EP0824027B1 - Explosionsschutzvorrichtung mit elektrischer Auslösung - Google Patents

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EP0824027B1
EP0824027B1 EP97810343A EP97810343A EP0824027B1 EP 0824027 B1 EP0824027 B1 EP 0824027B1 EP 97810343 A EP97810343 A EP 97810343A EP 97810343 A EP97810343 A EP 97810343A EP 0824027 B1 EP0824027 B1 EP 0824027B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
explosion protection
piston
protection apparatus
closing
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97810343A
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English (en)
French (fr)
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EP0824027A1 (de
Inventor
Christoph Rubitschung
Denis Bubendorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rubitec AG
Original Assignee
Rubitec AG
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Publication date
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Priority to US08/909,840 priority patent/US5959193A/en
Publication of EP0824027A1 publication Critical patent/EP0824027A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C4/00—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave
    • A62C4/02—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave in gas-pipes

Definitions

  • the present invention relates to an explosion protection device for installation in potentially explosive industrial plants, as in the preamble of the independent claim 1 is defined.
  • explosion protection devices such as. quick-closing valves or pusher, used to break through Pressure waves and flames from a potentially explosive system part prevent in neighboring parts of the plant.
  • the pressure generator is either a pyrotechnic Element with an electrically ignitable powder filling or a compressed gas cartridge, which is powered by an electric ignitable detonator that releases pressurized gas. It is therefore a realistic test of the pressure generator again not possible.
  • Pyrotechnic detonators also have the major disadvantage that they fall under the arms law in some countries what commercialization at least difficult. Also require they break the wire from the sensor to Detonator to ensure safe explosion protection.
  • DE-C1-43 16 584 describes a device for shutting off of connected to house connections and charged with gases Supply lines known to be one in one Has housing arranged locking member which by a Release device in the basic state in its open position is held.
  • the locking organ is by means of a Compression spring preloaded so that after actuation of the release device is moved into its closed position.
  • the triggering device is actuated by switching of a solenoid valve, controlled by one with the solenoid valve connected control center depending on Gas detectors, smoke detectors, temperature sensors and / or one Flow switch signals received.
  • This shut-off device is not a purpose Explosion protection device and consequently not on it aligned, possibly due to an explosion to achieve fast closing time.
  • the magnetic valve For actuating the release device the magnetic valve must first have a magnetic field be built up, which takes at least about 50 ms. This is far too slow for an explosion protection device.
  • this shut-off device is not one Explosion protection device is the generic term of independent claim 1 related thereto.
  • the essence of the invention is that in an explosion protection device for installation in potentially explosive atmospheres Industrial plants in order to prevent the Penetration of pressure wave and / or flame by an explosive Plant part in neighboring plant parts a trigger device biased in its basic state and comprises a magnet that holds a trigger device active magnetic field in its basic state having.
  • the explosion protection device comprises at least a locking device that separates the person to be protected Plant part and the potentially explosive plant part can be arranged is from the release device in its basic state is held in its open position and thus preloaded is that after actuation of the release device in its closed position is moved.
  • the the closing organ after actuation of the release device in its closed position moving preload is generated by compressed gas.
  • the trigger device is electrically connected to a Explosion detection sensor in the potentially explosive atmosphere Plant part can be arranged or connected to the same is, and actuated by sensor signals.
  • the explosion protection device comes without using a pyrotechnic Detonator.
  • the electromagnetic release of the Closing movement and the preload of the closing element can have short closing times even without a pyrotechnic igniter can be achieved.
  • the fact that the trigger device biased in by the active magnetic field of the magnet its basic state is maintained and only that to operate already existing magnetic field is reduced and not first The magnetic field must be built up are the closing times also considerably shorter than with triggering devices with solenoid valves.
  • the explosion protection device according to the invention is repeated testable since none when the closing movement is triggered irreversible steps are taken.
  • Electromagnet used the triggering device when power is supplied holds in its basic state, causing the locking organ is held in its open position.
  • the electromagnet is supplied with power as long as the release device receives signals from the sensor that say that still no explosion occurred. An explosion occurs or occurs between due to a defect in the wire Sensor and triggering device no correct signal transmission, a closing movement is triggered.
  • This variant has the advantage that there is no wire monitoring is necessary to ensure safe explosion protection to ensure. However, wire monitoring can optionally used to prevent false tripping become.
  • explosion protection device Usually attached to a pipe section 8 explosion protection device has a trigger device 1 with a Housing 10 in which an annular electromagnet 5 is arranged is. A wire 11 is used to supply power to the electromagnet 5, which by a sensor, not shown, for Explosion detection of a known type, in particular a pressure or Infrared sensor located in a neighboring hazardous area Plant part arranged or connected to the same is controlled.
  • a locking member 2 extends perpendicular to the central axis 81 of the pipe section 8 almost to this.
  • the Locking element 2 is on the one hand in the triggering device 1 and on the other hand in a support device 22, the also serves as a locking housing, stored and is by the electromagnet 5 by electromagnetic attraction a metal plate firmly connected to the locking member 2 12 pushed in the direction of the central tube section 81, when 5 current is supplied to the electromagnet.
