DE3641599C1 - Automatically released closure valve - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätig öffnendes Verschluß­ ventil mit einer schwenkbaren Verschlußvorrichtung, die mit Hilfe einer Blockiervorrichtung in Verschlußstellung ge­ halten ist, wobei die Blockiervorrichtung einen Schwenk­ hebel umfaßt, der an seinem Ende mit einem pyrotechnischen Auslöseelement verbunden ist.

Abhängig von dem Verwendungszweck ergeben sich spezielle Aufgaben für die Ausbildung von Öffnungsmechanismen der sie verschließenden Ventile.

Die Erfindung richtet sich auf solche Verschlußventile, die sich bei ansteigender Temperatur, insbesondere über ca. 190°C infolge Erreichung der Entzündungstemperatur eines pyrotechnischen Auslöseelementes öffnen.

Dies kommt insbesondere zum Tragen beim Eintreten von Temperaturerhöhungen an gefährdeten Arbeitsplätzen und Anlagen für chemische Prozesse.

Es ist bereits bekannt, feuer- und explosionsgefährdete Arbeitsplätze und Arbeitsmechanismen, wie sie sich in der Sprengstoffindustrie finden, durch automatisch wirkende Löscheinrichtungen zu schützen, da ein Löschen von Hand häufig zu langsam und zu gefährlich sein kann. Die bisher bekannten automatischen Löscheinrichtungen beruhen im wesentlichen auf der Verwendung von UV- oder Infrarotmeldern, deren relativ kurzfristige Reaktion in der Praxis durch das Belegen der Sensoren mit Staub oder Prozeßrückständen verlängert oder gänzlich verhindert wird. In gleicher Weise kann durch Rauchentwicklung die Ansprechbarkeit der Sen­ soren gemindert oder gar in Frage gestellt werden. Darüber hinaus werden diese Einrichtungen bei Stromausfall außer Funktion gesetzt.

Sicherheitsvorrichtungen, die bei außer Kontrolle geraten­ den chemischen Reaktionen ausgelöst werden, sind in der Regel stromabhängig und daher bei Stromausfall wirkungs­ los. Man kann sich daher im Ernstfall gar nicht auf diese bekannten Alarm- oder Löschmechanismen verlassen.

Aus der DE-OS 26 25 904 ist ein Durchströmungsventil bekanntgeworden, dessen Ventilkörper als schwenkbarer Ventil­ teller ausgebildet ist, der über einen Hebelmechanismus mit Hilfe einer Blockiervorrichtung in Schließstellung gehalten wird. Diese Blockiervorrichtung umfaßt ein aus mehreren gelenkig verbundenen Teilen gebildetes Hebelgestänge, dessen eines Ende als Arretierfinger für den Hebel des Ventil­ tellers dient. Dieser Arretierfinger steht fortwährend unter der Kraftwirkung einer Druckfeder, die als Hilfskraft für die Auslösung des Arretierfingers unabdingbar ist, aber ihre Druckkraft erst zur Wirkung bringt, sobald eine am anderen Ende des Hebelgestänges befindliche Schmelzsicherung durch­ schmilzt. Erst durch die Druckkraft kann sich der Arretier­ finger um seinen Drehpunkt verschwenken, um hierbei das Ende des am Ventilteller angeordneten Hebels frei zu geben, wodurch eine Schwenkbewgung des Ventiltellers ermöglicht wird. Eine Kraftübertragung von der Schmelz­ sicherung selbst auf den Ventilteller ist bei der bekannten Vorrichtung nicht gegeben. Der Öffnungsvorgang erfolgt bei dem mit asymmetrisch angeordneter Schwenkachse ausge­ statteten Ventilteller allein durch den auf ihm lastenden Flüssigkeitsdruck. Infolge dieser Asymmetrie erfolgt eine Schwenkbewegung und die Schwenkachse des Ventiltellers stellt sich in die Lage ein, in der er dem Strömungsmedium den geringsten Widerstand entgegenstellt.

Aus der DE-PS 5 22 043 ist eine Explosionsklappe bekannt mit einem Öffnungsventil, das die Rohrleitung oder einen Tank öffnen soll, wenn der zulässige Druck in der Rohr­ leitung oder im Tank überschritten wird. Die Öffnung des bei dieser Vorrichtung vorhandenen Abschlußdeckels wird daher allein durch den im Innern der Rohrleitung oder des Tanks herrschenden Druck des Mediums ausgelöst. Er hängt nicht von der Temperatur des Außenraumes ab. Die bekannte Vorrichtung kann daher auch nicht als pyrotechnisches Auslöseelement bei feuer- und explosionsgefährdeteten Arbeits­ plätzen eingesetzt werden.

