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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zum Unterbrechen eines Fließens eines Fluids. Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um ein Gas, eine Flüssigkeit oder eine Mischung aus einem Gas und einer Flüssigkeit.
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Die
EP 2 096 340 A1 offenbart ein Ventil mit einer Sicherheitsvorrichtung, die einen Fluss eines Fluids in dem Fall unterbricht, dass auf einen Trägheitskörper eine Kraft oberhalb eines Grenzwerts einwirkt. Eine solche Kraft tritt z. B. bei einem Unfall auf. Die Sicherheitsvorrichtung verfügt über eine Rückstelleinrichtung, die von einem Bediener zu betätigen ist, sodass das Fluid wieder fließen kann. Dabei wird der Trägheitskörper zurück in eine Ruheposition verbracht.
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Nachteilig ist, dass die Rückstelleinrichtung unbeabsichtigt oder z. B. von einem nicht qualifizierten Bediener zurückgesetzt werden könnte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die z. B. im Fall eines Unfalls das Fließen eines Fluids unterbricht und die ein unbeabsichtigtes Zurücksetzen zuverlässig verhindert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sicherheitsvorrichtung zum Unterbrechen eines Fließens eines Fluids, mit einem Eingang, einem Ausgang und einer den Eingang und den Ausgang miteinander verbindenden Fluidpassage, mit einem Trägheitskörper und mit einem Verschlussmechanismus, wobei der Trägheitskörper den Verschlussmechanismus in dem Fall auslöst, dass auf den Trägheitskörper eine Kraft oder eine Beschleunigung oberhalb eines vorgebbaren Grenzwerts einwirkt, und wobei der ausgelöste Verschlussmechanismus die Fluidpassage für das Fließen des Fluids irreversibel verschließt.
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Im normalen Zustand (alternative Bezeichnung: Ruhezustand) der Vorrichtung ist die Fluidpassage frei für den Fluss des Fluids. Wirkt jedoch eine Kraft oberhalb eines Grenzwerts, so wird die Passage verschlossen. Das Einwirken einer Kraft ist dabei analog zum Einwirken einer Beschleunigung. Eine solche Kraft bzw. Beschleunig tritt z. B. bei einem Unfall oder bei einem Erdbeben auf. Es wirkt somit insbesondere eine mechanische Kraft, der der Trägheitskörper folgt und die den Verschlussmechanismus auslöst, sodass die Passage für das Fluid geschlossen wird. Der Grenzwert für die Kraft ist dabei z. B. über die Ausprägung des Trägheitskörpers und/oder über dessen Lagerung definiert. So definieren z. B. das Gewicht oder auf den Trägheitskörper für das Halten einwirkende Kräfte (z. B. ein magnetisches Feld bei einem Trägheitskörper aus Metall oder allgemein ein Formsitz mit sich ergebender Klemmwirkung) den Grenzwert, dessen Überschreiten dazu führt, dass der Trägheitskörper seine Ruheposition verlässt. Verlässt der Trägheitskörper seine Ruheposition, so wird durch den jeweiligen Verschlussmechanismus die Fluidpassage irreversibel für das Fluid verschlossen, sodass es nicht mehr hindurchfließen kann. Je nach der Beschaffenheit des Fluids kann anstelle des Ausdrucks Fließen beispielweise auch der Ausdruck Strömen verwendet werden. Irreversibel heißt in diesem Zusammenhang, dass es keinen Rückstellmechanismus gibt. Alternativ oder ergänzend bedeutet es, dass es im Rahmen des normal üblichen Anwendungsbereichs nicht möglich ist, durch eine allgemein übliche, äußere Einwirkung auf die Vorrichtung die Fluidpassage wieder frei zu setzen.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Trägheitskörper Bestandteil des Verschlussmechanismus ist. In dieser Ausgestaltung erlaubt der Trägheitskörper in seinem Ruhezustand das Fließen des Fluids durch die Fluidpassage.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Verschlussmechanismus mindestens ein Verschlussmedium aufweist, und dass das Verschlussmedium im Fall des ausgelösten Verschlussmechanismus in die Fluidpassage eintritt. Je nach Ausgestaltung verschließt das Verschlussmedium allein die Fluidpassage oder im Zusammenwirken mit einem weiteren Medium oder beispielsweise infolge eines Zusammenwirkens mit dem Fluid selbst. In dieser Ausgestaltung ergibt sich somit der irreversible Verschluss der Fluidpassage dadurch, dass das Verschlussmedium aus der Passage entfernt werden muss. Dies ist beispielsweise nur durch ein Öffnen der Vorrichtung und eine mechanische oder chemische Einwirkung auf das Verschlussmedium möglich.