DE602004001056T2

DE602004001056T2 - Unidirektionales Ventil mit einstellbarer Klappe

Info

Publication number: DE602004001056T2
Application number: DE200460001056
Authority: DE
Inventors: Jonathan Schneider
Original assignee: Beth El Zikhron Yaaqov Industries Ltd
Current assignee: Beth El Zikhron Yaaqov Industries Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: EP1443284A1; IL154198A0; CN1526908A; US20040182449A1; DE602004001056D1; US7195032B2; CA2456253A1; ATE329211T1; ES2267001T3; EP1443284B1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung des Luftdrucks innerhalb eines geschützten Raums, der durch Wandflächen begrenzt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Klappenventil, das in einer Struktur zur Verhinderung des Eindringens von kontaminierter Luft und/oder kontaminierten Gasen, Flüssigkeiten oder Aerosolen und zur Steuerung des Luftdrucks in einem solchen geschützten Raum eingesetzt wird.
Hintergrund der Erfindung
Wie bereits bekannt ist, besteht aufgrund der Bedrohung durch militärische Angriffe und Terrorakte unter Einsatz von nuklearen, chemischen oder biologischen (ABC) Kriegsmitteln ein steigender Bedarf nach einem Schutz gegen das Eindringen von Kontaminationsstoffen in einen als Zufluchtsort dienenden Raum. Ein solcher Schutz wird durch die Verwendung von in Gebäuden vorgesehenen Schutzräumen und geschützten Räumen („harten" Schutzräumen) oder von Zeltstrukturen („weichen" Schutzräumen) geboten. Harte Schutzräume sind mit professionellen ABC-Luftfiltersystemen ausgestattet, die Gebläse umfassen, welche einen Überdruck innerhalb des geschützten Raums erzeugen und gereinigte und gefilterte Luft bereitstellen. Der Überdruck wird benötigt, um dem klaren Luftstrom aus dem Inneren des geschützten Raums zur Außenatmosphäre durch nicht vermeidbare Lecks in den Wänden des Schutzraums, die Tür und die Fensterdichtungen eine klare Richtung zu geben. Der Einsatz dieses Verfahrens stellt sicher, dass keine kontaminierte Luft in den geschützten Raum eindringt.
Bei einem typischen Schutzraum vom weichen Typ wird reine, ABC-gefilterte Luft von Gebläsen in das Zelt gedrückt, wobei überschüssige Luft durch Lecks oder spe ziell in den Wänden des Zelts erzeugte Löcher nach außen gelangt. Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass dann, wenn keine frische Luft in den geschützten Raum gepumpt wird, d.h. während eines Ausfalls des Gebläses, der unentbehrliche Überdruck schlagartig abfällt, was zwei schlimme Folgen hat: kontaminierte Luft kann durch die Luftauslasslöcher in den geschützten Raum gelangen und falls es sich bei dem geschützten Raum tatsächlichen um eine aufblasbare Struktur handelt, so kann die interne Blasenauskleidung kollabieren und dabei alle zu schützenden Personen und Güter im Inneren festsetzen. Wenn diese Strukturen verschließbare Ventile aufweisen würden, so könnte keiner der genannten Störungen auftreten und das System würde über einen längeren Zeitraum hinweg intakt bleiben, bis die Reinluftzufuhr wieder einsetzt und den notwendigen Überdruck erzeugt.
Ein Klappenventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in Dokument DE 35 40 264 A1 offenbart.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher allgemein die Aufgabe zugrunde, sowohl harte als auch weiche Schutzraumstrukturen mit Ventilen zur Steuerung des Luftdrucks vorzusehen, welche zuverlässig, kostengünstig und einfach zu installieren sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile von mit Frischluft versorgten geschützten Räumen und Strukturen gemäß dem Stand der Technik auszuräumen und entsprechende Strukturen mit Ventilanordnungen vorzusehen, die entweder als Sicherheitsventile zum Schutz des Raums gegen einen übermäßigen Überdruck oder zum Absperren des geschützten Raums im Fall eines Ausfalls des Luftzuführsystems bis zum erneuten Aufbau eines ausreichenden Drucks oder zum Einsatz als einfache Rückschlagventile dienen.