  • the end of the locking member facing the tube central axis 81 2 is for holding a holding element 37 U-shaped, with the opening to the pipe center axis 81 out.
  • a cylinder 33 is fixed between the support device 22 and a support device 38, in which a piston 31 is movably mounted.
  • ring seals 311, 312 are arranged, which provide a seal against the inner wall of the cylinder.
  • the cylinder 33 is divided by the piston 31 into a first chamber 34, which is under a relatively low pressure p 1 , and a second chamber 35, which is under a higher pressure p 2 than the first chamber 34. Due to the excess pressure in the second chamber 35, which is, for example, approximately 6 bar, the piston 31 would be moved towards the support device 38 if it were not retained. The piston 31 is therefore preloaded.
  • a compressed gas reservoir 36 which is toroidal around the cylinder 33 is arranged around and via cylinder openings 330 with the second chamber 35 communicates, ensures the piston movement to the support device 38, with an increase in volume the second chamber 35 is connected for sufficient overpressure in the second chamber 35.
  • a curved closing member 3 is over a first piston rod 30 connected to one side of the piston 31, so that it is moved when the piston moves.
  • the locking device 3 is provided with a sealing flange 39, which is in the closed position on a ring seal delimiting the pipe opening 82 83 comes to rest, so that the Pipe opening 82 is guaranteed.
  • ring seal 380 is reached, that in the working position in which the sealing flange 39 bears on the support device 38, no dirt in the Space between the locking device 3 and the support device 38 can penetrate.
  • the explosion protection device described works as follows:
  • the electromagnet 5 In the working position shown with solid lines the electromagnet 5 is supplied with current as long as how the trigger device 1 receives signals from the sensor, which say that no explosion has yet been detected.
  • the Electromagnet 5 presses the locking member 2 towards the pipe center axis 81 out.
  • the locking member 2 in its U-shaped end engages the holding element 37, holds via the second piston rod 32, the piston 31 and the first Piston rod 30, the closing member 3 in its open Position. Any process gas can be in the pipe opening 82 and flow through the pipe section 8.
  • the locking member 2 is by the spring 7 from the pipe center axis 81 moved away, the U-shaped end of the locking member 2 releases the holding element 37 and by the overpressure in the second chamber 35, which is maintained by means of the compressed gas reservoir 36 the piston 31 becomes the support device 38 and thus the closing member 3 moves towards the pipe opening 82, until it reaches its closed position, i.e. the sealing flange 39 lies tightly against the ring seal 83.
  • the pipe opening 82 is then tightly sealed and striking through Blast and flame of the explosion are prevented.
  • the closing position of the closing member 3 and the piston 31 is shown in dashed lines in Fig. 1.
  • a pipe section 8 ' In a pipe section 8 'are two in opposite directions closing axial valves arranged the same are constructed like the axial valve shown in FIG. 1.
  • the reference numbers 3 ', 13'-15', 30'-35 ', 37'-39', 82 ', 83', 311 ', 312', 330 'and 380' denote elements 3, 13-15, 30-35, 37-39, 82, 83, 311, 312, 330 and 380 respectively Elements.
  • a compressed gas storage 36 ' is both around the Cylinder 33 and around the cylinder 33 'toroidal arranged. The closing movements are triggered as with the first variant.
  • This second embodiment variant has the advantage that Closing movements in two opposite directions respectively. This ensures that always a closing movement from the blast of the explosion is supported.
  • the explosion protection device has a slider instead of an axial valve.
  • the Closing member 4 is in turn via a first piston rod 40, a piston 41 with ring seals 411, 412 and one second piston rod 42 with holding element 47 from a locking member 2 with a U-shaped end in its open position held.
  • the cylinder 43 belonging to the piston 41 becomes from this into a first chamber 44 and a second chamber 45 divided and is between the support device 22 and a support device 48 is arranged.
  • the release device 1 and the mode of operation of the explosion protection device is essentially the same as the first two Design variants, except that here the locking element 4 from the side via a pipe opening 802 of a pipe section 80 is pushed and the overpressure in the second chamber 45 by means of a pressure gas storage, not shown a compressed air duct 360 is maintained.
  • This embodiment variant corresponds to the triggering device 1 'of that shown in Fig. 3, which is Closing member 4 is here in the closed position.
  • the trigger device 1 has instead of an electromagnet 5 a permanent magnet 6, which is the locking member 2 by electromagnetic repulsion with one Locking member 2 firmly connected metal plate 12 'as long against the bias generated by the spring 7 in its locked position lasts until an explosion from the sensor is signaled.
  • the permanent magnet 6 is compensated for by current supply, wherein when they are inserted, the locking member 2 is actuated by the spring preload.
  • a piston rod 30 " is attached to a piston 31" arranged in a cylinder 33 ", the interior of the cylinder 33” through the piston 31 "into a first chamber 34", to which the piston rod 30 "is assigned and the is under a relatively low pressure p 1 , and a second chamber 35 ", which is under a pressure p 2 which is greater in comparison with the first chamber 34", is divided.
