DE60130566T2

DE60130566T2 - Flammgeschuetzte dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60130566T2
Application number: DE60130566T
Authority: DE
Inventors: Thach Garden Grove DUONG; Conrad Gardena BOEHNLEIN
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: DE60130566D1; EP1320702A2; EP1320702B1; US6484358B1; ES2291357T3; WO2002027230A2; WO2002027230A3; AU2001294893A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zur Abdichtung der Brennkammer einer mit Gas befeuerten Vorrichtung, um das Auftreten und eine mögliche Zündung von entflammbaren Dämpfen zu verhindern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, um zu gestatten, dass verschiedene Komponenten sich durch eine Brennkammerdampfbarriere erstrecken, ohne die Dichtung zu beeinträchtigen, die von einer solchen Barriere eingerichtet wird.
Ein mögliches Risiko, welches beim Betrieb einer Gasverbrennungseinrichtung auftritt, ist, dass diese bewirken kann, dass entflammbare Dämpfe sich entzünden, die sich zufälligerweise in und um die Einrichtung herum ansammeln. Die Zündung kann entweder durch den Brenner oder durch eine Pilot- bzw. Vorzündungsflamme oder durch einen elektrischen oder elektronischen Zünder bei der Erregung verursacht werden. Dies ist insbesondere beispielsweise bei Wasserheizungen oder Öfen problematisch, die in Garagen gelegen sind, in denen Automobile geparkt werden, wo die Leckage oder ein Überlaufen von Benzin auftreten kann. Sobald eine brennbare Mischung die Einrichtung erreicht, kann ein Feuer oder eine Explosion die Folge sein.
Bemühungen, dieses mögliche Sicherheitsrisiko anzusprechen, sind früher darauf gerichtet gewesen, eine adäquate Ventilation in und um die Einrichtung herum sicherzustellen, weiter das Anheben der Einrichtung, um sie von entflammbaren Dämpfen zu beabstanden, die dichter als Luft sind und in neuerer Zeit die Isolation oder Abdichtung der Brennkammer von der Umgebung. Dieser letztere Ansatz verhindert nicht nur das Auftreten von Dämpfen in der Brennkammer, sondern verhindert auch die Fortpflanzung der Flamme daraus.
Eine Schwierigkeit, die mit der effektiven Abdichtung der Brennkammer einer typischen Gasverbrennungseinrichtung assoziiert ist, liegt in der Notwendigkeit, dass sich verschiedene Leitungen in die Brennkammer vom Äußeren der Einrichtung erstrecken. Das Einpassen einer Metallblechumschließung um die gesamte Brennkammer beruht typischerweise darauf, dass eine Dampfbarriere gebildet wird. Das Hindurchführen von irgendeiner Leitung durch eine solche Barriere erfordert, dass eine geeignete Öffnung in der Barriere gebildet wird, und dass irgendein Spalt zwischen der eingebauten Leitung und dem umgebenden Barrierenmaterial abgedichtet wird. Eine zusätzliche Anforderung liegt in der Tatsache, dass solche Leitungen entfernt werden müssen, um einen Zugriff auf das Innere der Brennkammer zu gestatten, oder dass solche Leitungen eine Instandhaltung oder einen Ersetzungsvorgang zu einem gewissen Zeitpunkt während der Dienstlebensdauer der Einrichtung benötigen werden. Dies erfordert, dass irgendeine Dichtungsvorrichtung, die zwischen der Leitung und der Dampfbarriere angeordnet ist, eine effektive Abdichtung gestatten können muss, jedoch eine leichte Entfernung der Leitung gestatten sollte, wenn es erwünscht ist, dies zu tun. Die Abdichtungsvorrichtung sollte auch wieder zu verwenden sein und leicht erneut eingebaut werden können. Zusätzlich sollte die Dichtungsvorrichtung sich während der Dienstlebensdauer der Anwendung nicht verschlechtern. Entsprechend muss sie den erhöhten Temperaturen widerstehen können, denen sie gewöhnlicherweise aufgrund ihrer Nähe zur Flamme unterworfen ist, und sie muss zusätzlich noch höheren Temperaturen widerstehen können, wie durch verschiedene Regulierungsbehörden bezüglich der Feuerfestigkeit vorgeschrieben wird. Schließlich sollte die Dichtungsvorrichtung kostengünstig herzustellen sein.