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass das Verschlussmedium die Fluidpassage durch einen chemischen Prozess, beispielsweise durch ein Aushärten, verschließt. Das Verschlussmedium bildet beispielsweise ein die Fluidpassage verschließendes Harz.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Verschlussmechanismus mindestens zwei Verschlussmedien aufweist, die in der Fluidpassage zusammenwirken.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Trägheitskörper den Verschlussmechanismus auslöst, indem der Trägheitskörper mindestens eine Membran zerstört, hinter der sich das mindestens eine Verschlussmedium befindet. In dieser Ausgestaltung befindet sich das mindestens eine Verschlussmedium in einem Raum, der über eine Membran mit der Fluidpassage in Verbindung steht. Durch das Zerstören der Membran bzw. durch das Aufheben der Unversehrbarkeit der Membran fließt das Verschlussmedium zur Fluidpassage und kann diese irreversibel verschließen.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Trägheitskörper mindestens einen Dorn aufweist. Der Trägheitskörper ist dabei vorzugsweise so angeordnet, dass der Dorn bei einer Bewegung des Trägheitskörpers die Membran öffnet, sodass das Verschlussmedium austreten kann.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass in einem Ruhezustand mindestens ein Federelement auf den Trägheitskörper einwirkt. Das Federelement, das z. B. aus mehreren Komponenten besteht, ist in einer Ausgestaltung eine Möglichkeit, um den Grenzwert für die einwirkende Kraft zu definieren.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Verschlussmechanismus eine Gegenfläche für den Trägheitskörper aufweist, dass zwischen dem Trägheitskörper und der Gegenfläche eine magnetische Anziehungskraft wirkt, und dass auf den Trägheitskörper mindestens ein Federelement so einwirkt, dass in einem Ruhezustand die magnetische Anziehungskraft kompensiert ist. Der Ruhezustand bezieht sich dabei auf die Sicherheitsvorrichtung oder auf den Trägheitskörper. Im Ruhezustand kann das Fluid die Fluidpassage durchfließen oder durchströmen. Die magnetische Anziehung wird erzeugt, indem beispielsweise Trägerkörper oder Gegenfläche entsprechend zumindest teilweise aus einem Metall bestehen oder z. B. einen Magneten aufweisen. Im Ruhezustand hält das mindestens eine Federelement den Trägheitskörper vorzugsweise in einem solchen Abstand zur Gegenfläche, dass die magnetische Kraft ausreichend gering bzw. kompensiert ist. Das mindestens eine Federelement erzeugt somit insbesondere eine solche Kraft, dass die Gegenfläche und der Trägheitskörper voneinander fort bewegt werden, und wirkt somit zumindest entgegen der magnetischen Anziehung zwischen dem Trägheitskörper und der Gegenfläche. Dabei ist vorzugsweise der Trägheitskörper entlang der Richtung, in der die magnetische Anziehungskraft wirkt, beweglich angeordnet. Wird der Trägheitskörper durch die von außen wirkende Kraft bewegt, so wird die magnetische Anziehungskraft dominant und der Trägheitskörper bewegt sich in Richtung auf die Gegenfläche. In einer Ausgestaltung ist durch die Ausführung des Trägheitskörpers oder durch dessen Lagerung im Ruhezustand sichergestellt, dass sich infolge der von außen wirkenden Kraft der Trägheitskörper nur in die Richtung auf die Gegenfläche bewegen kann. Das Fließen des Fluids wird somit unterbrochen, indem sich der Trägheitskörper in Richtung auf die Gegenfläche bewegt. Um das Fließen des Fluids - bei einem theoretischen Zurücksetzen - wieder zu ermöglichen, müsste sich der Trägheitskörper fort von der Gegenfläche bewegen. Es müsste somit die magnetische Anziehungskraft überwunden werden. Gleichzeitig dürfte jedoch nur eine solche Kraft für das Zurücksetzen verwendet werden, dass der Trägheitskörper in seinem Ruhezustand verharrt, also in dem Punkt, in welchem die Federkraft des mindestens einen Federelements gerade die magnetische Anziehungskraft kompensiert. Da dies z. B. durch ein Schütteln der Sicherheitsvorrichtung praktisch unmöglich ist, führt auch diese Ausgestaltung zu einem irreversiblen Verschließen der Fluidpassage. Es müsste vielmehr die Vorrichtung geöffnet und der Trägheitskörper durch einen direkten Eingriff in die Ruheposition gesetzt werden. Dies ist jedoch keine normal übliche Möglichkeit zum Zurücksetzen.