  • a trigger device 1 is fixed in place, which by means of a ring-shaped electromagnet 5 "keeps the closing element 3 in its open position via the piston rod 30" and the piston 31 “by electromagnetically pulling the piston 31" as long as the electromagnet 5 "is supplied with current.
  • the current is supplied via an electrical line 16, which is inserted through the support device 22 "into the cylinder 33", and is controlled by the sensor signals, as in the embodiment variants described above.
  • the electromagnet loses 5 "its attraction and the closing element 3 is through the pressure in the second chamber 35 "compared to first chamber 34 "moved into its closed position. Again provides the compressed gas reservoir 36, the cylinder openings 330 "communicates with the second chamber 35" during the whole movement of the locking mechanism 3 for one sufficient overpressure in the second chamber 35 ".

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Explosionsschutzvorrichtung zum Einbau in explosionsgefährdete Industrieanlagen, wie sie im Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 definiert ist.
Bei manchen in der Prozessgastechnik verwendeten Verfahren besteht die Gefahr, dass Explosionen auftreten. Es müssen daher Massnahmen getroffen werden, Explosionen in den Industrieanlagen örtlich zu begrenzen. Hierzu werden Explosionsschutzvorrichtungen, wie z.B. schnellschliessende Ventile oder Schieber, eingesetzt, die das Durchschlagen von Druckwellen und Flammen von einem explosionsgefährdeten Anlageteil in benachbarte Anlageteile verhindern sollen.
Entsteht eine Explosion, muss diese zuerst erkannt werden. Dann muss ein Schliessbefehl erteilt und der Schliessvorgang eingeleitet und abgeschlossen werden, bevor Druckwelle und Flamme am betreffenden Ort eintreffen.
Beispielsweise aus einer Betriebsanleitung für das SLX System der Firma SISTAG Absperrtechnik, CH-6274 Eschenbach, sind Ventile und Schieber mit einem Druckluftzylinder als Antrieb und einem Druckgasspeicher mit mehr als 10 bar Überdruck zur Bereitstellung der Schliessenergie bekannt. Zwischen Druckgasspeicher und Druckluftzylinder ist ein Sprengkapselventil und ein Druckluftschlauch angeordnet. Eine beginnende Explosion wird von einem Drucksensor oder einem Infrarotsensor erkannt, und das Sprengkapselventil wird elektrisch gezündet. Es öffnet sich, so dass gespeichertes Gas vom Druckgasspeicher via Druckluftschlauch in den Druckluftzylinder strömen kann und das Ventil oder den Schieber schliesst.
Derartige Ventile und Schieber haben aber den Nachteil, dass relativ viel Zeit vom Öffnen des Sprengkapselventils bis zum in Bewegung setzen des Druckluftkolbens vergeht. Ausserdem müssen nach jeder Auslösung der Druckgasspeicher und die Sprengkapsel ersetzt werden. Ein wirklichkeitsnahes Prüfen dieser Elemente ist daher nicht möglich.
Aus dem schweizerischen Patent Nr. 685 134 ist eine Explosionsschutzvorrichtung bekannt, bei der der Druckluftkolben ein Differentialkolben mit einer peripherischen Ringfläche und einer konzentrisch zu derselben angeordneten Innenfläche ist, die von einem Druckgenerator bzw. einem Druckgasspeicher aus beaufschlagbar sind. Der vom Sensor ausgelöste Druckgenerator erteilt dem Differentialkolben eine hohe Anfangsbeschleunigung, die nach dem Abheben der Innenfläche von ihrer Auflagefläche durch den auf die gesamte Differentialkolbenfläche wirkenden Druck aus dem Druckgenerator und dem Druckgasspeicher noch verstärkt wird.
Mit dieser Explosionsschutzvorrichtung können zwar schnelle Schliesszeiten erreicht werden; sie weist aber immer noch den Nachteil auf, dass der Druckgenerator entweder ein pyrotechnisches Element mit einer elektrisch zündbaren Pulverfüllung oder eine Druckgaskartusche, die durch eine elektrisch zündbare Sprengkapsel das Druckgas freisetzt, ist. Ein wirklichkeitsnahes Prüfen des Druckgenerators ist daher wiederum nicht möglich.
Pyrotechnische Zünder haben auch den grossen Nachteil, dass sie in einigen Ländern unter das Waffengesetz fallen, was eine Kommerzialisierung zumindest erschwert. Zudem erfordern sie eine Bruchsicherung des Drahtes vom Sensor zum Zünder, um einen sicheren Explosionsschutz zu gewährleisten.
Aus der DE-C1-43 16 584 ist eine Vorrichtung zum Absperren von mit Hausanschlüssen verbundenen und mit Gasen beaufschlagten Versorgungsleitungen bekannt, die ein in einem Gehäuse angeordnetes Schliessorgan aufweist, das von einer Auslöseeinrichtung im Grundzustand in seiner offenen Stellung gehalten wird. Das Schliessorgan ist mittels einer Druckfeder so vorbelastet, dass es nach Betätigung der Auslöseeinrichtung in seine Schliessstellung bewegt wird. Die Betätigung der Auslöseeinrichtung erfolgt durch Schalten eines Magnetventils, gesteuert durch eine mit dem Magnetventil verbundene Steuerzentrale in Abhängigkeit von von Gasmeldern, Rauchmeldern, Temperaturfühlern und/oder einem Strömungswächter erhaltenen Signalen.
