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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung zum automatischen
Absperren von Gasleitungen, mit einem Absperrelement, das einer
thermischen Nachströmsperre
der Sicherheitseinrichtung zugeordnet ist, wobei auf das Absperrelement
ein Auslösemechanismus
einwirkt, derart, dass das Absperrelement bei Überschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes
aus einer Offenstellung in eine Absperrstellung bewegt wird.
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Derartige
Sicherheitseinrichtungen werden hauptsächlich in Gasleitungen von
Gasversorgungssystemen für
Brenngase, Sauerstoff oder Druckluft eingesetzt. Sie werden beispielsweise
stromabwärts an
Gasflaschen oder an Entnahmeventilen und stromaufwärts an Brennern
zum Schweißen,
Schneiden und für
verwandte Verfahren installiert. Die üblicherweise eingesetzten Sicherheitseinrichtungen umfassen
ein Gasrücktrittventil,
durch welches das Zurückströmen von
Gas entgegen der vorgesehenen Durchflussrichtung verhindert wird.
In Gasleitungen für
brennbare Gase werden Sicherheitseinrichtungen eingesetzt, die außerdem eine
Flammensperre aufweisen. Mittels der Flammensperre wird das Durchschlagen
einer Flamme entgegen der Durchflussrichtung der Gasleitung verhindert.
Außerdem
kommen in der Regel sogenannte Nachströmsperren, insbesondere thermische
Nachströmsperren
zum Einsatz, welche automatisch die Gaszufuhr unterbrechen, wenn
ein festgelegter Temperaturwert erreicht oder überschritten wird. Die technischen
Anforderungen an solche Sicherheitseinrichtungen sind in der europäischen Norm
EN 730 geregelt.
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Thermische
Nachströmsperren
bei bekannten Sicherheitseinrichtungen weisen üblicherweise ein bewegliches
Absperrelement auf, welches in der Absperrstellung den Gasdurchfluss
durch die Sicherheitseinrichtung unterbricht. Während des normalen Betriebs
wird das Absperrelement durch ein Schmelzlot in der Offenstellung
gehalten. Durch eine anhaltende Temperatursteigerung wird bei Überschreiten
des vorgegebenen Temperaturwertes das Schmelzlot erschmolzen, sodass
das Absperrelement freigegeben wird. Durch die Kraft einer auf das Absperrelement
einwirkenden vorgespannten Feder wird das Absperrelement in die
Absperrstellung bewegt, sodass der Gasdurchfluss dauerhaft unterbrochen
ist.
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Nachteiligerweise
sind die zuvor beschriebenen thermischen Nachströmsperren der aus dem Stand
der Technik bekannten Sicherheitseinrichtungen vergleichsweise aufwendig
konstruiert, was entsprechend hohe Herstellungskosten zur Folge
hat.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitseinrichtung
für Gasleitungen bereit
zu stellen, welche eine verbesserte thermische Nachströmsperre
aufweist, wobei insbesondere die Herstellungskosten gegenüber den
bisher bekannten Sicherheitseinrichtungen reduziert sein sollen.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Sicherheitseinrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
dass der Auslösemechanismus
eine Thermobimetallschnappscheibe umfasst, die bei Überschreiten
des vorgegebenen Temperaturwertes sprungartig ihre Form ändert.
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Die
Thermobimetallschnappscheibe der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
erfüllt
die Funktion eines thermischen Stellelementes, wobei durch die sprungartige
Formänderung
der Thermobimetallschnappscheibe das Absperrelement aus der Offenstellung
in die Absperrstellung bewegt wird.
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Thermobimetalle
sind an sich bekannte Schichtverbundwerkstoffe, die aus mindestens
zwei Komponenten mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten
bestehen. Da sich bei Erwärmung
die eine Komponente stärker
ausdehnt als die andere, entsteht eine temperaturabhängige Krümmung des Thermobimetalles.
Für den
erfindungsgemäßen Einsatz
geeignete Thermobimetallmaterialien sind vorteilhafterweise zu vergleichsweise
geringen Kosten im Handel erhältlich.
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Bei
mechanischen Stellelementen aus Thermobimetall kann, beispielsweise
durch entsprechende mechanische Vorwölbung, unter Einhaltung bestimmter
Grenzbedingungen ein Schnappeffekt erreicht werden. In Bezug auf
den erfindungsgemäßen Einsatz
des thermischen Stellelementes für
eine thermische Nachströmsperre
einer Sicherheitseinrichtung ist vorteilhaft, dass der Temperaturwert,
bei dem die Thermobimetallschnappscheibe sprungartig ihre Form ändert, in
gewissen Grenzen bei der Herstellung der Thermobimetallschnappscheibe
beliebig vorgebbar ist. Dieser Temperaturwert wird auch als Schnapppunkt
der Thermobimetallschnappscheibe bezeichnet. Am Schnapppunkt erreicht
die Thermobimetallschnappscheibe einen instabilen Spannungszustand
und springt aus ihrer ursprünglichen Form
in eine andere Form um. Die Form-Temperatur-Kennlinie der erfindungsgemäß eingesetzten Thermobimetallschnappscheibe
ist hystereseartig ausgebildet, sodass sichergestellt ist, dass
die Sicherheitseinrichtung bei Unterschreiten des vorgegebenen Temperaturwertes
nicht wieder geöffnet
wird. Dass die Sicherheitseinrichtung nach dem Auslösen der
thermischen Nachströmsperre
dauerhaft abgesperrt bleibt, ist eine wichtige Sicherheitsanforderung.
