DE19715640C2 - Thermisch auslösbares Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Thermisch auslösbares Sicherheitsventil mit

• - einem Gehäuse, das einen ersten Anschlußstutzen, einen im Winkel zu diesem angeordneten zweiten Anschlußstutzen und einen in Fortsetzung des ersten Anschlußstutzens angeordneten Gehäuseansatz aufweist,
• - einem im Gehäuse angeordneten Ventilelement, das einen Bund mit einer kegelstumpfförmigen Sitzfläche sowie eine mit Durchgangsöffnungen versehene Führungseinrichtung aufweist, welche in den ersten Anschlußstutzen eingreift, und
• - einem vom ersten Anschlußstutzen gebildeten Ven­ tilsitz, der als zur Sitzfläche des Ventilelements komplementäre kegelstumpfförmige Fläche ausgebildet ist,
• - wobei das Ventilelement in seiner Öffnungsstellung von einer thermisch aufschmelzbaren Arretierung verriegelt und von einer Feder in Richtung auf den Ventilsitz vorgespannt ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (GM 77 37 537 U1) ist der Ventilsitz als scharfkantiger Rand des ersten Anschlußstutzens ausgebildet. Das Ventilelement sitzt an einem Schaft, der in einem Deckel geführt ist, welcher den Gehäuseansatz gehäuseinnenseitig verschließt. Wenn die ther­ mische Sicherung ausgelöst wird, wandert das Ventilelement in Richtung auf den ersten Anschlußstutzen und entfernt sich dabei zunehmend von der Führung seines Schaftes. Es können also Verkantungen auftreten, die sich insbesondere deshalb nachteilig auswirken, weil es zwischen dem Ventilsitz und der Sitzfläche lediglich zu einer Linienberührung kommt. Leckagen in der Schließstellung beeinträchtigen den ange­ strebten Sicherheitseffekt, zumal wenn man berücksichtigt, daß Ventile dieser Art vor allen Dingen zum Absperren von Gasleitungen im Falle eines Brandes vorgesehen sind.

Die US 1,082,708 offenbart ein Sicherheitsventil, bei dem die in den ersten Anschlußstutzen eingreifende Führungseinrichtung durch eine Mehrzahl von radialen Führungsflügeln gebildet ist. Außerdem wird das Ventilelement über einen Zapfen in einem Gehäusedeckel geführt. Auf diese Weise soll dafür gesorgt werden, daß die Sitzfläche des Ventilelements in der Schließstellung exakt auf den Ventilsitz bewegt wird. Die Führungsflächen in dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel des bekannten Ventils müssen im zusammengesetzten Zustand des Ventils exakt fluchten. Ihre Herstellung ist daher technisch aufwendig. Außerdem birgt die gleichzeitige Führung des Ventilelements in dem Gahäusedeckel und dem ersten Anschlußstutzen die Gefahr eines Versagens des Sicherheitsventils. Ist der Gehäusedeckel fehlerhaft gefertigt oder aufgeschraubt, so besteht die Gefahr, daß der Zapfen "verkantet" und das Ventilelement im Brandfall an einem leichtgängigen und zuverlässigen Schließvorgang hindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverläs­ sigkeit des Sicherheitsventils zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das thermisch auslösbare Sicherheitsventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Gehäuse einstückig ausgebildet ist und, ausgehend vom Gehäuseansatz bis zu dem am ersten Anschluß­ stutzen ansetzenden Ventilsitz, einen konstanten Innendurchmesser aufweist, und
• - daß die Führungseinrichtung als Flanschscheibe ausgebildet und über einen Abschnitt verminderten Durchmessers mit dem Bund verbunden ist,
• - wobei sowohl die Führungseinrichtung als auch der Bund als Führungselemente mit dem Gehäuse zusammenwirken.

Die komplementären Kegelstumpfflächen des Ventilsitzes und der Sitzfläche garantieren in der Schließstellung eine äußerst zuverlässige Abdichtung. Dabei sorgt die Führungs­ einrichtung dafür, daß die beiden Kegelstumpfflächen exakt aufeinandergedrückt werden. Betrachtet man die Schließbewe­ gung des Ventilelements, so liegt die Führungseinrichtung vorne und "zieht" den die Sitzfläche tragenden Bund hinter sich her. Ein Verkanten des Ventilelements wird also zuver­ lässig verhindert. Dabei ist die Gestaltung des Ventils kon­ struktiv einfach und fertigungstechnisch günstig.