Eine Dichtungskonfiguration, die zuvor in Betracht gezogen wurde, sah eine getrennte Manschetten-Feder-Kombination für jede der verschiedenen Leitungen vor, die durch die Barriere geführt wurden. Man verließ sich auf eine Feder, um eine jede solche Manschette am Platz zu halten, was den Einbauprozess ziemlich mühselig machte.
Ein Dichtungsmechanismus wird zur Anwendung zwischen einer Brennkammerumhüllung und Leitungen benötigt, die sich dort hindurch erstrecken, welche eine effektive Abdichtung aufrechterhalten kann, die leicht das Entfernen und das Ersetzen von Leitungen ermöglicht, die leicht gestattet, dass eine effektive Abdichtung nach dem erneuten Einbau wieder eingerichtet wird, die leicht konfiguriert wird, um mehrere Leitungen aufzunehmen, die sich nicht während der Dienstle bensdauer der assoziierten Einrichtung verschlechtert, und die kostengünstig herzustellen ist.
Bezüglich des Standes der Technik sei weiter hingewiesen auf US 3 091 795 , die eine zweiteilige Manschette offenbart. Die Manschette ist so ausgelegt, dass sie einen Teil hat, der sich durch eine Plattenöffnung erstreckt, und das ein Teil davon auf einer Seite einer Platte positioniert ist, und der andere Teil auf der anderen Seite der Platte positioniert ist, um die Platte zu sichern. Die Manschette hat austauschbare Elemente, die gestatten, dass die zwei Teile miteinander durch Einschnappen verriegelt werden, um den Einbau an einer Platten zu erleichtern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung sieht einen Dichtungsmechanismus zur Abdichtung von Spalten zwischen einer Brennkammerumhüllung und Leitungen vor, die sich dort hindurch erstrecken. Insbesondere ist eine Manschettenkomponente vorgesehen, die mit einer speziell konfigurierten Öffnung zusammenarbeitet, die in dem Umhüllungsmaterial ausgebildet ist. Die Vorrichtung kann konfiguriert sein, um eine oder mehrere Leitungen aufzunehmen und sie ist wiederholt zu verwenden. Auf das Einführen durch die Öffnung in der Umhüllung hin, verriegelt die Manschettenkomponente sich am Platz durch eine kleine Drehung davon.
Die Öffnung, die in dem Umhüllungsmaterial ausgebildet ist, ist konfiguriert, um einen eingesenkten Rand zu definieren, von dem aus zwei diametral gegenüberliegende Ansätze sich zu ihrem Inneren erstrecken. Die Manschettenkomponente hat eine Konfiguration des äußeren Endes, die gestattet, dass sie in die Öffnung und über die Ansätze hinaus eingeführt wird. Ein Flansch verhindert ein übermäßig weites Einführen, während Nuten, die in den Seiten der Manschettenkomponente ausgebildet sind, präzise dimensioniert sind, um die Ansätze aufzunehmen und zu greifen, wenn die eingeführte Manschette am Platz gedreht wird. Durchführungen, die in der Manschettenkomponente ausgebildet sind, sind so bemessen, dass sie eine enge Passung mit den speziellen Leitungen vorsehen, die dort hindurch einzuführen sind. Durchführungen, die entlang den Kanten der Manschetten ausgebildet sind, sind so bemessen, dass eine enge Passung mit einer Leitung durch eine Zusammenarbeit der Manschettenoberfläche und der benachbarten Randoberfläche erreicht wird.