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Für den erfindungsgemäßen Einsatz
geeignete Thermobimetallschnappscheiben können zu geringen Kosten eingekauft
werden und sind mit wenig Montageaufwand direkt einsetzbar. Dadurch
werden die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtungen
gegenüber
den Herstellungskosten der bisher üblichen Sicherheitseinrichtungen deutlich
reduziert.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das Absperrelement der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
kugelförmig
ausgebildet ist und aus wärmebeständigem Elastomermaterial
besteht. Derartiges Elastomermaterial, wie beispielsweise EPDM-Kunststoff, ist
für den
Einsatz in Dichtungen allgemein bekannt. Wichtig ist, dass das Elastomermaterial
wärmebeständig ist,
wobei das Absperrelement insbesondere Temperaturen unterhalb des
vorgegebenen Temperaturwertes, bei dem der Auslösemechanismus der thermischen
Nachströmsperre
anspricht, standhalten muss. Die Kugelform des Absperrelementes
ist vorteilhaft, damit auch bei einer unpräzisen Bewegung des Absperrelementes
aus der Offenstellung in die Absperrstellung sicher gewährleistet
ist, dass der Gasdurchfluss durch die Sicherheitseinrichtung unterbrochen
wird. Die Kugelform des Absperrelementes ist gleichsam selbst zentrierend,
wobei mittels des kugelförmigen
elastischen Absperrelementes eine entsprechende Öffnung am Gehäuse der
Sicherheitseinrichtung in der Absperrstellung zuverlässig und
dicht geschlossen gehalten wird.
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Die
Thermobimetallschnappscheibe der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
kann sinnvollerweise im Wesentlichen kreisrund und kalottenförmig gewölbt ausgebildet
sein, wobei dann das kugelförmige
Absperrelement mittig an der Thermobimetallschnappscheibe befestigt
ist. In dieser Ausgestaltung bilden das Absperrelement und die Thermobimetallschnappscheibe
eine Einheit, die besonders einfach gehandhabt und mit minimalem
Montageaufwand in die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung eingesetzt
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
führt das
Absperrelement beim Umspringen der Thermobimetallschnappscheibe
eine Hubbewegung aus der Offenstellung in die Absperrstellung aus,
derart, dass es in der Absperrstellung gegen eine Öffnung am
Gehäuse
der Sicherheitseinrichtung gepresst wird und so der Gasdurchfluss
durch die Sicherheitseinrichtung unterbrochen wird. Hierzu eignet
sich besonders die oben beschriebene kreisrunde und kalottenförmig gewölbte Ausbildung
der Thermobimetallschnappscheibe. Innerhalb des Gehäuses der
Sicherheitseinrichtung muss dann ein der Öffnung gegenüberliegender
Sitz für
die Thermobimetallschnappscheibe vorgesehen sein, an welchem sich die
Thermobimetallschnappscheibe nach dem Auslösen der thermischen Nachströmsperre
abstützt.
Dabei ist es sinnvoll, wenn die Thermobimetallschnappscheibe im
Wesentlichen senkrecht zur Gasdurchflussrichtung angeordnet ist.
Im Normalzustand strömt
dann das Gas seitlich an der Thermobimetallschnappscheibe vorbei
und dann durch die der Thermobimetallschnappscheibe gegenüberliegende Öffnung aus
dem Gehäuse
der Sicherheitseinrichtung heraus.
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Außerdem sollte
die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung
eine Flammensperre mit einem Sintermetallelement aufweisen. Durch
die Flammensperre, wird, wie oben ausgeführt, das Durchschlagen einer
Flamme entgegen der normalen Gasdurchflussrichtung verhindert. Die
gute Wärmeleitfähigkeit, und
die aufgrund der Porosität
vorhandene große Oberfläche des
Sintermetallelementes führt
zum Löschen
von durch die Gasleitungen schlagenden Flammen. Sinnvollerweise
kann die Thermobimetallschnappscheibe der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
stromabwärts
der Flammensperre angeordnet sein. Dies führt zu einem verzögerungsfreien
Auslösen
der thermischen Nachströmsperre der
Sicherheitseinrichtung.
