DE4131859A1 - Brandschutzventil mit schliessfeder zum automatischen absperren von leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brandschutzventil mit Schließfeder zum automatischen Absperren von Leitungen, insbesondere von Gasleitungen. Solche Ventile werden in Rohrleitungen z. B. vor Gasarmaturen, Gasgeräten, Gaszählern usw. eingesetzt. Sie dienen dazu, bei einem Brand die Gaszufuhr zu unterbrechen, bevor die Temperatur an den genannten Gasgeräten so hoch wird, daß deren Dichtheit gefährdet ist.

Dabei kommen vorrangig Ventile zum Einsatz, die als Absperr­ element eine Kugel oder einen Kegel aufweisen.

So ist aus der EP-OS 1 18 152 ein Ventil bekannt, bei dem eine Kugel einerseits durch eine Feder und andererseits durch ein aus einer Legierung mit thermischem Formerinnerungsvermögen bestehendem Teil in Offen- bzw. nach Erreichen einer Grenztem­ peratur in Schließstellung gehalten wird, wobei die Feder so ausgebildet ist, daß nach dem Schließvorgang ein selbsttätiges Öffnen nicht möglich ist.

Bei dieser Lösung ist es von Nachteil, daß, wenn die Feder­ kraft durch sehr hohe Temperaturen ihre Kraft verliert, ein sicheres Verschließen nicht mehr gewährleistet ist.

In der EP-OS 3 43 615 wird desweiteren ein Ventil beschrieben, das als Absperrelement einen Kegel aufweist. Bei dieser Lösung verbindet die den Deckel des Ventils durchdringende Führungs­ stange den Kegel mit einem Schmelzkörper, der mit einer Druck­ feder gegen den Deckel vorgespannt ist. Sobald der Schmelzkör­ per erweicht, wird die Führungsstange aus ihm herausgezogen, so daß sich der Kegel unter der Wirkung der Druckfeder schlag­ artig in Schließrichtung bewegen kann.

Auch bei dieser Lösung ist es von Nachteil, daß, wenn die Druckfeder durch sehr hohe Temperaturen ihre Kraft verliert, ein sicheres Verschließen nicht mehr gewährleistet ist. Wei­ terhin weist diese Lösung den Mangel auf, daß zur Erzielung der Dichtheit Kegel und Kegelsitz, insbesondere in Bezug auf ihre Rundheit und Oberflächengüte, genau ineinander passen müssen. Das führt zum einen zu sehr hohem Fertigungsaufwand, zum anderen ist die Dichtheit dieser Kombination nicht repro­ duzierbar. Bei neuem Ansetzen des üblicherweise durch Drehen hergestellten Kegels kann, insbesondere wenn die Rundheit beider Teile nicht vollkommen ist, eine völlig andere Leckrate erreicht werden. Aus diesem Grund führt auch eine im Rahmen der Fertigung durchzuführende Dichtheitsprüfung nicht zu dem gewünschten Erfolg, so daß nur sehr hohe Leckraten gewährlei­ stet werden können.

Besonders unbefriedigend sind nach dem gegenwärtigen Stand der Technik erreichte Lösungen für die Verwendung bei Durchgangs­ ventilen, wie zum Beispiel in der DE-OS 39 16 100 beschrieben, bei denen das Absperrelement senkrecht zur Strömungsrichtung bewegt wird. Das hat zur Folge, daß Bauteile bzw. Profile aus dem vorhandenen Rohrleitungsprofil herausragen. Bei der Ver­ wendung eines Kegels ist es außerdem erforderlich beidseitig des Kegelmantels Dichtflächen ineinander einzupassen, was zu sehr hohen Fertigungsanforderungen führt.

Der dadurch bedingte hohe Preis dieser Ventile hat ihre an­ sonsten gewünschte generelle Einsetzbarkeit bisher verhindert.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Prob­ lem zugrunde ein Ventil der genannten Art zu entwickeln, das einen reproduzierbar dichten Sitz gewährleistet. Auch dann, wenn die Federkraft durch sehr hohe Temperaturen ihre Kraft verliert, ist zu sichern, daß das Ventil selbst bei Stoß und/oder Erschütterung verschlossen bleibt. Weiterhin soll das Ventil so konzipiert sein, daß es keine Bauteile aufweist, die aus dem vorhandenen Rohrleitungsprofil heraus ragen. Dadurch soll das erfindungsgemäße Ventil direkt in Rohrleitungssyste­ men nachrüstbar sein. Ebenfalls soll es ohne Schwierigkeiten normalen Absperrhähnen vor- oder nachgeschaltet werden können. Zusätzlich ist der Herstellungsaufwand so gering wie möglich zu halten.