Die hier verwendeten Ausdrücke „geschützter Raum" und „Strukturen" sollen alle Arten derartiger Räume und Strukturen umfassen, einschließlich Fahrzeuge, die einen Schutz gegen ABC-Angriffe bieten können.
Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben durch das Vorsehen eines Klappenventils zur Steuerung des Luftdrucks innerhalb eines geschützten Raums gelöst, der durch Wände begrenzt wird, wobei das Klappenventil die folgenden Bestandteile umfasst: einen Ventilrahmen, der an einer in den Wänden ausgebildeten Öffnung angebracht werden kann, eine Ventilklappe, die zumindest indirekt an dem Rahmen angelenkt ist und auf die sowohl eine Dichtungskraft, die die Ventilklappe gegen den Ventilrahmen drückt, als auch einer Öffnungskraft, die einen Abschnitt der Klappe von dem Ventilrahmen hebt, einwirken können; wobei das Klappenventil eine erste Position, in der der geschützte Raum von einer kontaminierten Umgebung abgedichtet ist, sowie eine zweite Position aufweist, in der Luft von dem geschützten Raum durch die Öffnung in die Umgebung entweichen kann; wobei die Dichtungskraft auf wenigstens eine Feder zurückgeht, die eine einstellbare Kraft ausübt und wenigstens indirekt an der Ventilklappe und dem Ventilrahmen befestigt und in einer zur Ebene des Ventilrahmens im wesentlichen parallelen Ebene angeordnet ist, und wobei die Öffnungskraft aus einem festgelegten Überdruck besteht, der innerhalb des geschützten Raums herrscht und durch die Öffnung hindurch auf die Ventilklappe einwirkt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird zum besseren Verständnis im folgenden anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die folgenden, der Veranschaulichung dienenden Zeichnungen beschrieben.
Speziell im Hinblick auf Details der Zeichnung wird allerdings betont, dass die dargestellten Merkmale nur beispielhaft sind und zur anschaulichen Diskussion der bevorzugten Ausführungsbeispiele dienen, wobei sie im Rahmen der wohl sinnvollsten und eingängigsten Art einer Erläuterung der Grundlagen und konzeptuellen Aspekte der Erfindung vorgesehen sind. In dieser Hinsicht wird kein Versuch unternommen, strukturelle Einzelheiten der Erfindung genauer zu erläutern, als dies für ein grundlegendes Verständnis der Erfindung nötig ist, wobei aus der Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen für einen Fachmann klar hervorgeht, wie die unterschiedlichen Aspekte der Erfindung in der Praxis realisiert werden können.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Außenansicht des erfindungsgemäßen Klappenventils, das in eine nach oben gehende Richtung schwenkt;
2 eine perspektivische Außenansicht des erfindungsgemäßen Klappenventils, das in eine nach unten gehende Richtung schwenkt;
3 eine perspektivische Innenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappenventils;
4 eine Querschnittsansicht des Klappenventils gemäß 3;
5 eine perspektivische Innenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappenventils;
6 eine Innenansicht des Klappenventils gemäß 5, wobei ein erster Zustand beim Einstellen der Öffnungskraft gezeigt ist; und
7 eine Innenansicht des Klappenventils gemäß 5, wobei ein zweiter Zustand beim Einstellen der Öffnungskraft gezeigt ist.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