Die Dichtungsvorrichtung kann konfiguriert sein, um eine einzige Leitung aufzunehmen oder um gleichzeitig mehrere Leitungen aufzunehmen, wie beispielsweise eine Gasleitung, die Brennstoff zur Zündungsflamme leitet, ein Thermocouple bzw. Temperaturfühler, mit dem die Existenz einer Zündflamme überwacht wird, und die Verkabelung für einen piezoelektrischen Zünder, mit dem die Zündflamme gezündet wird. Diese Komponenten müssen sich alle notwendigerweise durch die Dampfbarrierenumhüllung zum Brenner erstrecken, da das Steuervorrichtungsventil, von dem sie herkommen, typischerweise am Äußeren der Einrichtung befestigt ist.
Die Manschettenkomponente wird vorzugsweise durch maschinelle Bearbeitung von Pulveraluminium geformt. Alternativ kann Pulverzink oder Pulverstahl verwendet werden, Spritzgussaluminium oder -zink oder bearbeitetes Aluminium oder Stahl sind genauso geeignete Alternativen wie dies die Hochtemperaturplastikformgebung ist.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugen Ausführungsbeispiels offensichtlich, welches in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht den Dichtungsmechanismus der vorliegenden Erfindung am Platz an einem Wasserboiler mit einer vollständig umschlossenen Brennkammer,
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Öffnung, die in der Zugangsplatte ausgebildet ist, welches zur Aufnahme der Manschettenkomponente der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist,
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Manschettenkomponente der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Ansicht von unten der in 3 gezeigten Manschettenkomponente; und
5 ist eine Seitenansicht der in den 3 und 4 gezeigten Manschettenkomponente.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugen Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung sieht einen Dichtungsmechanismus vor, um zu ermöglichen, dass verschiedene Leitungen sich durch die Dampfbarriere erstrecken, die um eine Brennkammer einer Einrichtung herum ausgebildet ist, wie beispielsweise von einem Wasserboiler. Der Dichtungsmechanismus stellt sicher, dass die Isolation der Brennkammer nicht durch das Hindurchleiten der Leitungen durch die Dampfbarriere beeinflusst wird, und dass das Eindringen von entzündbaren Dämpfen dort hinein oder die Fortpflanzung einer Flamme von dort effektiv verhindert wird.
1 veranschaulicht im Allgemeinen einen Wasserboiler 12, bei dem der Dichtungsmechanismus 14 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Der Wasserboiler hat eine abgedichtete Brennkammer, wobei eine Barriere 16 um die Basis des Wasserboilers herum gepasst ist, um das Eindringen von entflammbaren Dämpfen in die Brennkammer und das Fortschreiten einer Flamme daraus zu verhindern. Der Dichtungsmechanismus der vorliegenden Erfindung besteht aus der Kombination einer Manschettenkomponente 18 und einer speziell konfigurierten Öffnung, die in der Barriere geformt ist und in einer Zugriffsplatte oder Türplatte 20 ausgeformt sein kann, das auf eine solche Barriere gepasst ist. Die Tür oder die Platte sehen einen Zugriff auf die verschiedenen Komponenten vor, die in der Brennkammer gelegen sind, was den Brenner, die Zündflamme, das Zündungssystem und irgendein Thermocouple oder einen Temperaturfühler mit einschließt, die eingesetzt sein können. Ein Steuermechanismus, wie beispielsweise ein Gasventil 22, ist derart gezeigt, dass es am Äußeren des Wasserboilers angebracht ist, von dem sich die Leitungen 24 in die Brennkammer erstrecken. Der Steuerme chanismus regelt das Gas, welches zum Brenner fließt, um die Temperatur des Wassers innerhalb eines eingestellten Bereiches aufrechtzuerhalten und steuert die Zündung und den Betrieb der Zündflamme.