Erfindungsgemäß wird das Problem durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches genannten Merkmale gelöst. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß gesichert ist, daß das Ventil nach erfolgtem Schließen seine dichtende Schließstellung auch beim Ausfall der Schließfeder durch höhere Temperaturen und bei Stoßbela­ stungen beibehält, und daß ein reproduzierbar dichter Sitz gewährleistet ist, dessen Leckrate die für Gasgeräte üblicher­ weise zulässige Außenundichtheit nicht überschreitet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent­ ansprüchen 2 bis 5 angegeben. Durch diese Weiterbildungen wird es ermöglicht, daß keine Bauteile des Ventils aus dem vorhan­ denen Rohrleitungsprofil herausragen, und somit das erfin­ dungsgemäße Ventil direkt in Rohrleitungssystemen nachrüstbar ist und ohne Schwierigkeiten normalen Absperrhähnen vor- oder nachgeschaltet werden kann. Durch den gleichzeitig erreichten einfachen Aufbau ist der Herstellungsaufwand sehr gering ge­ halten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Brandschutzventil im Schnitt in Offenstellung,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Brandschutzventil im Schnitt in Schließstellung,

Fig. 3 eine Draufsicht der Fig. 1 im Schnitt B-B,

Fig. 4 eine Draufsicht der Fig. 1 im Schnitt A-A.

Das nachfolgend näher erläuterte und in den Zeichnungen darge­ stellte Brandschutzventil besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 1, das an beiden Enden jeweils einen Anschluß aufweist, der in diesem Fall einmal durch ein Innengewinde und einmal durch ein Außengewinde dargestellt ist. Es versteht sich von selbst, daß auch ein anderer Anschluß möglich ist. In axialer Verlängerung des gleichzeitig als Einströmöffnung 2 dienenden Innengewindes schließt sich im Gehäuse 1 eine ebenfalls rohrförmige Erweite­ rung 3 an, in der sich eine u-förmig gebogene Spange 4 befin­ det, die mit ihren beiden Schenkeln 5, die vorzugsweise abge­ winkelte Enden 6 aufweisen, federnd gegen die Innenwand 7 des Gehäuses 1 aufgespreizt ist. Dabei ist die Spange 4 als Biege­ teil aus Blech ausgeführt, dessen Flächen parallel zur Gehäu­ seachse und damit auch parallel zur Innenwand 7 des Gehäuses 1 verlaufen, an der sie teilweise anliegen. Damit wird durch die Spange 4 nur ein minimaler Strömungswiderstand erzeugt. Auf den beiden Schenkeln 5 der Spange 4 stützt sich eine axial im Gehäuse 1 angeordnete Druckfeder 8 ab, durch die die Spange 4 gegen einen durch die Erweiterung 3 gebildeten ersten Absatz 9 gedrückt wird. Zur besseren Aufnahme und Zentrierung der Druckfeder 8 weisen beide Schenkel 5 jeweils eine Ausnehmung 10 auf, deren Länge vorteilhafterweise so bemessen ist, daß nach dem Einrasten der Druckfeder 8 ein Zusammendrücken der Spange 4, und somit ihr Herausgleiten aus dem Gehäuse 1 nicht möglich ist (Fig. 4).

Das andere Ende der Druckfeder 8 stützt sich auf einer metal­ lischen Kugel 11 ab, die ihrerseits auf einem Bügel 12 auf­ liegt, der sich wiederum auf einem zweiten Absatz 13, der das Ende der Erweiterung 3 bildet, abstützt (Fig. 1).