Zusätzlich zu der in Bewegungsrichtung vorne liegenden Führungseinrichtung bildet der Bund eine rückwärtige Füh­ rungseinrichtung, die den Geradelauf des Ventilelements wei­ ter unterstützt. Der vom Gehäuseansatz bis zu dem am ersten Anschlußstutzen ansetzenden Ventilsitz konstante Innendurchmesser läßt die Führungsfunktion des Bundes über der gesamten Länge der Bewegungsstrecke wirksam werden.

Die Flanschscheibe weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen auf. In der Öffnungsstellung befindet sich die Flanschscheibe im Querschnitt des ersten Anschlußstutzens, wobei die Durchgangsöffnungen so dimensioniert sind, daß ein ausreichender Gasdurchfluß gewährleistet ist. Zwischen der Flanschscheibe und dem Bund des Ventilelementes befindet sich der Abschnitt mit vermindertem Durchmesser, der also zum Gehäuse hin einen Ringraum frei läßt. Von diesem Ringraum geht der zweite An­ schlußstutzen ab. Auch der Ringraum ist so dimensioniert, daß eine ausreichende Gasmenge zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlußstutzen passieren kann. Dabei kann die Ge­ staltung vorteilhafterweise so getroffen werden, daß der Ab­ schnitt mit vermindertem Durchmesser über eine kegel­ stumpfförmige Verjüngung in die Flanschscheibe übergeht.

Wie bereits erwähnt, gewährleisten die komplementären Kegelstumpfflächen des Ventilsitzes und der Sitzfläche eine zuverlässige Abdichtung. Dies gilt insbesondere dann, wenn diese Kegelstumpfflächen einen selbsthemmenden Kegel bilden. Es kommt also zu einer Verriegelung der Schließstellung, die nicht mehr abhängig ist von der Schließkraft der Feder. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die Schließkraft der Feder bei zunehmender Temperatur nachläßt. Im Falle des eingangs genannten bekannten Ventils führt dies zu einer völli­ gen Aufhebung der Dichtwirkung, und zwar besonders rasch dann, wenn das Gas durch den ersten Anschlußstutzen zuströmt und daher bestrebt ist, das Ventil zu öffnen.

Die Zuverlässigkeit der Dichtwirkung kann in wesent­ licher Weiterbildung der Erfindung noch dadurch erhöht wer­ den, daß das Ventilelement aus einem Material besteht, des­ sen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der des Mate­ rials des Gehäuses. Für das Gehäuse kommt insbesondere Stahl und für das Ventilelement Messing in Frage. Die Dichtwirkung verstärkt sich also mit zunehmender Temperatur, da sich das Ventilelement zwangsläufig gegen das Gehäuse verspannt.

In Weiterbidung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß der Gehäuseansatz einen Boden in Form eines Federtellers aufweist, daß ein Gewindezapfen durch thermisches Schmelzma­ terial mit dem Federteller verbunden ist und daß das Ventil­ element auf den Gewindezapfen aufgeschraubt ist, wobei die Feder zwischen dem Ventilelement und dem Federteller ver­ spannt ist. Kommt es zu einer thermischen Auslösung des Ven­ tils, so gibt das Schmelzmaterial den Gewindezapfen und da­ mit das Ventilelement frei. Letzteres wird von der Feder au­ genblicklich in die Schließstellung "geschossen". Diese Be­ wegung kann durch das Schmelzmaterial in keiner Weise behin­ dert werden. Bei der Montage wird der Gewindezapfen zuerst mit dem Federteller verlötet, und zwar insbesondere unter Anwendung eines Weichlots. Sodann wird die Feder auf den Ge­ windezapfen aufgesteckt, und anschließend wird das Ventil­ element aufgeschraubt, wobei die Feder, die sich im Inneren des Ventilelements befindet, zusammengedrückt wird. Es ent­ steht also eine eigenständige Baugruppe, die komplett in das Gehäuse eingesetzt werden kann. Dabei ist es besonders vor­ teilhaft, den Federteller mit dem Gehäuseansatz zu ver­ schrauben, wobei der Federteller Bohrungen zur Aufnahme eines Zapfenschlüssels aufweist, so daß also unerlaubte Ma­ nipulationen verhindert werden.