In diesem speziellen Ausführungsbeispiel sind drei unterschiedliche Leitungen 24 gezeigt, die sich von dem Gasventil in das Innere der Brennkammer erstrecken. Solche Leitungen weisen die Zündgasversorgungsleitung, einen Thermocouple bzw. Temperaturfühler und einen Zünderdraht auf. Die Leitungen durchdringen die Dampfbarriere 16 durch eine Öffnung, die in der Türplatte 20 gebildet wird. Die Manschettenkomponente 18, die in solchen Öffnungen aufgenommen ist, stellt sicher, dass die Brennkammer im Wesentlichen abgedichtet bleibt.
2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der kreisförmigen Öffnung 25, die in der Zugangsplatte 20 ausgeformt ist. Die Öffnung wird durch einen eingesenkten Rand 26 umgeben, der sich in die Brennkammer erstreckt und eine Innenfläche definiert, die senkrecht zur Ebene der Platte ist. Zwei diametral gegenüberliegende Ansätze 28 erstrecken sich von der inneren Kante des eingesenkten Randes nach innen. Die zwei Ansätze dienen dazu, die kreisförmige Öffnung zu begrenzen, um eine langgestreckte Öffnung 30 dazwischen zu lassen.
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Manschettenkomponente 18, die zur Aufnahme in der Öffnung konfiguriert ist, die in dem Barrierenmaterial geformt ist, wie in 2 gezeigt. Die Manschettenkomponente hat ein vorderes Ende 32 und ein hinteres Ende 34 mit drei unterschiedlich konfigurierten Abschnitten dazwischen, die einen vorderen Abschnitt 36, einen hinteren Abschnitt 38 und einen Zwischenabschnitt 40 aufweisen. Wie leichter in der Ansicht von unten der 4 zu sehen ist, hat der Querschnitt 38 einen Querschnitt, der einem abgeschnittenen Kreis entspricht, der zu den Abmessungen der Öffnung 30 passt, die in der Öffnung 25 definiert ist. Der dazwischen liegende Abschnitt 40 hat einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser, der zum Durchmesser der Randfläche 26 der Öffnung 24 passt. Die nach hinten weisenden Flächen 42 des Zwischenabschnittes, die durch das Abschneiden des hinteren Abschnittes freigelegt sind, definieren einen Flansch, der sich in Nuten 44 erstreckt, die an der Seite des hinteren Abschnittes ausgebildet sind. Die Seitenansicht der 5 veranschaulicht die verjüngte Form von solchen Nuten, wobei das schmalere Ende sich der Dicke der Ansätze 28 annähert. Die Dicke des Zwischenabschnittes entspricht der Tiefe des eingesenkten Randes 26. Der vordere Abschnitt 36 hat einen Querschnitt, der größer als der Zwischenquerschnitt ist, um eine Flanschfläche 46 zu formen, die vollständig den Zwischenabschnitt umgibt. Der vordere Abschnitt definiert wiederum einen abgeschnittenen Kreis, in dem Kanten 48 und 50 parallel zueinander sind. Drei Durchführungen 52, 54, 56 erstrecken sich durch die Flanschkomponente in dem speziellen Ausführungsbeispiel, was veranschaulicht ist. Durchführungen 54 und 56 sind an der Kante der Manschette ausgeformt, während die Durchführung 52 mittig gelegen ist.