Der ringförmig gebogene Bügel 12, der ebenfalls als Biegeteil aus Blech ausgeführt ist, dessen Flächen parallel zur Gehäu­ seachse und damit auch parallel zur Innenwand 7 des Gehäuses 1 verlaufen, um nur einen minimalen Strömungswiderstand zu er­ zeugen, ist an seinen beiden Enden 14 radial nach innen abge­ bogen (Fig. 3). Hierbei ist es günstig, wenn der Bügel 12 im Bereich der Biegekanten der beiden Enden 14 auf der sich im Absatz 13 abstützenden Seite jeweils einen Freischnitt in der Art aufweist, daß die Länge der abgebogenen Enden 14 unabhän­ gig von der fertigungstechnisch schwankenden Lage der Biege­ kante sehr genau eingehalten werden kann. Während die jeweils radial nach außen zeigende Kante der beiden Enden 14 sich federnd an der Innenwand 7 des Gehäuses 1 anpreßt, bilden die beiden Enden 14 des Bügels 12 ansonsten jeweils einen Fest­ punkt zur Auflage der Kugel 11. Dabei ist es vorteilhaft, für den Abstand der beiden Festpunkte einen Öffnungswinkel des Bügels 12 von ca. 90 Grad zu wählen. Gegenüber der Bügelöff­ nung ist im Bügel 12 radial ein nach innen offener Napf 15 befestigt, z. B. in eine im Bügel 12 vorhandene Bohrung einge­ preßt, derart, daß der Napfboden 16 an der Innenwand 7 des Gehäuses 1 anliegt. In dem radial nach innen offenem Napf 15 befindet sich ein Schmelzlot 17, in das eine mit der Öffnung des Napfes 15 eine Spielpassung bildende Kugel 18 eingepreßt ist, die einen dritten Festpunkt bildet, und die so bemessen ist, daß sie sich bei fehlendem Schmelzlot 17 annähernd voll­ ständig im Napf 15 befindet (Fig. 2).

Der durch die drei Festpunkte gebildete Auflagedurchmesser für die Kugel 11 ist dabei so bemessen, daß diese, wenn sich die Kugel 18 im Napf 15 befindet, auf Grund der wirkenden Kraft der Druckfeder 8 durch den Bügel 12 hindurchgedrückt wird.

An die rohrförmige Erweiterung 3 schließt sich an den zweiten Absatz 13 eine sich in Schließrichtung der Kugel 11 verjüngen­ de kegelförmige Führung 19 an, die in eine mit der Kugel 11 eine Spielpassung von günstigerweise ca. 0,2 mm bildende Boh­ rung 20 übergeht, an die sich eine weitere, ebenfalls axial verlaufende Bohrung 21 anschließt, die mit der Kugel 11 eine Preßpassung von günstigerweise ca. 0,04 mm bildet. Im Anschluß daran befindet sich die notwendige Ausströmöffnung 22 des Gehäuses 1 (Fig. 1).

Bei sich unter der Kraft der Druckfeder 8 auf den drei am Bügel 12 befindlichen Festpunkten abstützender Kugel 11 ist das Brandschutzventil voll geöffnet (Fig. 1). Tritt durch Brand eine Erwärmung des Gehäuses 1 und des an der Innenwand 7 anliegenden Napfes 15 auf, wird nach dem Erreichen der Schmelztemperatur des Lotes 17 die in diesem eingepreßte Kugel 18 in den Napf 15 hineingedrückt, so daß die Kugel 11 unter der Kraft der Druckfeder 8 durch den Bügel 12 gleitet. Die kegelförmige Führung 19 zentriert dabei die Kugel 11 auf die Sitzachse.

Für die sichere Funktion ist dabei die der Bohrung 21 vorgela­ gerte Bohrung 20 mit Spielpassung zur Kugel 11 besonders wichtig. Das liegt daran, daß der Ventilkörper, in diesem Fall durch die Kugel 11 dargestellt, bei den bisher üblichen Lösun­ gen beim Schließen schlagartig gegen den Ventilsitz bewegt wird, wobei er diesen stets anders trifft, als in der end­ gültigen Schließstellung. Da bei Brandschutzventilen wegen der hohen Temperaturbeanspruchung von ca. 1000 Grad Celsius sowohl Ventilsitz als auch Ventilkörper metallisch sein müssen, kommt es beim ersten Aufprall bei den bisherigen Brandschutzventilen zu Verformungen im Bereich der Dichtfläche, die durch den statischen Federdruck in Schließstellung nicht mehr beseitigt werden, was mit als Ursache für die bereits eingangs genannten unbefriedigenden und nicht reproduzierbaren Dichtergebnisse angesehen werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Brandschutz­ ventil nimmt die obere Kante 23 der Bohrung 20 diesen Zen­ trierstoß auf. Die auftretende Schädigung der Kante 23 ist ohne Einfluß auf die endgültige Schließstellung der Kugel 11 in der Bohrung 21 (Fig. 2).