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Sinnvoll
ist es ferner, dass die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung ein
Rücktrittventil
aufweist, durch welches das Zurückströmen von
Gas entgegen der normalerweise vorgesehenen Durchflussrichtung verhindert
wird. Das Rücktrittsventil wird
durch den in der vorgesehenen Richtung durch die Sicherheitseinrichtung
strömenden
Gasstrom offen gehalten und schließt, wenn der Druck stromabwärts hinter
der Sicherheitseinrichtung den an der Sicherheitseinrichtung anliegenden
Zuströmdruck
des Gases erreicht oder diesen übersteigt.
Zweckmäßigerweise
ist das Rücktrittventil
stromaufwärts
der Flammensperre angeordnet. Auf diese Weise wird verhindert, dass
das Rücktrittventil
durch entgegen der vorgesehenen Durchflussrichtung durchschlagende
Flammen beschädigt
wird.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, dass die Thermobimetallschnappscheibe der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
derart ausgelegt ist, dass diese beim Unterschreiten des vorgegebenen Temperaturwertes
nicht in ihre ursprüngliche
Form zurückspringt.
Es wurde bereits oben erwähnt,
dass es eine wesentliche Sicherheitsanforderung an eine Sicherheitseinrichtung
der erfindungsgemäßen Art ist,
dass die thermische Nachströmsperre
den Gasdurchfluss nach dem einmaligen Ansprechen dauerhaft unterbricht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
wird im Folgenden anhand der Figuren erläutert.
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Es
zeigen:
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1 Sicherheitseinrichtung
gemäß der Erfindung
im Normalzustand;
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2 Sicherheitseinrichtung
mit ausgelöster thermischer
Nachströmsperre.
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Die
in den Figuren dargestellte Sicherheitseinrichtung weist ein rohrförmiges Gehäuse 1 auf. Die
vorgesehene Gasdurchströmrichtung
ist mit Pfeilen 2 bezeichnet. Am einströmseitigen Ende ist an dem Gehäuse 1 ein
Gewinde 3 angebracht. Am ausströmseitigen Ende weist das Gehäuse 1 ein
Innengewinde 4 auf, in das eine Buchse 5 eingeschraubt ist.
Eine zentrale Öffnung 6 der
Buchse 5 bildet die Ausströmöffnung der Sicherheitseinrichtung.
Im Inneren des Gehäuses 1 ist
im Bereich der Ausströmöffnung 6 ein
Absperrelement 7 angeordnet, welches einer thermischen
Nachströmsperre
der Sicherheitseinrichtung zugeordnet ist. Das kugelförmig ausgebildete
Absperrelement 7 befindet sich in der 1 in der Offenstellung. In dieser Stellung
kann das Gas ungehindert durch die Sicherheitseinrichtung hindurchströmen. Die 2 zeigt den Zustand der
Sicherheitseinrichtung mit aufgrund der Überschreitung eines vorgegebenen
Temperaturwertes ausgelöster
thermischer Nachströmsperre.
In diesem Zustand befindet sich das Absperrelement 7 in
der Absperrstellung. In der Absperrstellung wird das Absperrelement 7,
wie in der 2 gut zu
erkennen ist, gegen die Öffnung 6 gepresst,
sodass der Gasdurchfluss durch die Sicherheitseinrichtung unterbrochen ist.
Der Auslösemechanismus
der thermischen Nachströmsperre
umfasst bei der in den Figuren dargestellten Sicherheitseinrichtung
eine Thermobimetallschnappscheibe 8. Diese springt bei Überschreitung des
vorgegebenen Temperaturwertes aus der in der 1 dargestellten Form in die in der 2 dargestellte Form um.
Die Thermobimetallschnappscheibe 8 ist im Wesentlichen
kreisrund und kalottenförmig gewölbt ausgebildet,
und das kugelförmige
Absperrelement 7 ist mittig an der Thermobimetallschnappscheibe 8 angebracht.
Beim Umspringen der Thermobimetallschnappscheibe 8 führt das
Absperrelement 7 eine Hubbewegung aus von der in der 1 dargestellten Offenstellung
in die in der 2 dargestellte
Absperrstellung aus, sodass, wie in der 2 dargestellt, das Absperrelement 7 in
der Absperrstellung gegen die Öffnung 6 gepresst
wird. Dabei stützt
sich die Thermobimetallschnappscheibe mit ihrem Außenumfang
am Gehäuse 1 ab.
Die Thermobimetallschnappscheibe 8 ist im Wesentlichen
senkrecht zur Gasdurch flussrichtung 2 angeordnet. Das durch
die Sicherheitseinrichtung strömende
Gas strömt
seitlich an der Thermobimetallschnappscheibe 8 durch Kanäle 9 vorbei.
Als Flammensperre weist die in den Figuren dargestellte Sicherheitseinrichtung
ein Sintermetallelement 10 auf. In die Einströmöffnung des
Gehäuses 1 ist
ein Siebeinsatz 11 eingesetzt, um das Eindringen von Fremdkörpern, die
die Funktionsfähigkeit
der Sicherheitseinrichtung beeinträchtigen könnten, zu verhindern.