Während die Barrierenplatte 20 formgestanztes Metallblech ist, ist die Manschettenkomponente 18 vorzugsweise aus Pulvermetall geformt. Wie in der Technik wohl bekannt ist, erfordert die Pulvermetalltechnologie, dass das Metallpulver zuerst komprimiert wird und dann in einem Ofen mit gesteuerter Atmosphäre bei hoher Temperatur gesintert wird, um das Pulver zu binden. Die daraus resultierende Masse wird dann auf die für diese Anwendung erforderlichen Toleranzen bearbeitet. Pulveraluminium ist das bevorzugte Metall zum Formen der Manschettenkomponente. Alternativ kann Pulverzink oder Pulverstahl verwendet werden. Als eine weitere Alternative kann spritzgegossenes Aluminium oder Zink genauso wie (spanend) bearbeitetes Aluminium oder Stahl verwendet werden. Schließlich können auch Hochtemperaturplastikwerkstoffe eine geeignete Alternative für manche Anwendungen sein. Die Abmessungen der zusammenwirkenden Oberflächen der Öffnung 24 in der Barrierenplatte und der Manschettenkomponente müssen innerhalb von 0,007'' voneinander sein, während die Innendurchmesser der Öffnungen 52, 54, 56 innerhalb von 0,006'' der Außendurchmesser der Leitungen sein müssen, die darin aufgenommen werden sollen.
Beim Gebrauch werden die verschiedenen Leitungen 24, die sich in die Brennkammer erstrecken sollen, durch die Durchführungen 52, 54, 56 in der Manschettenkomponente 18 und der Öffnung 24 in der Barrierenplatte 20 geführt. Die jeweiligen Enden von solchen Leitungen können dann in geeigneter Weise in die Steu ervorrichtung 22 gepasst werden und an Positionen in der Brennkammer gebracht werden, wobei danach die Zugriffsplatte in die Barriere 20 gepasst wird. Die Manschettenkomponente wird dann entlang den Leitungen in die Öffnung vorgeschoben, die in der Barrierenplatte ausgebildet ist. Durch eine Drehorientierung der Manschettenkomponente in solcher Weise, dass der hintere Abschnitt 38 zwischen den Ansätzen 28 hindurch geführt werden kann, wird die Manschettenkomponente eingeführt, bis die Flanschflächen 42 einen Kontakt mit den Ansätzen herstellen. Eine darauf folgende Drehung der Manschettenkomponente bewirkt, dass die Ansätze in die Nuten 44 eintreten und ein Zurückziehen der Manschettenkomponente verhindern. Die Verjüngung von diesen Nuten bewirkt, dass die Ansätze schließlich darin verkeilt werden, um eine unbeabsichtigte Drehung zu verhindern. Die Kanten der abgeschnittenen Abschnitte des vorderen Abschnittes 36 gestatten, dass ein Schraubenschlüssel angewandt wird, um mit Kraft die Manschettenkomponente am Platz um die Ansätze herum zu verteilen. Wenn sie ordnungsgemäß an der Position sind, werden die Leitungen, die sich durch die Durchführungen 54, 56 erstrecken, eng von einer Kombination der Manschette und der Randfläche 26 umschlossen. Irgendwelches Spiel zwischen den Leitungen und den umgebenden Komponenten ist geringer als ein Spiel, welches gestatten würde, dass eine Menge von Dämpfen dort hindurch läuft, die eine Verbrennung unterstützen bzw. verursachen würden.
Es sei bemerkt, dass das System so dimensioniert werden kann, dass es unterschiedliche Arten und unterschiedliche Zahlen von Leitungen aufnimmt, und dass es zur Anwendung für irgendeine Einrichtung angepasst werden kann, bei der eine abgedichtete Brennkammer erforderlich ist.