Der Erfinder hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine Vor­ richtung zu schaffen, die es ermöglicht, stromunabhängig, einfach und störungsanfällig den Öffnungsvorgang eines Ventils auszulösen und damit eine unerwünschte Reaktion zu unterbinden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schwenkhebel als Klemmverschluß ausgebildet ist, der in Schließstellung des Ventils unmittelbar auf einen abge­ schrägten Randbereich der Verschlußvorrichtung drückt, und von dem Auslöseelement in seiner Schließstellung ge­ halten ist.

Die erfindungsgemäße Konstruktion des Verschlußventils ist sehr einfach und daher störunanfällig. Das Ventil funktioniert absolut zuverlässig. Seine Herstellung ist infolge seiner vorwiegend mechanisch zusammenwirkenden Komponenten preisgünstig. Es hat den Vorteil, vom elektrischen Strom unabhängig zu sein.

Typische Einsatzgebiete für ein solches Verschlußventil sind beispielsweise die Brandbekämpfung und deren Folgen wie Explosionen und dergleichen, sowie die Unterbrechung außer Kontrolle geratender chemischer Reaktionen.

Wesentlich ist die Verwendung eine pyrotechnischen Elementes in seiner Doppelfunktion, nämlich einerseits als Auslöser für den Öffnungsvorgang und andererseits als Kraftquelle für die auf den Ventildeckel wirkende Verschlußkraft.

Infolge der Verwendung des pyrotechnischen Auslöseelementes für die Erzeugung und den Erhalt der Anpreßkraft der Verschluß­ vorrichtung kann in weniger als Sekundenschnelle, sobald die Umgebungstemperatur etwa über 190°C ansteigt, der auf die Verschlußvorrichtung ausgeübte Zug entlastet werden, so daß dieser selbsttätig in ihre Offenstellung gelangt. Da die Blockiervorrichtung für die Verschlußvorrichtung einen Schwenk­ hebel aufweist, an dem das Spannelement angreift, um die Ver­ schlußvorrichtung in Verschlußstellung zu halten, läßt sich durch entsprechende Wahl der Größenverhältnisse des Schwenk­ hebels ermöglichen, daß das Auslöseelement mit relativ geringer Zugkraft bereits einen hohen Druck auf die Verschluß­ vorrichtung auslöst. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung kann beispielsweise der Schwenkhebel im Bereich der Verschlußvorrichtung eine Aus­ nehmung aufweisen, deren der Oberseite der Verschlußvor­ richtung zugewandte Fläche der Randschrägung der Verschluß­ vorrichtung angepaßt ist. Wird der Schwenkhebel in Verschluß­ richtung gezogen, so wird der Randbereich der Verschluß­ vorrichtung durch den Verlauf der Fläche der Ausnehmung festgehalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung zur Erzeugung des Druckkontaktes zwischen der Blockiervorrichtung und der Verschlußvorrichtung ist am Schwenkhebel eine sich frei um ihre parallel zur Schwenkachse des Schwenkhebels verlaufende Längsachse drehende Rolle angeordnet, die während des Ver­ schließvorganges der Verschlußvorrichtung unter dem auf den Schwenkhebel ausgeübten Zug des Auslöseelementes auf den abgeschrägten Randbereich der Oberfläche der Verschluß­ vorrichtung aufläuft. Auf diese Weise ist es möglich, bei Verwendung einer Dichtung an der Verschlußvorrichtung eine Abdichtung zu erhalten und sicherzustellen, daß die hierfür erforderliche Kraftverstärkung durch eine relativ geringe Zugkraft des Spannelementes erzielt werden kann.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß es selbstverständlich möglich ist, mit dem erfindungsgemäßen Verschlußventil ein zentrales Warnsystem zu verbinden, dergestalt, daß bei sich öffnender Verschlußvorrichtung an einer zentralen Stelle des Werkes angezeigt wird, welches der in einer Werkanlage eingebauten Ventile sich infolge Temperaturerhöhung ge­ öffnet hat. Der Einsatz von geeigneten Gegenmaßnahmen ist daher ohne Zeitverlust gezielt an diesen Ort zu leiten.

