufgrund einer haltenden Wirkung der Halter 115 an den äußeren Rändern der Bruchscheibe 109 und der Wirkung des im Sicherheitsraum 111 anliegenden Druckes an der Bruchschreibe 109 bricht diese in der Mitte durch und lässt den Druck in Druckablassrichtung 135 gezielt in die Umgebung 113 ab.When a response pressure of the safety valve 101 is exceeded, first the seal 133 squeezed in the pressure release direction 135, whereby the rupture disk 109 of the support ring 117 lifts off and the entire inner surface of the rupture disk 109 is acted upon by the pressure. Due to a holding action of the retainers 115 on the outer edges of the rupture disk 109 and the effect of in the security room 111 applied pressure at the fractional letter 109 breaks through in the middle and leaves the pressure in depressurization direction 135 targeted in the environment 113 from.

In einer Alternative des Sicherheitsventils 101 sind die Halter 115 in Druckablassrichtung 135 direkt oberhalb der Bruchscheibe 109 angeordnet und umfassen diese an den Rändern. Ein Abstützelement ist hier als rundumlaufende Abstützwange mit einer mittigen Öffnung ausgeführt. Dadurch ergibt sich in der Mitte der Bruchscheibe 109 eine freie druckbeaufschlagbare Fläche 125, welche 20% der innenliegenden Gesamtfläche 127 der Bruchscheibe 109 beträgt.In an alternative of the safety valve 101 are the holders 115 in depressurization direction 135 directly above the rupture disk 109 arranged and include these at the edges. A support element is designed here as a circular support cheek with a central opening. This results in the middle of the rupture disk 109 a free pressurizable surface 125 , which accounts for 20% of the total interior area 127 the rupture disk 109 is.

Beim Überschreiten eines Ansprechdruckes im Sicherheitsraum 111 der Batteriesektion 103 wird der wirkende Druck gezielt durch die Abstützwange 119 auf die freie druckbeaufschlagbare Fläche 125 der Bruchscheibe 109 gerichtet. Da die Bruchscheibe 109 auf ihrer Außenseite in der Umgebung 113 durch die Halter 115 fest gehalten ist, zerbricht die Bruchscheibe 109 in der Mitte und das Sicherheitsventil 101 öffnet sich in Druckablassrichtung 135.When exceeding a response pressure in the security room 111 of the battery section 103 the effective pressure is targeted by the support cheek 119 on the free pressurizable surface 125 the rupture disk 109 directed. Because the break disk 109 on its outside in the area 113 through the holders 115 held firm, breaks the rupture disk 109 in the middle and the safety valve 101 opens in the pressure release direction 135 ,

In einer weiteren Alternative des Sicherheitsventils 101 weist die Bruchscheibe 109 eine Einkerbung 123 mit einer Dicke 129 von 4,5mm ausgehend von der Seite der Umgebung 113 auf. Die Bruchscheibe 109 hat eine Materialdicke 131 von 5mm, sodass eine Materialdicke von 0,5mm an der Innenseite der Bruchscheibe 109 unterhalb der Einkerbung 123 frei von einer Einkerbung ist. Unterhalb der Bruchscheibe 109 ist hier ein hohler Abstützkonus 121 angeordnet, sodass sich die freie druckbeaufschlagbare Fläche 125 an der Bruchscheibe 109 ergibt.In another alternative of the safety valve 101 has the rupture disk 109 a notch 123 with a thickness 129 of 4.5mm from the side of the environment 113. The break disk 109 has a material thickness 131 of 5mm, so a material thickness of 0.5mm on the inside of the rupture disk 109 below the notch 123 is free from a notch. Below the rupture disk 109 is here a hollow support cone 121 arranged so that the free pressurizable surface 125 at the rupture disk 109 results.

Bei Überschreiten eines Ansprechdruckes innerhalb des Sicherheitsraumes 111 in der Batteriesektion 109 wird der wirkende Druck durch den hohlen Abstützkonus 121 gezielt auf die freie druckbeaufschlagbare Fläche 125 der Bruchscheibe 109 geleitet, welche mittig zur Einkerbung der Bruchscheibe 109 angeordnet ist. Aufgrund des wirkenden Druckes und der festen Fixierung durch die Halter 115 bricht das nicht eingekerbte Material der Bruchscheibe 109 unterhalb der Einkerbung 123, sodass sich das Sicherheitsventil 101 in Druckablassrichtung 135 öffnet.When a response pressure within the security room 111 in the battery section is exceeded 109 becomes the acting pressure through the hollow support cone 121 targeted to the free pressurizable surface 125 led the rupture disk 109, which is arranged centrally to the notch of the rupture disk 109. Due to the effective pressure and the fixed fixation by the holder 115 breaks the not scored material of the rupture disk 109 below the notch 123 so that the safety valve 101 is in the pressure release direction 135 opens.

Beim Einsatz unter Wasser nimmt der Stützring 117, die Abstützwange 119 oder der Abstützkonus 121 je nach Ausführungsform des Sicherheitsventils 101 den Wasserdruck auf, welcher auf die Außenfläche der Bruchscheibe 109 aus der Umgebung 113 (Wasser) wirkt und leitet diesen an das Ventilgehäuse 107 ab.When used underwater, the support ring takes 117 , the support cheek 119 or the support cone 121 depending on the embodiment of the safety valve 101 the water pressure on the outer surface of the rupture disk 109 from the environment 113 (Water) acts and diverts it to the valve housing 107.