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Eine Ausgestaltung bezieht sich darauf, dass die Gegenfläche durch eine Stirnseite eines Rohres gebildet ist und dass eine Querschnittsfläche eine der Gegenfläche zugewandten Seite des Trägheitskörpers mindestens gleich einer Querschnittsfläche der Stirnseite des Rohres ist. In dieser Ausgestaltung ist die Gegenfläche die Stirnseite eines Rohrs oder allgemein rohrförmigen Abschnitts. In einer Ausgestaltung hat die Gegenfläche eine Ringform. Durch die zueinander passenden Geometrien versperrt der Trägheitskörper die Stirnseite und damit auch die Fluidpassage. Das Rohr ist somit vorzugzugsweise ein Teil der Fluidpassage.
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Der Trägheitskörper befindet sich in einer Ausgestaltung in einer Kammer zwischen zwei Rohrabschnitten. Die Kammer hat dabei einen größeren Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung als die Rohrabschnitte, um den Trägheitskörper aufzunehmen.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung einer ersten Variante der Sicherheitsvorrichtung und
- 2 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der Sicherheitsvorrichtung.
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In der 1 ist eine erste Variante der Sicherheitsvorrichtung 1 dargestellt. Im Normalzustand tritt - angedeutet durch die Pfeile - ein Gas als ein Beispiel für ein Fluid durch den Eingang 2 ein, durchströmt die Fluidpassage 4 und tritt durch den Ausgang 3 aus dem Gehäuse 7 der Vorrichtung 1 wieder aus.
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Die Besonderheit besteht darin, dass die Sicherheitsvorrichtung 1 das Strömen des Gases in dem Fall unterbindet, dass eine Beschleunigung oder eine Kraft einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Diese Kraft tritt z. B. durch ein Erdbeben auf. Alternativ ist die Vorrichtung in einem am Straßenverkehr teilnehmendem Gefährt angebracht und die Kraft wird durch einen Unfall erzeugt.
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Das Strömen des Gases wird durch einen Verschlussmechanismus 6 irreversibel unterbrochen. Es gibt somit insbesondere keinen Rücksetzmechanismus. Um das Strömen dennoch zu ermöglichen, müsste beispielsweise das Gehäuse 7 geöffnet werden, was jenseits der normalen Verwendung liegt. Das Unterbrechen - vorzugsweise durch das irreversible Verschließen der Flüssigkeitspassage 4 für das Fluid oder zumindest durch das Herabsetzen der Fließmöglichkeit unterhalb eines ggf. tolerablen Werts - ist somit insbesondere für den Anwender irreversibel.
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Der Verschlussmechanismus 6 der Fluidpassage 4 besteht in der Ausgestaltung der 1 in einer Art von Vergießen der Passage 4.
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Ein Trägheitskörper 5 ist in dem gezeigten Beispiel über zwei Federelemente 30 in seinem Ruhezustand gehalten. Eine Bewegungsrichtung des Trägheitskörpers 5 ist über eine Aussparung 13 hinein in das Gehäuse 7. Die Masse des Trägheitskörpers 5, die Eigenschaften der Aufhängung (hier durch die Federelemente 30) und auch die Bewegungsrichtung des Trägheitskörpers 5 (in dem gezeigten Beispiel entgegen der Erdanziehung) definieren den Grenzwert, ab dem der Trägheitskörper 5 reagiert und sich aus der Ruheposition bewegt.
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Der Trägheitskörper 5 verfügt über zwei stirnseitige Dorne 12, die einer Membran 11 zugewandt sind. Übersteigt die von außen wirkende Kraft den Grenzwert, der hier auch durch den Widerstandswert der Membran 11 bedingt ist, so perforieren die Dorne 12 die Membran 11 und die zwei hinter der Membran 11 befindlichen Verschlussmedien 10 fliesen in die Fluidpassage 4 und reagieren dort miteinander. Sie bilden beispielsweise ein Harz, das die Fluidpassage 4 verschließt. Durch das Harz wird somit die Fluidpassage 4 irreversibel verschlossen, da für das Öffnen der Fluidpassage 4 z. B. Säuren oder eine mechanische Bearbeitung erforderlich wären.