Da die Bohrung 21 mit der Kugel 11, wie schon weiter oben beschrieben, eine leichte Preßpassung bildet, kommt es bereits bei einem leichten Andruck der Kugel 11 in den oberen Rand 24 der Bohrung 21 zur Selbsthemmung. Durch die vorhandene kineti­ sche Energie wird die Kugel 11 jedoch weiter in die Bohrung 21 hineingepreßt.

Auf Grund dessen, daß die Kugel 11 in Offenstellung (Fig. 1) nur an den drei genannten Festpunkten über den Bügel 12 Punkt­ berührung zum Gehäuse 1 hat, ist sie im Fall eines Brandes stets kälter als dieses Gehäuse 1. Nach dem schlagartigen Schließen nimmt sie dann sehr schnell die Temperatur des Gehäuses 1 an, wodurch sich der Preßsitz verstärkt, so daß eine praktisch gasdichte Verbindung entsteht, die der Druckfe­ der 8 nicht mehr bedarf, und die fest gegen Stoß und/oder Erschütterungen ist.

Claims (5)

1. Brandschutzventil mit Schließfeder zum automatischen Ab­ sperren von Leitungen, insbesondere von Gasleitungen, bei einer durch Brand entstehenden Temperaturerhöhung, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrelement aus einer metalli­ schen Kugel (11) besteht, deren Durchmesser mit dem Durch­ messer einer in das Gehäuse (1) des Ventils eingearbeite­ ten Bohrung (21) bei Schließstellung des Ventils einen leichten Preßsitz bildet, und daß dieser Bohrung (21) bei Offenstellung des Ventils in Richtung der Kugel (11) eine axial zu der ersten Bohrung (21) verlaufende zweite Bohrung (20) vorgeordnet ist, deren Durchmesser mit dem Durchmesser der Kugel (11) eine Spielpassung bildet, und daß sich daran eine in Richtung der in Offenstellung befindlichen Kugel (11) sich erweiternde kegelförmige Führung (19) anschließt.

2. Brandschutzventil mit Schließfeder zum automatischen Ab­ sperren von Leitungen nach Patentanspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Kugel (11) in Offenstellung auf drei Festpunkten eines sich an der Innenwand (7) des Gehäu­ ses (1) anpressenden und gleichzeitig auf einem im Gehäuse (1) befindlichen ersten Absatz (9) aufliegenden ringförmi­ gen Bügels (12) abstützt, dessen jeweils einen Festpunkt bildenden Enden (14) radial nach innen abgewinkelt sind, und dessen dritter Festpunkt durch ein Schmelzlot (17) gebildet wird.

3. Brandschutzventil mit Schließfeder zum automatischen Ab­ sperren von Leitungen nach Patentanspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das der Kugel (11) gegenüberliegende Ende der Feder (8) sich auf einer gebogenen Spange (4) ab­ stützt, die gegen die Innenwand (7) des Gehäuses (1) aufge­ spreizt ist und sich gegen einen im Gehäuse (1) befindli­ chen zweiten Absatz (13) abstützt, wobei in der Spange (4) Ausnehmungen (10) angeordnet sind, in denen das Federende einrastet, wenn die Spange (4) vollständig aufgespreizt ist.

4. Brandschutzventil mit Schließfeder zum automatischen Ab­ sperren von Leitungen nach Patentanspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich das Schmelzlot (17) in einem am Bügel (12) befestigten radial nach innen offenem Napf (15) befindet, wobei in das Schmelzlot (17) eine mit der Öff­ nung des Napfes (15) eine Spielpassung bildende Kugel (18) eingepreßt ist, die den dritten Festpunkt bildet, und die so bemessen ist, daß sie sich bei fehlendem Schmelzlot (17) annähernd vollständig im Napf (15) befindet.

5. Brandschutzventil mit Schließfeder zum automatischen Ab­ sperren von Leitungen nach Patentanspruch 2 und/oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bügel (12) und/oder die Span­ ge (4) Blechbiegeteile sind, deren Flächen parallel zur In­ nenwand (7) des Gehäuses (1) verlaufen.