In den Zeichnungsfiguren 1 und 2 ist ein Klappenventil 2 für eine ABC-geschützte harte oder weiche Struktur (oder einen Schutzraum) gezeigt, welche durch steife Wände, halbsteife Wände, flexible Wände oder eine Kombination dieser Wände begrenzt wird, wobei die Struktur mit einem Fenster 4 versehen ist, in dem das Klappenventil 2 installiert ist. Durch Öffnen des das Fenster 4 bedeckenden Ventils kann jeder übermäßige Druck aus der Struktur durch das Fenster von dem schadstofffreien Bereich (toxic-free area – TFA) in die kontaminierte Umgebung (contaminated environment – CE) abgelassen werden.
Das Klappenventil 2 besteht aus einem Rahmen 6 und einer Klappe 8. Der Rahmen weist zwei Flansche 10 auf, wobei der Rahmen an der Wand der Struktur mit Hilfe von Schrauben und Muttern 12 befestigt ist. Wenn die Wand aus einem Kunststoffmaterial besteht, kann die Befestigung durch Ultraschallschweißen oder eine andere Verbindungstechnik, wie etwa Kleben, erfolgen.
Wie sich ebenfalls aus den 1 und 2 ergibt, kann die Klappe 8, die am Rahmen 6 gelenkig angekoppelt ist, so angelenkt sein, dass sie je nach Wunsch nach oben (1) oder unten (2) schwingt. Die Klappe 8 und/oder der Rahmen 6 können vorzugsweise mit einem Dichtungsring 14 ausgestattet sein. Das Material, aus dem die Klappe 8 besteht, wird nicht nur im Hinblick auf Festigkeit und Haltbarkeit, sondern auch im Hinblick auf sein Eigengewicht vorab gewählt, was später noch erläutert wird.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Gelenkverbindung des Klappenventils 2, das in 1 dargestellt ist und zur Steuerung des Luftdrucks innerhalb eines geschützten Raums dient, ist in den 3 und 4 gezeigt. Ein U-förmiger Bügel 16, der an dem Ventilrahmen 6 befestigt ist, haltert eine Achse 18. An dieser Achse sind Klappengelenkelemente 20 befestigt. Zwei Torsionsfederabschnitte 22 werden über die Achse 18 geschoben, wobei ein Ende jedes Federabschnitts an einem Klappengelenkelement 20 befestigt ist, während das andere Ende an einer Seite eines ebenfalls auf der Achse 18 gehalterten Federtorsionseinstell-Drehelements 24 angebracht ist. Daneben sind auch an sich bekannte (nicht dargestellte) Mittel zum Fixieren des Elements 24 in einer festgelegten Winkelposition vorgesehen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Klappenventils 2 zur Steuerung des Luftdrucks innerhalb eines geschützten Raums ist in den 5 bis 7 gezeigt. In der Zeichnung sind der Ventilrahmen 6 und die Klappe 8 dargestellt, wobei diese am Rahmen 6 durch den Bügel 16 befestigt ist, welcher die Achse 18 und die Klappengelenkelemente 20 haltert. Die Einstellung des Drucks, der zum Bewegen der angelenkten Klappe 8 über ihren Anfangszustand hinaus benötigt wird und der unter anderem durch die Kraft der Feder 26 und das Eigengewicht der Klappe bestimmt wird, erfolgt mit Hilfe einer Schiebeelementanordnung 28. Diese besteht aus einer gebogenen Blattfeder 30, die an einem Ende 32 an einer Seite der Klappe 8 befestigt ist, während sie an ihrem anderen Ende gegen die Klappe 8 anliegt. Ein Schiebeelement 34, das an einem Schlitz 36 im Rahmen 6 angekoppelt ist und durch diesen geführt wird, kann an der Blattfeder 30 entlang manuell aus einer Begrenzungsposition nahe dem Blattfederende 32 (5 und 6) an eine Zwischenposition (7) und über diese hinaus zum anderen Ende der Blattfeder 30 geschoben werden. Eine Rändelschraube 38 arretiert das Schiebeelement an der jeweiligen Einstellposition, wodurch die Federkraft, die auf die Klappe über die ursprüngliche, durch die Feder 26 ausgeübte Kraft hinaus einwirkt, festgelegt wird.
Die Ventile gemäß der vorliegende Erfindung weisen somit drei Einsatzmodi auf:

a) Standardmodus – wobei das Ventil vorab für einen bestimmten Überdruck eingestellt wird, so dass das Ventil einen bestimmten maximalen Druck in einem geschützten Raum aufrechterhält;
b) Dichtungsmodus – im Fall von Gebläseproblemen oder einer Wartung der Filter/Gebläse kann das Ventil zum Abdichten des geschützten Raums eingesetzt werden; und
c) Schutzmodus – beim Starten der Gebläse verhindert das Ventil selbst dann, dass weiche Schutzräume aufreißen, wenn das Ventil nicht aus dem Dichtungsmodus zurückgestellt wurde.

Da die Ventile der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit besitzen, einen konstanten Überdruck von beispielsweise 300 bis 320 Pa aufrechtzuerhalten, können sie in Schutzräumen und Fahrzeugen eingesetzt werden, da sie sich nicht eher öffnen, als bis der vorab eingestellte Druckwert erreicht ist. Jedes Ausströmen aus dem geschützten Raum wird somit auf tatsächliche undichte Stellen begrenzt.
Durch den Einsatz der beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich die folgenden speziellen Operationsmerkmale erzielen:

1. Das Ventil 2 wird gegen die Torsionskraft einer Feder oder von Federn geöffnet, bis es vollständig offen ist. Der Druck im Raum sinkt um weniger als 10%. Die Drehachse der Klappe 8 liegt oben (1)
2. Das Ventil 2 wird gegen die Torsionsfeder(n) geöffnet, das Gewicht der Klappe 8 kompensiert jedoch die Federkraft, so dass der Druck konstant ist. Die Drehachse der Klappe 8 liegt unten (2).
3. Das Ventil 2 wird gegen die Torsionsfeder(n) geöffnet, wobei allerdings das Gewicht der Klappe 8 das Ansteigen der Federkraft mehr als kompensiert. Das Ventil öffnet sich vollständig bei einem bestimmten Druckpunkt, was zu einem Druckabfall führt. Die Drehachse der Klappe 8 liegt unten.
4. Das Ventil 2 wird gegen eine gebogene Feder 30 (5 bis 7) bei einem bestimmten Druck und konstantem Druckanstieg geöffnet, bis es vollständig geöffnet ist. Es wird eine konstante Federkraft gewählt. Die Drehachse der Klappe 8 kann oben oder unten liegen.
5. Die Öffnung des Ventils 2 erfolgt gegen die Kraft einer gebogenen Feder 30 bei einem bestimmten Druck, wobei das Ventil sofort vollständig geöffnet wird. Die Federkraft wird so gewählt, dass sie absinkt. Die Drehachse der Klappe 8 kann nach oben oder unten liegen.
6. Das Ventil 2 wird manuell mit Hilfe eines Schiebeelements 34 gegen die Federkraft geöffnet, um einen bestimmten Druck im Raum zu erhalten und könnte durch die Federkraft geschlossen werden, wenn das Schiebeelement 34 zurück in seine Ausgangsposition geschoben wird.
7. Merkmalskombination (Abdichtung und Aufreißdruckschutz) wie im obigen Punkt 6, wobei allerdings in dem abgedichteten Zustand das Ventil 2 durch einen Überdruck (unterhalb des Aufreißdrucks, aber oberhalb des Arbeitsdrucks) gegen die Federkraft geöffnet wird, wie dies in den Punkten 1 bis 5 beschrieben ist.
8. Kombination der Merkmale der Abdichtung und Druckregulierung – ein festgelegter Druck wird erzielt, indem die vorab eingestellte Kraft der Torsionsfeder 16 manuell verändert wird (anstatt ein Schiebeelement zu benutzen). Die Öffnung des Ventils 2 erfolgt, wenn der Arbeitsdruck die eingestellte Federkraft übersteigt (obige Merkmale 1 bis 5) und
9. mit einer zusätzlichen Feder 30 zwischen dem Schiebeelement 34 und der Klappe 8 könnte das Ventil 2 als ein Rückschlagventil eingesetzt werden (Merkmal 7). Somit würde ein Luftstoß das Ventil schließen und das Innere vor Kontamination schützen. Dies wird durch das Merkmal 8 ohne eine zusätzliche Feder erreicht.