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Die Variante des Verschlussmechanismus 6 der 2 basiert darauf, dass der Normalzustand der Sicherheitsvorrichtung 1, in dem das Fließen des Fluids durch die Fluidpassage 4 möglich ist, durch einen sehr empfindlichen labilen Gleichgewichtszustand charakterisiert ist.
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In der gezeigten Ausgestaltung möge das Gas entlang der eingezeichneten Längsachse vom Eingang 2 zum Ausgang 3 strömen. In der dazwischen befindlichen Fluidpassage 4 befindet sich der Trägheitskörper 5, der im Wesentlichen scheiben- oder tellerförmig ausgestaltet ist. Der Trägheitskörper 5 wird durch zwei Federelemente 30 in seiner Ruheposition gehalten. Der Trägheitskörper 5 befindet sich dabei in einem Innenraum des Gehäuses 7, der einen größeren Durchmesser als die rohrförmigen Abschnitte von Eingang 2 und Ausgang 3 aufweisen.
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Zu dem Trägheitskörper 5 ist in dem Verschlussmechanismus 6 eine Gegenfläche 20 vorhanden, die hier die Stirnseite eines von dem Fluid durchströmten Rohrs 21 ist. Dabei handelt es sich insbesondere um die Stirnseite, die der Fluidpassage 4 zugewandt ist. Zwischen dem Trägheitskörper 5 und der Gegenfläche 20 besteht eine magnetische Anziehungskraft. Dieser Anziehungskraft wirken die Federelemente 30 entgegen und halten den Trägheitskörper 5 in der Ruhelage. Somit sind hier - z. B. zusätzlich zum Gewicht des Trägheitskörpers 5 - die Federkraft der Federelemente 30 sowie das Maß der magnetischen Anziehungskraft entscheidend für den Grenzwert der wirkenden Kraft, ab der sich der Trägheitskörper 5 ausreichend weit bewegt, um die Fluidpassage 4 zu verschließen.
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Bewegt sich durch die Kraft bzw. Beschleunigung der Trägheitskörper 5 aus seiner Ruheposition, so wirkt sich die magnetische Kraft aus und der Trägheitskörper 5 trifft auf die Gegenfläche 20 und verschließt den Durchgang. Hierfür sind die Dimensionierungen der Gegenfläche 20 bzw. der Stirnseite des Rohrs 31 und des Trägheitskörpers 5 passend zueinander abgeglichen. Liegt der Trägheitskörper 5 auf der Gegenfläche 20 auf, so ist die Fluidpassage 4 für das Fluid - also hier das Gas - verschlossen.
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Für ein erneutes Strömen - also für ein Rücksetzen der Sicherheitsvorrichtung 1 - wäre es erforderlich, den Trägheitskörper 5 von der Gegenfläche 20 zu entfernen. Es müsste also die magnetische Anziehungskraft überwunden werden. Würde z. B. durch ein Schütteln eine ausreichende Kraft aufgewendet, so wäre diese Kraft sicherlich zu hoch, als dass die Bewegung des Trägheitskörpers 5 gerade in dem Bereich enden würde, an dem die Federelemente 30 für den labilen Ruhezustand sorgen. Daher würde sich der Trägheitskörper 5 nach einer maximalen Auslenkung wieder in Richtung der Gegenfläche 20 bewegen und die Fluidpassage 4 wäre weiterhin verschlossen.
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Hier ist die Irreversibilität also dadurch gegeben, dass von außen keine Kraft aufgewendet werden kann, die groß genug ist, um den Trägheitskörper 5 abzulösen, aber auch gerade so klein ist, dass der Trägheitskörper 5 in der Ruhestellung stehen bleibt. Für eine genau passende Kraft ist die Wahrscheinlichkeit zu gering. Somit ist auch in der Variante der Sicherheitsvorrichtung 1 der 2 die Fluidpassage 4 gegenüber dem Fluid bzw. gegenüber dessen Fließen irreversibel verschlossen.
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Die Sicherheitsvorrichtung 1 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie in einem Fluidpfad in einem Wohnwagen oder einem Wohnmobil eingebaut werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sicherheitsvorrichtung
- 2
- Eingang
- 3
- Ausgang
- 4
- Fluidpassage
- 5
- Trägheitskörper
- 6
- Verschlussmechanismus
- 7
- Gehäuse
- 10
- Verschlussmedium
- 11
- Membran
- 12
- Dorn
- 13
- Aussparung
- 14
- Dichtung
- 20
- Gegenfläche
- 21
- Rohr
- 30
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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