Gerät beispielsweise durch katalytische Beschleunigung ein Reaktionsablauf in einem Autoklaven außer Kontrolle mit der Folge einer Temperaturerhöhung von über 19°C, so kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils eine sofortige Reaktionsunterbrechung durch Freisetzung eines geeigneten Gegenmittels erzielt werden.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild durch ein auf dem Ende einer Rohrleitung angebrachtes Verschlußventil,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Ventil und

Fig. 3 ein Schnittbild durch eine andere Ausführungs­ form eines auf dem Ende einer Rohrleitung angebrachten Verschlußventils.

Ein Flansch 1 ist an das Ende einer von einem Wassertank kommenden Wasserleitung (nicht dargestellt) angeschweißt. Mit Schrauben 10 und 11 sind einander gegenüberliegend ein vorderer und ein hinterer Lagerklotz 3 bzw. 2 am Flansch 1 angeschraubt. Am hinteren Lagerklotz 2 ist eine horizontal verlaufende Achse 13 befestigt um die ein Ventildeckel 4 schwenkbar ist. Der Ventildeckel 4 greift in die Mittelöffnung 1 a des Flansches 1 ein und liegt mit seinem radial nach außen ragenden Randvorsprung 4 a auf dem die Öffnung 1 a umgebenden Innenrand des Flansches 1 unter Zwischenlage einer O-Ring-Dichtung 9 auf.

Auf der Oberseite des Ventildeckels 4 ist eine Haltezunge 5 mit einer Schraube 10 a befestigt. Die Schwenkachse 13 des Ventildeckels 4 ist in der Haltezunge 5 eingelassen. Die Haltezunge 5 ist auf ihrem der Schwenkachse 13 gegenüber­ liegenden Randbereich 19 in Richtung Flansch 1 leicht nach unten abgeschrägt. Im Ausführungsbeispiel beträgt die gewählte Schräge etwa 10° gegen die Horizontale.

Benachbart zum hinteren Lagerklotz 2 ragt ein hinterer Haltestab 8, der in den Flansch 1 eingeschraubt ist, vertikal nach oben. An seinem freien Ende trägt der Haltestab 8 eine hintere Haltevorrichtung in Form eines Hakens oder einer Öse 14. Diametral gegenüberliegend trägt der vordere Lager­ klotz 3 einen Schwenkhebel 6, der um eine im Lagerklotz 3 eingelassene horizontal liegende Schwenkachse 12 a schwenk­ bar ist. Der Schwenkhebel 6 trägt an seinem freien oberen Ende eine vordere Haltevorrichtung in Form eines Hakens oder eine Öse 15, die mit Hilfe einer Flügelschraube 16 in horizontaler Richtung verstellbar ist.

Zwischen den Ösen 14 und 15 der beiden Haltevorrichtungen ist ein nitrierter Baumwollfaden 17 mit einem Stickstofgehalt von <13,4% und einer Zugfestigkeit von ca. 5 kp gespannt. Seine Spannung läßt sich mit Hilfe der Flügelschraube 16 regulieren.

In einer im Bereich der Haltezunge 5 des Ventildeckels 4 im Schwenkhebel 6 vorgesehenen Öffnung 6 a befindet sich eine Rolle 7, die sich um ihre im Schwenkhebel 6 eingelassene, horizontal verlaufende Achse 12 im Uhrzeigersinn dreht, sobald der Schwenkhebel 6 durch die Zugkraft des Fadens 17 eben­ falls im Uhrzeigersinn um seine Achse 12 a geschwenkt wird.

Die Rolle 7 läuft dabei auf den abgeschrägten, abgerundeten Oberflächenrand 19 der Haltezunge 5 des Ventildeckels auf. Hierdurch wird der Ventildeckel 4 mit verstärkter Kraft nach unten gepreßt und verschließt die Rohrleitung gegen unerwünschten Wasseraustritt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ab­ messungen etwa so gewählt, daß die Kraftverstärkung der Fadenspannung infolge der Hebelwirkung zwischen der Rolle 7 und dem Angriffspunkt der Fadenspannung, nämlich der Öse 15 etwa dem Faktor 3 entspricht.

Infolge der schräg verlaufenden Auflaufzunge 5 des Randbe­ reiches des Ventildeckels 4 wird bei senkrechter Stellung des Schwenkhebels 6 etwa eine sechsfache Kraftverstärkung erzielt. Das heißt mit anderen Worten, die relativ geringe Zugkraft des Baumwollfadens 17 wird durch die gewählte mechanische Übersetzung der Verschlußvorrichtung um das ca. achtzehnfache verstärkt. Damit wird erreicht, daß mit geringer Zugkraft eine hohe Anpreßkraft erzeugt wird, die auf den ge­ samten Deckel verteilt und damit auch auf die Dichtung 9 des Ventildeckels 4 ausgeübt wird. Diese Kraft wird bei Zer­ störung des Fadens 17 infolge seiner leichten Endzündbarkeit bei einer Ansprechzeit von ca. 200 msec. befreit und bewirkt ein unverzügliches Öffnen des Ventildeckels 4 und damit die Freisetzung des zurückgehaltenen Wasserstromes aus dem Wasserreservoir.