Diese Absperrvorrichtung ist der Zweckbestimmung nach keine Explosionsschutzvorrichtung und folglich auch nicht darauf ausgerichtet, eine durch eine Explosion bedingte möglichst schnelle Schliesszeit zu erreichen. Zur Betätigung der Auslöseeinrichtung muss beim Magnetventil zuerst ein Magnetfeld aufgebaut werden, was mindestens ca. 50 ms dauert. Dies ist für eine Explosionsschutzvorrichtung viel zu langsam. Obwohl es sich bei dieser Absperrvorrichtung um keine Explosionsschutzvorrichtung handelt, ist der Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 hierauf bezogen.
Angesichts der Nachteile der bisher bekannten, oben beschriebenen Vorrichtungen liegt der Erfindung die folgende Aufgabe zugrunde. Zu schaffen ist eine Explosionsschutzvorrichtung der eingangs erwähnten Art, mit der schnelle Schliesszeiten ohne Verwendung eines pyrotechnischen Zünders erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe Explosionsschutzvorrichtung gelöst, wie sie im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei einer Explosionsschutzvorrichtung zum Einbau in explosionsgefährdeten Industrieanlagen zwecks selbsttätigen Verhinderns des Durchschlagens von Druckwelle und/oder Flamme von einem explosionsgefährdeten Anlageteil in benachbarte Anlageteile eine Auslöseeinrichtung in ihrem Grundzustand vorgespannt ist und einen Magneten umfasst, der ein zum Halten der Auslöseeinrichtung in ihrem Grundzustand aktives Magnetfeld aufweist. Die Explosionsschutzvorrichtung umfasst mindestens ein Schliessorgan, das zwischen dem zu schützenden Anlageteil und dem explosionsgefährdeten Anlageteil anordbar ist, von der Auslöseeinrichtung in ihrem Grundzustand in seiner offenen Stellung gehalten wird und so vorbelastet ist, dass es nach Betätigung der Auslöseeinrichtung in seine Schliessstellung bewegt wird. Die das Schliessorgan nach Betätigung der Auslöseeinrichtung in seine Schliessstellung bewegende Vorbelastung ist durch Druckgas erzeugt. Die Auslöseeinrichtung ist elektrisch verbunden mit einem Sensor zur Explosionserkennung, der in dem explosionsgefährdeten Anlageteil anordbar bzw. mit demselben verbindbar ist, und durch Sensorsignale betätigbar. Die Explosionsschutzvorrichtung kommt ohne Verwendung eines pyrotechnischen Zünders aus.
Durch die elektrische Übertragung des Sensorsignals an die Auslöseeinrichtung, die elektromagnetische Auslösung der Schliessbewegung und die Vorspannung des Schliessorgans können auch ohne pyrotechnischen Zünder kurze Schliesszeiten erreicht werden. Dadurch, dass die Auslöseeinrichtung durch das aktive Magnetfeld des Magneten vorgespannt in ihrem Grundzustand gehalten wird und zur Betätigung nur das bereits vorhandene Magnetfeld abgebaut und nicht zuerst ein Magnetfeld aufgebaut werden muss, sind die Schliesszeiten auch erheblich kürzer als bei Auslöseeinrichtungen mit Magnetventilen.
Die erfindungsgemässe Explosionsschutzvorrichtung ist wiederholt prüfbar, da bei der Auslösung der Schliessbewegung keine irreversiblen Schritte vorgenommen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird als Magnet ein Elektromagnet verwendet, der bei Stromzufuhr die Auslöseeinrichtung in ihrem Grundzustand hält, wodurch das Schliessorgan in seiner offenen Stellung gehalten wird. Der Elektromagnet wird solange mit Strom versorgt, wie die Auslöseeinrichtung vom Sensor Signale empfängt, die besagen, dass noch keine Explosion aufgetreten ist. Tritt eine Explosion auf oder erfolgt aufgrund eines Defekts des Drahtes zwischen Sensor und Auslöseeinrichtung keine korrekte Signalübermittlung, wird eine Schliessbewegung ausgelöst.
Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass keine Drahtüberwachung notwendig ist, um einen sicheren Explosionsschutz zu gewährleisten. Eine Drahtüberwachung kann aber optionsweise zum Verhindern von Fehlauslösungen eingesetzt werden.
Mit Vorteil ist hinter dem bereits genannten Magneten mindestens ein weiterer Magnet angeordnet, der die Kraft zum Halten der Auslöseeinrichtung in ihrem Grundzustand vergrössert, wobei die Stromzuführung zu den Magneten parallel erfolgt. Dies ermöglicht es, die Auslöseeinrichtung stärker vorzuspannen und die Auslösezeit weiter zu reduzieren.