Claims

Vorrichtung zum Abdichten von Spalten zwischen einer im Wesentlichen ebenen Barrierenplatte (20) und einer darin hindurchlaufenden Leitung (24), wobei Folgendes vorgesehen ist: einen Abschnitt der Barrierenplatte (20) mit einer darin ausgebildeten kreisförmigen Öffnung (25), wobei diese Öffnung (25) eine sich davon senkrecht erstreckende kreisförmige Wand aufweist, die radial nach innen vorspringende Ansätze (28) aufweist; und eine Manschettenkomponente (18) mit einer ebenen ersten Eingriffsoberfläche und einer kreisförmigen zweiten Eingriffsoberfläche, wobei die ersten und zweiten Eingriffsoberflächen senkrecht zu einander verlaufen, und zum unbehinderten Einsetzen in die erwähnte Öffnung (25) in dem Abschnitt der Barrierenplatte (20) in einer ersten Drehorientierung konfiguriert und dimensioniert sind, und wobei die Manschettenkomponente ferner an ihrem Umfang umlaufend orientierte Nuten (44) aufweist, und zwar zur Aufnahme der Ansätze (28) nach dem Einsetzen der Manschettenkomponente (18) in die erwähnte Öffnung (25) und zum Verdrehen derselben in eine zweite Drehorientierung derart, dass sowohl die erste Eingriffsoberfläche in direkten Kontakt mit der ebenen Barrierenplatte (20) gebracht wird als auch die zweite Eingriffsoberfläche in direkten Kontakt mit der kreisförmigen Wand gebracht wird, um eine Dichtung zu bilden, und wobei die Manschettenkomponente (18) ferner eine darin ausgebildete Durchführung (52, 54, 56) aufweist, und zwar zur Aufnahme der erwähnten Leitung (24) dahin durch, wodurch das Einsetzen und die Drehung der Manschettenkomponente (18) die Manschettenkomponente (18) an Ort und Stelle verriegelt, um eine Dichtung zwischen der Barrierenplatte (20) und der durch die erwähnte Durchführung (52, 54, 56) eingesetzten Leitung (24) zu bilden.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Manschettenkomponente (18) einen entfernten Abschnitt (38) aufweist, und zwar mit einem Querschnitt, der zum ungehinderten Einsetzen in die Öffnung (25) zwischen den Ansätzen (28) konfiguriert ist, und mit einem kreisförmigen Zwischenab schnitt (40) mit einem Durchmesser, der im Wesentlichen demjenigen der kreisförmigen Wand entspricht, wobei die Umfangsnuten (44) in dem Umfang des entfernt gelegenen Abschnitts (38) direkt benachbart zu dem Zwischenabschnitt (40) geformt sind.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Nuten (44) eine verjüngte Breite besitzen, die sich auf weniger als die Dicke der Ansätze (28) verschmälert.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Ansätze (28) axial gegenüber einer Außenoberfläche der Barrierenplatte (20) versetzt sind, und wobei die Dicke des Zwischenabschnitts (40) im Wesentlichen dieser Versetzung entspricht.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Manschettenkomponente (18) einen nahe gelegenen Abschnitt (36) mit einem Querschnitt aufweist, der größer als der erwähnte Zwischenabschnitt ist.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der nahe gelegene Abschnitt (36) einen Querschnitt besitzt, der einen abgestumpften Kreis mit parallelen Kanten (48, 50) bildet, wodurch ein Werkzeug angelegt werden kann, um die Manschettenkomponente (18) in der Öffnung (25) zu verdrehen, die in dem erwähnten Abschnitt der Barrierenplatte (20) geformt ist.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere Durchführungen (52, 54, 56) in der Manschettenkomponente (18) geformt sind, um mehrere durchlaufende Leitungen (24) unterzubringen.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Durchführungen (52, 54, 56) entlang der Manschettenkomponente (18) geformt sind, wodurch eine darin untergebrachte Leitung (24) sowohl mit der Scheibe (18) als auch mit der kreisförmigen Wand, die sich beim Zusammenbau von der ebenen Barrierenplatte erstreckt, in Eingriff steht.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine der Durchführungen (52, 54, 56) derart dimensioniert ist, dass sie ein Element aufnimmt, das aus der aus Folgendem bestehende Gruppe ausgewählt ist: eine Gasleitung zur Lieferung von Gas an eine Pilotvorrichtung bzw. Zündungsflamme, ein Thermoelement und ein Zünddraht.
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, die zur Verwendung in einem Wasserboiler (12) dimensioniert und konfiguriert ist,
Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Barrierenplatte (20) Metallblech aufweist bzw. aus diesem hergestellt ist, und wobei die Manschettenkomponente (18) aus Pulvermetall geformt ist.