Wird der Ventildeckel 4, wie dies die Regel ist, hängend über einem Arbeitsplatz angeordnet, so erfährt der Ventil­ deckel 4 durch den Wasserdruck nach Zerstörung des Fadens 17 noch zusätzlich eine Öffnungskraft, die sich aus dem Wasser­ druck und dem Gewicht des Deckels addiert.

Damit ist ein zuverlässiger, in ständiger Betriebsbereit­ schaft befindlicher Öffnungsmechanismus geschaffen, der es ermöglicht, unmittelbar nach der Entstehung eines Brandes eine große Löschmittelmenge dem Brandherd zuzuführen, ohne daß mit einem falschen Alarm des Verschlußsystemes gerechnet werden müßte.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausbildung eines Ventilverschlusses ist auf die in der Öffnung 6 a des Schwenkhebels 6 angeordnete Rolle 7 des Ventilverschlusses nach Fig. 1 und 2 verzichtet. Die Öffnung 6 a ist hier auf ihrer der Oberseite der Halte­ zunge 5 des Ventildeckels 4 zugewandten Fläche 18 abge­ rundet.

Die Fläche 18 ist somit der Randneigung 19 der Haltezunge 5 angepaßt, so daß sie mit dieser zusammenwirkt und den Deckel 4 festklemmt, sobald der Schwenkhebel 6 in Verschlußstellung gebracht wird.

Die übrigen Bauelemente der in Fig. 3 gezeigten Ausbildung des Ventilverschlusses entsprechen denen des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ventilverschlusses. Sich entsprechende Teile sind daher mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekenn­ zeichnet.

Claims (5)

1. Selbsttätig öffnendes Verschlußventil mit einer schwenkbaren Verschlußvorrichtung, die mit Hilfe einer Blockiervorrichtung in Verschlußstellung ge­ halten ist, wobei die Blockiervorrichtung einen Schwenk­ hebel umfaßt, der an seinem einen Ende mit einem pyrotechnischen Auslöseelement verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwenkhebel (6) als Klemmverschluß ausgebildet ist, der in Schließstellung des Ventils unmittelbar auf einen abgeschrägten Rand­ bereich (19) der Verschlußvorrichtung (4, 5) drückt und von dem Auslöseelement (17) in seiner Schließstellung gehalten ist.

2. Verschlußventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das pyrotechnische Auslöse­ element (17) aus einem leicht entzündlichen Material, beispiels­ weise aus nitrierter Baumwolle oder Polyvinylnitrat oder aus Zündgemischen oder aus Sprengschnüren, Schwarzpulver­ zündschnüren oder aus mit Sprengstoffen umwickelten Fäden besteht, die durch Hitzeeinwirkung zur Selbstent­ zündung kommen.

3. Verschlußventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkhebel im Bereich der Verschlußvorrichtung eine Ausnehmung (6 a) aufweist, deren der Oberseite der Verschlußvorrichtung zugewandte Fläche (18) der Randschrägung (19) der Ver­ schlußvorrichtung angepaßt ist, wobei die Fläche (18) mit dem Randbereich (19) der Verschlußvorrichtung zu­ sammenwirkt, sobald der Schwenkhebel (6) sich in Schließ­ stellung befindet.

4. Verschlußventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Druckkontaktes zwischen der Blockiervor­ richtung und der Verschlußvorrichtung am Schwenkhebel (6) eine sich frei um ihre parallel zur Schwenkachse (12 a) des Schwenkhebels (6) verlaufende Längsachse (12) drehende Rolle (7) angeordnet ist, die während des Verschließvorganges der Verschlußvorrichtung (4, 5) unter dem auf den Schwenkhebel (6) ausgeübten Zug des Auslöseelements (17) auf den abgeschrägten Randbereich (19) der Oberfläche der Verschlußvorrichtung auf­ läuft.

5. Verschlußventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkhebel mit einem zentralen Alarmsystem verbunden ist, dem die Öffnungsbewegung des Schwenkhebels angezeigt wird.