Im folgenden wird die erfindungsgemässe Explosionsschutzvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 -
eine Schnittansicht einer an einem Rohrstück angebrachten Explosionsschutzvorrichtung mit einseitig schliessendem Axialventil;
Fig. 2 -
eine Schnittansicht einer an einem Rohrstück angebrachten Explosionsschutzvorrichtung mit zweiseitig schliessenden Axialventilen;
Fig. 3 -
eine Schnittansicht einer seitlich eines Rohrstücks angeordneten Explosionsschutzvorrichtung mit einem Schieber in offener Stellung und einer Auslöseeinrichtung mit einem Elektromagnet;
Fig. 4 -
eine Schnittansicht einer seitlich eines Rohrstücks angeordneten Explosionsschutzvorrichtung mit einem Schieber in Schliessstellung und einer Auslöseeinrichtung mit einem Permanentmagnet und
Fig. 5 -
eine Schnittansicht einer an einem Rohrstück angebrachten Explosionsschutzvorrichtung mit einseitig schliessendem Axialventil und einer alternativen Auslöseeinrichtung.
Figur 1
Die grösstenteils an einem Rohrstück 8 angebrachte Explosionsschutzvorrichtung weist eine Auslöseeinrichtung 1 mit einem Gehäuse 10 auf, in dem ein ringförmiger Elektromagnet 5 angeordnet ist. Ein Draht 11 dient der Stromzufuhr zum Elektromagneten 5, welche durch einen nicht dargestellten Sensor zur Explosionserkennung bekannter Art, insbesondere einen Druckoder Infrarotsensor, der in einem benachbarten explosionsgefährdeten Anlageteil angeordnet bzw. mit demselben verbunden ist, gesteuert wird.
Durch die Mitte des ringförmigen Elektromagneten 5 hindurch erstreckt sich ein Verriegelungsorgan 2 senkrecht zur Mittelachse 81 des Rohrstücks 8 bis fast zu dieser hin. Das Verriegelungsorgan 2 ist einerseits in der Auslöseeinrichtung 1 und anderseits in einer Supporteinrichtung 22, die gleichzeitig als Verriegelungsgehäuse dient, gelagert und wird vom Elektromagneten 5 durch elektromagnetisches Anziehen einer mit dem Verriegelungsorgan 2 fest verbundenen Metallplatte 12 in Richtung der Rohrstückmittelachse 81 gestossen, wenn dem Elektromagneten 5 Strom zugeführt wird.
Zwischen einer dem Rohrstück 8 zugewandten Gehäusewand 100 der Auslöseeinrichtung 1 und einem am Verriegelungsorgan 2 angebrachten Federträger 21 ist eine komprimierte Feder 7, hier Spiralfeder, angeordnet, die die Tendenz hat, das Verriegelungsorgan 2 von der Rohrstückmittelachse 81 zu entfernen, die also das Verriegelungsorgan 2 vorspannt.
Das der Rohrstückmittelachse 81 zugewandte Ende des Verriegelungsorgans 2 ist zum Halten eines Halteelements 37 u-förmig ausgebildet, mit der Öffnung zur Rohrstückmittelachse 81 hin.
Zwischen der Supporteinrichtung 22 und einer Supporteinrichtung 38 ist ein Zylinder 33 ortsfest angebracht, in dem ein Kolben 31 bewegbar gelagert ist. An der Peripherie des Kolbens 31 sind Ringdichtungen 311, 312 angeordnet, die für eine Abdichtung zur Zylinderinnenwand hin sorgen. Der Zylinder 33 wird durch den Kolben 31 in eine erste Kammer 34, die unter einem relativ niederen Druck p1 steht, und eine zweite Kammer 35, die unter einem im Vergleich zur ersten Kammer 34 grösseren Druck p2 steht, unterteilt. Durch den Überdruck in der zweiten Kammer 35, der beispielsweise etwa 6 bar beträgt, würde der Kolben 31 zur Supporteinrichtung 38 hin bewegt, würde er nicht zurückgehalten. Der Kolben 31 ist also vorbelastet.
Ein Druckgasspeicher 36, der torusförmig um den Zylinder 33 herum angeordnet ist und über Zylinderöffnungen 330 mit der zweiten Kammer 35 in Verbindung steht, sorgt bei der Kolbenbewegung zur Supporteinrichtung 38 hin, die mit einer Volumenvergrösserung der zweiten Kammer 35 verbunden ist, für einen genügenden Überdruck in der zweiten Kammer 35.
Ein gewölbtes Schliessorgan 3 ist über eine erste Kolbenstange 30 mit der einen Seite des Kolbens 31 verbunden, so dass es bei einer Kolbenbewegung bewegt wird. Das Schliessorgan 3 ist mit einem Dichtflansch 39 versehen, der in der Schliessstellung an einer die Rohröffnung 82 begrenzenden Ringdichtung 83 zu liegen kommt, so dass ein dichtes Schliessen der Rohröffnung 82 gewährleistet ist. Mittels einer an der Supporteinrichtung 38 angeordneten Ringdichtung 380 wird erreicht, dass in der Arbeitsposition, in der der Dichtflansch 39 an der Supporteinrichtung 38 anliegt, kein Schmutz in den Raum zwischen dem Schliessorgan 3 und der Supporteinrichtung 38 eindringen kann.