Ist das Sicherheitsventil ausgelöst worden, so kann der Federteller ohne weiteres abgeschraubt werden. Dies ist mög­ lich, da dessen einzige Verbindung mit dem Ventilelement, nämlich über den Gewindezapfen, durch das Aufschmelzen des Lotes gelöst worden ist. Nach Entfernen des Federtellers hat man Zugang zum Ventilelement und kann dieses unter Einsatz einer entsprechenden Abziehvorrichtung aus dem Gehäuse ent­ nehmen. Anschließend ist dann eine Wiederverwendung möglich.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß der Federteller einen nach außen vorspringen­ den, dünnwandigen Topf zur Aufnahme des Zapfenfusses und des Schmelzmaterials aufweist. Der Topf steht also vom Gehäuse ab und bildet so zu sagen einen Temperaturfühler. Aufgrund der Dünnwandigkeit des Topfes wirken sich Temperaturerhöhun­ gen ohne Zeitverzögerung auf das Schmelzmaterial aus. Das Sicherheitsventil spricht also sehr empfindlich auf unzuläs­ sige Temperaturerhöhungen an.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Axialschnitt durch ein thermisch auslösbares Sicherheitsventil.

Das Sicherheitsventil weist ein Gehäuse 1 auf, welches einen ersten Anschlußstutzen 2, einen zweiten Anschlußstut­ zen 3 und einen Gehäuseansatz 4 bildet. Innerhalb des Gehäu­ ses 1 ist ein Ventilelement 5 angeordnet.

Der erste Anschlußstutzen 2 des Ventilgehäuses 1 bildet einen kegelstumpfförmigen Ventilsitz 6, dessen halber Öff­ nungswinkel α = 2° ist. Gleichermaßen bildet das Ventilele­ ment 5 eine kegelstumpfförmige Sitzfläche 7, deren halber Öffnungswinkel α ebenfalls = 2° ist. Die Sitzfläche 7 ist an einem Bund 8 des Ventilelements 5 angeordnet.

In Fig. 1 nimmt das Ventilelement 5 seine Öffnungsstel­ lung ein. In der Schließstellung liegt die Sitzfläche 7 pas­ send auf dem Ventilsitz 6 auf und erzeugt dadurch eine wirk­ same und zuverlässige Abdichtung. Die beiden Konusflächen bilden einen selbsthemmenden Kegel, wobei die Arretierwir­ kung noch dadurch unterstützt wird, daß das Ventilelement 5 aus Messing besteht, während das Ventilgehäuse 1 aus Stahl hergestellt ist. Im Falle eines Brandes verspannt sich daher das Ventilelement 5 aufgrund seines höheren Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten gegen das Gehäuse 1.

Das Ventilelement 5 trägt an seinem in Bewegungsrichtung vorne liegenden Ende eine Führungseinrichtung 9, die in den ersten Anschlußstutzen 2 eingreift. Die Führungseinrichtung 9 sorgt dafür, daß die beiden gegeneinander abdichtenden Flächen korrekt aufeinander gelangen. Die Führungseinrich­ tung 9 ist als Flanschscheibe ausgebildet und weist eine An­ zahl von Durchgangsöffnungen 10 auf, die den Gasfluß durch den ersten Anschlußstutzen 2 gewährleisten.

Zwischen der Führungseinrichtung 9 und dem Bund 8 er­ streckt sich ein Abschnitt 11 von vermindertem Durchmesser. Dieser geht über einen konischen Abschnitt 12 in die Füh­ rungseinrichtung 9 über. Auf der Höhe des zweiten Anschluß­ stutzen 3 bildet also das Ventilelement 5 mit dem Gehäuse 1 einen Ringraum, der eine ausreichende Gasströmung zwischen den beiden Anschlußstutzen 2 und 3 gewährleistet.

In den Gehäuseansatz 4 ist ein Federteller 13 einge­ schraubt. Er dient zur Abstützung einer Feder 14, die das Ventilelement 5 in Richtung auf die Schließstellung vor­ spannt. Gehalten wird das Ventilelement 5 in seiner Öff­ nungsstellung von einem Gewindezapfen 15, dessen Zapfenfuß 16 mit dem Ventilteller 13 verlötet ist, und zwar unter Zwi­ schenschaltung einer Schicht aus Schmelzmaterial 17, die die eigentliche thermische Sicherung darstellt.

Kommt es zu einem Brand, so schmilzt das Material 17 und gibt den Gewindezapfen 15 und damit das Ventilelement 5 frei. Letzteres wird von der Feder 14 in die Schließstellung "geschossen", wobei diese Bewegung durch das Schmelzmaterial nicht behindert werden kann.