Einem Fachmann ist klar, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und dass die vorliegende Erfindung in einer anderen spezifischen Form ausgeführt werden kann, ohne von ihrem Grundgedanken oder ihren grundlegenden Merkmalen abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sind somit in jeder Hinsicht als veranschaulichend jedoch nicht einschränkend anzusehen, wobei die Reichweite der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die obige Beschreibung angegeben wird und wobei alle Änderungen, die dem Sinn der Ansprüche entsprechen und in ihrem Äquivalenzbereich liegen, von der Erfindung mitabgedeckt werden.

Claims

Klappenventil (2) zur Steuerung des Luftdrucks innerhalb eines geschützten Raums, der durch Wände begrenzt wird, wobei das Klappenventil (2) die folgenden Bestandteile umfasst: einen Ventilrahmen (6), der an einer in den Wänden ausgebildeten Öffnung angebracht werden kann, eine Ventilklappe (8), die zumindest indirekt an dem Rahmen angelenkt ist und auf die sowohl einer Dichtungskraft, die die Ventilklappe (8) gegen den Ventilrahmen (6) drückt, als auch einer Öffnungskraft, die einen Abschnitt der Klappe von dem Ventilrahmen hebt, einwirken können; wobei das Klappenventil (2) eine erste Position, in der der geschützte Raum von einer kontaminierten Umgebung abgedichtet ist, sowie eine zweite Position aufweist, in der Luft von dem geschützten Raum durch die Öffnung in die Umgebung entweichen kann; wobei die Öffnungskraft aus einem festgelegten Überdruck besteht, der innerhalb des geschützten Raums herrscht und durch die Öffnung hindurch auf die Ventilklappe (8) einwirkt, und wobei das Klappenventil dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dichtungskraft auf wenigstens eine Feder (22) zurückgeht, die eine einstellbare Kraft ausübt und wenigstens indirekt an der Ventilklappe (8) und dem Ventilrahmen (6) befestigt und in einer zur Ebene des Ventilrahmens im wesentlichen parallelen Ebene angeordnet ist.
Klappenventil (2) nach Anspruch 1, wobei der Ventilrahmen (6) aus zwei nebeneinander angeordneten Platten besteht, die durch ein Zusammenklemmen der Platten an einander gegenüberliegenden Oberflächen von Wandbereichen befestigt werden können, welche die Öffnung umgeben.
Klappenventil (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feder (22) eine Torsionsfeder ist.
Klappenventil (2) nach Anspruch 3, wobei die Feder (22) über eine Achse (18) geschoben wird, die zumindest indirekt an dem Rahmen (6) befestigt ist.
Klappenventil nach Anspruch 4, wobei die Klappe an der Achse (18) angelenkt ist.
Klappenventil (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin umfassend Mittel zur Einstellung der Torsionskraft der Feder.
Klappenventil (2) nach Anspruch 6, wobei die Mittel durch ein Drehelement gebildet werden, an dem ein Ende der Feder (22) befestigt ist, während ein anderes Ende der Feder (22) an einem Gelenk der Klappe befestigt ist.
Klappenventil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend eine zweite Feder (30), die Mittel zum Einstellen der Öffnungskraft aufweist.
Klappenventil (2) nach Anspruch 8, wobei die zweite Feder (30) eine gebogene Blattfeder ist, die sich entlang einer Oberfläche der Klappe erstreckt und an einem Ende der Klappe befestigt ist, während sie an ihrem anderen Ende frei gegen die Klappe anliegt, wobei an einem Schlitz im Rahmen ein Schiebeelement angekoppelt ist, das sich entlang der gebogenen Feder bewegen lässt, um die auf die Oberfläche der Klappe einwirkende Öffnungskraft zu verändern.
Klappenventil (2) nach Anspruch 9, zusätzlich enthaltend eine Rändelschraube (38) zum manuellen Befestigen des Schiebeelements an einer festgelegten Stelle entlang der Blattfeder (30).