An der Supporteinrichtung 38 sind ausserdem zwei Bewegungssensoren 13, 14, z.B. induktive Wegaufnehmer, angebracht, die der Überwachung der Bewegungen des Schliessorgans 3 und der ersten Kolbenstange 30 dienen.
Von der gegenüberliegenden Kolbenseite aus erstreckt sich in Richtung der Supporteinrichtung 22 eine zweite Kolbenstange 32, an deren dem Kolben 31 abgewandten Ende das Halteelement 37 angeordnet ist, das in der Verriegelungsstellung in das u-förmige Ende des Verriegelungsorgans 2 eingreift. In dieser Stellung ist die Rohröffnung 82 offen. Durch eine zwischen dem Kolben 31 und der Supporteinrichtung 22 angeordnete Stange 15, die als Anschlag für den Kolben 31 dient, ist eine genaue Positionierung des Halteelements 37 in der Verriegelungsstellung gewährleistet. Auf die Stange 15 kann allenfalls verzichtet werden, da die genaue Positionierung des Halteelements 37 auch durch die Verwendung der Supporteinrichtung 38 als Anschlag für das Schliessorgan 3 erreichbar ist.
Die beschriebene Explosionsschutzvorrichtung funktioniert folgendermassen:
In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Arbeitsposition wird der Elektromagnet 5 solange mit Strom versorgt, wie die Auslöseeinrichtung 1 vom Sensor Signale empfängt, die besagen, dass noch keine Explosion erkannt wurde. Der Elektromagnet 5 drückt das Verriegelungsorgan 2 zur Rohrstückmittelachse 81 hin. Das Verriegelungsorgan 2, in dessen u-förmiges Ende das Halteelement 37 eingreift, hält über die zweite Kolbenstange 32, den Kolben 31 und die erste Kolbenstange 30 das Schliessorgan 3 in seiner offenen Stellung. Allfälliges Prozessgas kann die Rohröffnung 82 und das Rohrstück 8 durchfliessen.
Erkennt der Sensor eine Explosion oder ist die Signalübermittlung zwischen Sensor und Auslöseeinrichtung gestört, wird die Stromzufuhr zum Elektromagneten 5 unterbrochen, das Verriegelungsorgan 2 wird durch die Feder 7 von der Rohrstückmittelachse 81 wegbewegt, das u-förmige Ende des Verriegelungsorgans 2 gibt das Halteelement 37 frei und durch den Überdruck in der zweiten Kammer 35, der mit Hilfe des Druckgasspeichers 36 aufrechterhalten wird, wird der Kolben 31 zur Supporteinrichtung 38 und somit das Schliessorgan 3 zur Rohröffnung 82 hin bewegt, bis es seine Schliessstellung erreicht, d.h. der Dichtflansch 39 an der Ringdichtung 83 dicht anliegt. Die Rohröffnung 82 ist dann dicht verschlossen und das Durchschlagen von Druckwelle und Flamme der Explosion wird verhindert. Die Schliessstellung des Schliessorgans 3 und des Kolbens 31 ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt.
Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung. Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugsziffern enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert, so wird auf deren Erwähnung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
Figur 2
In einem Rohrstück 8' sind zwei in entgegengesetzte Richtungen schliessende Axialventile angeordnet, die gleich aufgebaut sind wie das in Fig. 1 dargestellte Axialventil. Die Bezugsziffern 3', 13'-15', 30'-35', 37'-39', 82', 83', 311', 312', 330' und 380' bezeichnen den Elementen 3, 13-15, 30-35, 37-39, 82, 83, 311, 312, 330 und 380 entsprechende Elemente. Ein Druckgasspeicher 36' ist sowohl um den Zylinder 33 als auch um den Zylinder 33' herum torusförmig angeordnet. Die Auslösung der Schliessbewegungen erfolgt wie bei der ersten Ausführungsvariante.
Diese zweite Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass Schliessbewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen erfolgen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass immer eine Schliessbewegung von der Druckwelle der Explosion unterstützt wird.
Figur 3
Bei dieser Ausführungsvariante weist die Explosionsschutzvorrichtung anstelle eines Axialventils einen Schieber auf. Das Schliessorgan 4 wird wiederum über eine erste Kolbenstange 40, einen Kolben 41 mit Ringdichtungen 411, 412 und eine zweite Kolbenstange 42 mit Halteelement 47 von einem Verriegelungsorgan 2 mit u-förmigem Ende in seiner offenen Stellung gehalten. Der zum Kolben 41 gehörende Zylinder 43 wird von diesem in eine erste Kammer 44 und eine zweite Kammer 45 unterteilt und ist zwischen der Supporteinrichtung 22 und einer Supporteinrichtung 48 angeordnet. Die Auslöseeinrichtung 1 sowie die Funktionsweise der Explosionsschutzvorrichtung ist im wesentlichen dieselbe wie bei den beiden ersten Ausführungsvarianten, ausser dass hier das Schliessorgan 4 von der Seite her über eine Rohröffnung 802 eines Rohrstücks 80 geschoben wird und der Überdruck in der zweiten Kammer 45 mittels eines nicht dargestellten Druckgasspeichers über einen Druckluftkanal 360 aufrechterhalten wird.