Die Auslösung des Ventils erfolgt sehr sensibel, da die Verbindung zwischen dem Zapfenfuß 16 und dem Federteller 13 innerhalb eines dünnwandigen Topfes 18 liegt, der die Wärme unverzüglich dem Schmelzmaterial 17 zuleitet.

Der Federteller 13 ist mit Bohrungen 19 für den Eingriff eines nicht dargestellten Zapfenschlüssels versehen, so daß also unerlaubte Manipulationen verhindert werden.

Fig. 1 zeigt, daß das Gehäuse 1 vom Ventilsitz 6 des er­ sten Anschlußstutzen 2 bis zum Ende des Gehäuseansatzes 4 rohrförmig mit konstanten Durchmesser ausgebildet ist. Der Bund 8 des Ventilelementes 5 kann also als zusätzliche Füh­ rungseinrichtung dienen, um die Exaktheit der Ventilbewegung zu steigern.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. So kommen für das Ventilelement und das Gehäuse auch andere Materialien in Frage, wobei allerdings vorzugsweise dafür gesorgt werden sollte, daß der Wärmeaus­ dehnungskoeffizient des Ventilelements größer als der des Gehäuses ist. Auch sind andere Anordnungen der Feder denk­ bar. Diese kann beispielsweise außen auf dem Ventilelement sitzen. Ferner kann auch die Verbindung des Ventilelements mit dem Gehäuse anders gestaltet sein. Allerdings bietet die dargestellte Anordnung den Vorteil einfacher Montage und leichter Wiederverwertbarkeit.

Claims (8)

1. Thermisch auslösbares Sicherheitsventil mit
einem Gehäuse (1), das einen ersten Anschlußstutzen (2), einen im Winkel zu diesem angeordneten zweiten An­ schlußstützen (3) und einen in Fortsetzung des ersten An­ schlußstutzens (2) angeordneten Gehäuseansatz (4) aufweist,
einem im Gehäuse (1) angeordneten Ventilelement (5), das einen Bund (8) mit einer kegelstumpfförmigen Sitzfläche (7) sowie eine mit Durchgangsöffnungen versehene Führungs­ einrichtung (9) aufweist, welche in den ersten Anschlußstut­ zen eingreift, und
einem vom ersten Anschlußstutzen (2) gebildeten Ven­ tilsitz (6), der als zur Sitzfläche (7) des Ventilelements (5) komplementäre kegelstumpfförmige Fläche ausgebildet ist,
wobei das Ventilelement (5) in seiner Öffnungsstellung von einer thermisch aufschmelzbaren Arretierung verriegelt und von einer Feder (14) in Richtung auf den Ventilsitz (6) vorgespannt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) einstückig ausgebildet ist und, ausgehend vom Gehäuseansatz (4) bis zu dem am ersten Anschlußstutzen (2) ansetzenden Ventilsitz (6), einen konstanten Innendurchmesser aufweist, und
daß die Führungseinrichtung (9) als Flanschscheibe ausgebildet und über einen Abschnitt (11) verminderten Durchmessers mit dem Bund (8) verbunden ist,
wobei sowohl die Führungseinrichtung (9) als auch der Bund (8) als Führungselemente mit dem Gehäuse (1) zusammen­ wirken.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die komplementären Kegelstumpfflächen des Ven­ tilsitzes (6) und der Sitzfläche (7) einen selbsthemmenden Kegel bilden.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilelement (5) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der des Materials des Gehäuses (1).

4. Sicherheitsventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventilelement (5) aus Messing und das Ge­ häuse (1) aus Stahl besteht.

5. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseansatz (4) einen Bo­ den in Form eines Federtellers (13) aufweist, daß ein Gewin­ dezapfen (15) durch thermisches Schmelzmaterial (17) mit dem Federteller (13) verbunden ist und daß das Ventilelement (5) auf den Gewindezapfen (15) aufgeschraubt ist, wobei die Fe­ der (14) zwischen dem Ventilelement (5) und dem Federteller (13) verspannt ist.

6. Sicherheitsventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder (14) im Inneren des Ventilelements (5) angeordnet ist.

7. Sicherheitsventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Federteller (13) mit dem Gehäuseansatz (4) verschraubt ist und Bohrungen (19) zur Aufnahme eines Zapfenschlüssels aufweist.

8. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (13) einen nach außen vorspringenden, dünnwandigen Topf (18) zur Aufnahme des Zapfenfußes (16) und des Schmelzmaterials (17) aufweist.