Dadurch bleibt die Bruchscheibe 109 bei Einsatz unter Wasser trotz eines hohen Wasserdruckes intakt und ein Eindringen von Wasser in die Batteriesektion 103 eines Unterwasserfahrzeuges wird verhindert.This leaves the rupture disk 109 when used under water despite a high water pressure intact and a penetration of water into the battery section 103 An underwater vehicle is prevented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
Sicherheitsventilsafety valve
103103
Batteriesektionbattery section
105105
Sicherheitsventilsafety valve
107107
Ventilgehäusevalve housing
109109
Bruchscheiberupture disk
111111
Sicherheitsraumsecurity Zone
113113
UmgebungSurroundings
115115
Halterholder
117117
Stützringsupport ring
119119
AbstützwangeAbstützwange
121121
AbstützkonusAbstützkonus
123123
Einkerbungnotch
125125
freie druckbeaufschlagbare Flächefree pressurizable area
127127
Gesamtfläche der BruchscheibeTotal area of the rupture disk
129129
Dicke der EinkerbungThickness of the notch
131131
Materialdicke der BruchscheibeMaterial thickness of the break disc
133133
Dichtungpoetry
135135
DruckablassrichtungPressure relief direction
137137
Strömungskanalflow channel

Claims (11)

Sicherheitsventil (101) zum Schutz eines Sicherheitsraumes (111) eines Unterwasserfahrzeuges an Land, wobei das Sicherheitsventil ein Ventilgehäuse (107), ein Bruchelement (109) und ein Halteelement (115) zum Halten des Bruchelementes im Ventilgehäuse aufweist, wobei das Bruchelement den Sicherheitsraum von einer Umgebung (113) abtrennt und das Halteelement an dem Bruchelement auf einer Seite der Umgebung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstützelement (117, 119, 121) im Sicherheitsventil derart ausgebildet ist, dass im Falle eines Einwirkens eines Druckes aus der Umgebung auf das Bruchelement das Abstützelement das Bruchelement stützt und den wirkenden Druck vom Bruchelement ableitet, sodass das Bruchelement intakt bleibt, und im Falle eines Überschreitens eines Ansprechdruckes in dem Sicherheitsraum das Abstützelement frei von einer stützenden Wirkung ist, sodass das Bruchelement in einer Druckablassrichtung (135) zerberstet.A safety valve (101) for protecting an underwater vehicle safety space (111) on land, the safety valve having a valve housing (107), a break element (109) and a retaining element (115) for holding the break element in the valve housing, the break element closing the safety space of an environment (113) separates and the holding element is arranged on the fracture element on one side of the environment, characterized in that a support element (117, 119, 121) is formed in the safety valve such that in the event of an impact of a pressure from the environment the rupture element supports the rupture element and diverts the acting pressure from the rupture element so that the rupture element remains intact, and in the event of exceeding a set pressure in the safety space, the support element is free of a supporting action such that the rupture element bursts in a pressure relief direction (135) , Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement in der Druckablassrichtung vor dem Bruchelement in dem Sicherheitsventil angeordnet ist.Safety valve after Claim 1 , characterized in that the support element is arranged in the pressure release direction in front of the fracture element in the safety valve. Sicherheitsventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement mindestens eine Öffnung (137) zum Bruchelement aufweist, sodass sich eine freie druckbeaufschlagbare Fläche (125) des Bruchelementes ergibt.Safety valve according to one of the preceding claims, characterized in that the support element has at least one opening (137) to the fracture element, so that there is a free pressurizable surface (125) of the fracture element. Sicherheitsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement eine zweite Öffnung, eine dritte Öffnung, eine vierte Öffnung und/oder eine weitere Öffnung aufweist.Safety valve after Claim 3 , characterized in that the support element has a second opening, a third opening, a fourth opening and / or a further opening. Sicherheitsventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung des Abstützelementes sich in der Druckablassrichtung konisch bis zu dem Bruchelement verengt.Safety valve after Claim 3 or 4 , characterized in that the at least one opening of the support element conically narrows in the pressure release direction to the fracture element. Sicherheitsventil nach einem der Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen alternativ oder ergänzend als Strömungskanäle (137) innerhalb des Abstützelementes in der Druckablassrichtung ausgebildet sind.Safety valve according to one of the Claim 3 to 5 , characterized in that the openings are alternatively or additionally formed as flow channels (137) within the support element in the pressure release direction. Sicherheitsventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bruchelement Glas, Edelstahl und/oder Graphit aufweist.Safety valve according to one of the preceding claims, characterized in that the breaking element comprises glass, stainless steel and / or graphite. Sicherheitsventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bruchelement außerhalb des Sicherheitsraumes eine Einkerbung (123) aufweist.Safety valve according to one of the preceding claims, characterized in that the breaking element has a notch (123) outside the safety space. Sicherheitsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung eine Abmessung von größer 80%, insbesondere größer 90%, bevorzugt größer 95% einer Abmessung des Bruchelementes in der Druckablassrichtung aufweist.Safety valve after Claim 8 , characterized in that the notch has a dimension of greater than 80%, in particular greater than 90%, preferably greater than 95%, of a dimension of the fracture element in the direction of depressurization. Batteriesektion für ein Unterwasserfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Battery section for one Underwater vehicle, characterized by a safety valve according to one of Claims 1 to 9 , Unterwasserfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einer Batteriesektion nach Anspruch 10.Underwater vehicle, characterized by a safety valve according to one of Claims 1 to 9 and / or a battery section Claim 10 ,
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Citations (4)

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