Figur 4
Diese Ausführungsvariante entspricht bis auf die Auslöseeinrichtung 1' der in Fig. 3 dargestellten, wobei sich das Schliessorgan 4 hier in der Schliessstellung befindet.
Die Auslöseeinrichtung 1' weist anstelle eines Elektromagneten 5 einen Permanentmagnet 6 auf, der das Verriegelungsorgan 2 durch elektromagnetisches Abstossen einer mit dem Verriegelungsorgan 2 fest verbundenen Metallplatte 12' solange gegen die von der Feder 7 erzeugte Vorspannung in seiner Verriegelungsstellung hält, bis vom Sensor eine Explosion signalisiert wird. Bei Signalisierung einer Explosion wird der Permanentmagnet 6 durch Stromzufuhr kompensiert, wobei bei deren Einsetzen das Verriegelungsorgan 2 durch die Federvorspannung betätigt wird.
Figur 5
Bei dieser Ausführungsvariante ist an einem in einem Zylinder 33" angeordneten Kolben 31" nur eine Kolbenstange 30" angebracht, wobei das Innere des Zylinders 33" durch den Kolben 31" in eine erste Kammer 34", der die Kolbenstange 30" zugeordnet ist und die unter einem relativ niederen Druck p1 steht, und eine zweite Kammer 35", die unter einem im Vergleich zur ersten Kammer 34" grösseren Druck p2 steht, unterteilt ist. In der zweiten Kammer 35" ist eine Auslöseeinrichtung 1" ortsfest angebracht, die mittels eines ringförmigen Elektromagneten 5" das Schliessorgan 3 über die Kolbenstange 30" und den Kolben 31" durch elektromagnetisches Anziehen des Kolbens 31" solange in seiner offenen Stellung hält, wie dem Elektromagnet 5" Strom zugeführt wird. Die Stromzufuhr erfolgt über eine elektrische Leitung 16, die durch die Supporteinrichtung 22" hindurch in den Zylinder 33" eingeführt wird, und wird wie in den oben beschriebenen Ausführungsvarianten durch die Sensorsignale gesteuert.
Bei Unterbruch der Stromzufuhr verliert der Elektromagnet 5" seine Anziehungskraft und das Schliessorgan 3 wird durch den Überdruck in der zweiten Kammer 35" im Vergleich zur ersten Kammer 34" in seine Schliessstellung bewegt. Wiederum sorgt der Druckgasspeicher 36, der über Zylinderöffnungen 330" mit der zweiten Kammer 35" in Verbindung steht, während der ganzen Bewegung des Schliessorgans 3 für einen genügenden Überdruck in der zweiten Kammer 35".
Zu den vorbeschriebenen Explosionsschutzvorrichtungen sind weitere konstruktive Variationen realisierbar. Hier ausdrücklich erwähnt sei noch, dass das Vorspannen des Verriegelungsorgans 2 auch auf eine andere als die beschriebene Art erfolgen kann. Denkbar ist beispielsweise das Anordnen einer gedehnten Feder in der Supporteinrichtung 22, wobei das eine Ende der Feder mit der Supporteinrichtung 22 und das andere Ende mit dem Verriegelungsorgan 2 verbunden wird.

Claims (12)

  1. Explosionsschutzvorrichtung zum Einbau in explosionsgefährdete Industrieanlagen zwecks selbsttätigen Verhinderns des Durchschlagens von Druckwelle und/oder Flamme von einem explosionsgefährdeten Anlageteil in benachbarte Anlageteile, mit einem Sensor zur Explosionserkennung, der in dem explosionsgefährdeten Anlageteil anordbar bzw. mit demselben verbindbar ist, mindestens einem Schliessorgan (3, 3', 4), das zwischen dem zu schützenden Anlageteil und dem explosionsgefährdeten Anlageteil anordbar ist, und einer Auslöseeinrichtung (1, 1', 1"), die einen Magneten (5, 5", 6) aufweist, in ihrem Grundzustand das Schliessorgan (3, 3', 4) in seiner offenen Stellung hält, elektrisch mit dem Sensor verbunden ist und durch Sensorsignale betätigbar ist, wobei das Schliessorgan (3, 3', 4) so vorbelastet ist, dass es nach Betätigung der Auslöseeinrichtung (1, 1', 1") in seine Schliessstellung bewegt wird, und wobei die Explosionsschutzvorrichtung ohne Verwendung eines pyrotechnischen Zünders auskommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinrichtung (1, 1', 1") in ihrem Grundzustand vorgespannt ist und der Magnet (5, 5", 6) ein zum Halten der Auslöseeinrichtung (1, 1', 1") in ihrem Grundzustand aktives Magnetfeld aufweist, und dadurch, dass die das Schliessorgan (3, 3', 4) nach Betätigung der Auslöseeinrichtung (1, 1', 1") in seine Schliessstellung bewegende Vorbelastung durch Druckgas erzeugt ist.
  2. Explosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Elektromagnet (5, 5") ist, der bei Stromzufuhr die Auslöseeinrichtung (1, 1") in ihrem Grundzustand hält und bei Stromunterbruch die Auslöseeinrichtung (1, 1") betätigt.
  3. Explosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Permanentmagnet (6) ist, der die Auslöseeinrichtung (1') solange in ihrem Grundzustand hält, als kein Strom zugeführt wird.
  4. Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem genannten Magneten (5, 5", 6) mindestens ein weiterer Magnet angeordnet ist, der die Kraft zum Halten der Auslöseeinrichtung (1, 1', 1") in ihrem Grundzustand vergrössert, wobei die Stromzuführung zu den Magneten parallel erfolgt.
  5. Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Druckoder Infrarotsensor ist und bei Erkennung einer Explosion die Stromzufuhr zu dem oder den Elektromagneten (5, 5") unterbricht bzw. bewirkt, dass dem oder den Permanentmagneten (6) Strom zugeführt wird.
  6. Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Drahtüberwachungseinrichtung zur Überwachung der elektrischen Drähte zwischen Sensor und Auslöseeinrichtung (1, 1', 1") versehen ist.
  7. Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinrichtung (1, 1') in ihrem Grundzustand ein Verriegelungsorgan (2) gegen eine Vorspannung, die durch eine Feder (7) erzeugt sein kann, in seiner Verriegelungsstellung hält, in der dieses das Schliessorgan (3, 3', 4) in seiner offenen Stellung hält, derart, dass durch Betätigung der Auslöseeinrichtung (1, 1') das Verriegelungsorgan (2) betätigt und das Schliessorgan (3, 3', 4) in seine Schliessstellung bewegt wird.
  8. Explosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessorgan (3, 3', 4) über eine erste Kolbenstange (30, 30', 40), einen Kolben (31, 31', 41) und eine zweite Kolbenstange (32, 32', 42), die zumindest teilweise innerhalb eines dazugehörigen, ortsfesten Zylinders (33, 33', 43) bewegbar angeordnet sind, vom sich in der Verriegelungsstellung befindlichen Verriegelungsorgan (2) in seiner offenen Stellung gehalten wird, wobei das Innere des Zylinders (33, 33', 43) durch den Kolben (31, 31', 41) in eine erste Kammer (34, 34', 44), der die erste Kolbenstange (30, 30', 40) zugeordnet ist und die unter einem relativ niederen Druck (p1) steht, und eine zweite Kammer (35, 35', 45), der die zweite Kolbenstange (32, 32', 42) zugeordnet ist und die unter einem im Vergleich zur ersten Kammer (34, 34', 44) grösseren Druck (p2) steht, unterteilt ist, so dass der Kolben (31, 31', 41) durch den Überdruck in der zweiten Kammer (35, 35', 45) zur ersten Kammer (34, 34', 44) hin gedrückt und das Schliessorgan (3, 3', 4) in seine Schliessstellung bewegt wird, sobald das Verriegelungsorgan (2) die zweite Kolbenstange (32, 32', 42) freigibt.
  9. Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessorgan (3) über eine Kolbenstange (30") und einen Kolben (31"), die zumindest teilweise innerhalb eines dazugehörigen, ortsfesten Zylinders (33") bewegbar angeordnet sind, von der sich im Grundzustand befindenden Auslöseeinrichtung (1") in seiner offenen Stellung gehalten wird, wobei das Innere des Zylinders (33") durch den Kolben (31") in eine erste Kammer (34"), der die Kolbenstange (30") zugeordnet ist und die unter einem relativ niederen Druck (p1) steht, und eine zweite Kammer (35"), in der die Auslöseeinrichtung (1") angeordnet ist und die unter einem im Vergleich zur ersten Kammer (34") grösseren Druck (p2) steht, unterteilt ist, so dass der Kolben (31") durch den Überdruck in der zweiten Kammer (35") zur ersten Kammer (34") hin gedrückt und das Schliessorgan (3) in seine Schliessstellung bewegt wird, sobald die Auslöseeinrichtung (1") den Kolben (31") freigibt.
  10. Explosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (35, 35', 35", 45) mit einem Druckgasspeicher (36) in Verbindung steht, der während des Bewegens des Schliessorgans (3, 3', 4) in die Schliessstellung für einen genügenden Überdruck der zweiten Kammer (35, 35', 35", 45) im Vergleich zur ersten Kammer (34, 34', 34", 44) sorgt.
  11. Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessorgan (3, 3', 4) Teil eines Axialventils oder ein Schieber ist.
  12. Explosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Schliessorgane (3, 3') umfasst, die sich nach Betätigung der Auslöseeinrichtung (1) in entgegengesetzten Richtungen in die jeweiligen Schliessstellungen bewegen.
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