DE2116046A1

DE2116046A1 - Sollbruchscheibe

Info

Publication number: DE2116046A1
Application number: DE19712116046
Authority: DE
Inventors: Jean Y Richmond Heights Mo Barbier (V St A ) P
Original assignee: Intertherm Inc
Current assignee: Nortek Global HVAC LLC
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1971-12-16
Also published as: DE2116046B2; US3658206A; CH531679A; JPS5031976B1; NL7104070A; FR2095541A5; BE766825A; GB1317377A; DE2116046C3

Description

Intertherm, Inc., St. Louis, Missouri/USA

Sollbruchscheibe

Die Erfindung betrifft eine fest eingebaute Sollbruchscheibe zur Verwendung innerhalb eines Rohres eines Strömungs· mittelsystemes für einen Betrieb bei einem normalen Arbeitsdruck über Atmophärendruck, insbesondere aus Metall hergestellte und in ihrer Mitte kreuzweise gekerbte Einrichtungen zur Druckentlastung.

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Sollbruchscheiben dieser Art, wie sie in den US-PS 3 109 553 und 3005 573 gezeigt sind, werden herkömmlich als einzelne ersetzbare Teile hergestellt, welche mit ihren Außenkanten am Platz ihrer Verwendung dichtend festgeklemmt werden.

Bei bestimmten Arten von Stromungsmittelsystemen, wie bei abgeschlossenen, elektrischen, flüssigkeitsgefüllten Pußleistenheiakörpern werden thermostatische Steuerungen wirkungsvoll verwendet, um einen Druckaufbau durch Überhitzen zu verhindern. Es ist außerordentlich ungewöhnlich, daß ein nicht durch das thermostatische System oder ein anderes Druckentlastungssystem gesteuertes Fehlverhalten auftritt. Nichtsdestoweniger kann es aus Sicherheitsgründen wünschenswert sein, solch eine Sollbruchscheibe einzubauen. Es ist klar, daß eine dauernd eingebaute Sollbruchscheibe in diesem Falle vorzuziehen ist, weil eine dauernde Anbringung z.B. durch Hartlöten die Gefahr eines Lecks vermeidet, welche bei einer ersetzbaren Scheibe auftreten könnte^ ebenso wie die Kosten, die Teile entfernbar und ersetzbar zu machen.

Die in den erwähnten US-PS gezeigten Sollbruchscheiben sind zu einer runden haubenähnlichen Ausbildung mit sich kreuzenden verdünnten Kerblinien vorgeformt. Ein Grund warum diese Einrichtungen zufriedenstellend arbeiten ist, daß durch das Pressen dieser gewölbten Sollbruchscheiben das Material gewölbt und besonders das Material an den Kerblinien gehärtet wird. Dadurch wird bei einem vorbestimmten Anwachsen des Druics das durch das Härten relativ brüchig gewordene Material brechen.

Wenn jedoch eine Sollbruchsoheibe dauernd durch Hartlöten oder ein anderes durch Wärme verbindendes Verfahren

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eingebaut wird, wird das Metall, das beim Wölben und Kerben gehärtet wurde, angelassen und es wird nach dem Hartlöten nicht mehr betriebssicher bei einem vorbestimmten Druckzuwachs brechen.

Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, eine dauernd durch Hartlöten oder andere Wärme verwendende Verbindungsverfahren befestigte Sollbruchscheibe innerhalb eines Strömungsmittelsystems, welches mit einem normalen Arbeitsdruck arbeitet, zu schaffen. Dabei soll die Sollbruchscheibe so entworfen sein, daß die durch eine Verbindung durch Hartlöten auftretenden Anlaßwirkungen überwunden werden. Dabei soll die Rundungswirkung des normalen Arbeitsdruckes innerhalb des Systems' bei einer zuvor flachen Sollbruchscheibe verwendet werden, um die Wirkung des Anlassens auszugleichen und eine Härtung an den Kerblinien zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie ein aus einem biegsamen wärmeleitenden Metallblech hergestelltes Element ist und einen im wesentlichen flachen Mittelteil und einen diesen umgebenden ringförmigen Teil aufweist und innerhalb des Rohres durch eine durch Erwärmen erzeugte dichtende Verbindung befestigt ist, wodurch das Element dichtend innerhalb des Rohres angebracht ist, sich in der Mitte des im wesentlichen flachen Mittelteiles schneidende Kerblinien vorgesehen sind, das Blech eine Dicke aufweist, die ein Wölben des im wesentlichen flachen Mittelteiles unter normalem Arbeitsdruck des Systems ergibt, die darin angebrachten Kerblinien so tief ausgebildet sind, daß eine Verfestigung bei der durch das Wölben auftretenden Ausdehnung auftritt, wodurch durch das Wölben bei Betriebsdruck d'3G Material an den Kerblinien verfestigt wird, um die Wirkung des Anlassens beim Ausbilden der dichtenden Verbindung durch Wärme zu überwinden, und daß ein vorbestimmbares Ansteigen

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BAD OBJGINAL

des Druckes über normalen Arbeitsdruck ein Brechen des verfestigten Materials an den Kerblinien verursacht.

Erfin'dungsgemäß wird ein in einem Strömungsmittelsystem eingebautes, durch Pressen aus wärmeleitendem Metallblech, vorzugsweise Kupfer, hergestelltes Element mit einem im wesentlichen flachen Mittelteil und einem diesen umgebenden ringförmigen Teil vorgesehen. Der ringförmige Teil ist anfangs vorzugsweise mit dem Umriß gewölbt-, welchen er durch den normalen Arbeitsdruck des Systems beaufschlagt einnehmen würde. Die umgebördelte Außenkante des umgebenden ringförmigen Teils ist in einen rohrförmigen Teil des Strömungsmittelsystems hart eingelötet. Kerblinien schneiden sich in der Mitte des im wesentlichen flachen Teiles. Sie sind normalerweise bis auf ungefähr ein Viertel der Dicke des biegsamen Blechmateriales verdünnt hergestellt.

Wenn das System in Betrieb gesetzt wird und normalen Arbeitsdruck erreicht, wird der ursprünglich flache kreisförmige Mittelteil nach außen zu einer Rundung ausgebeult. Dadurch wird das Material besonders an den Kerblinien gestreckt. Obwohl die gesamte Scheibe während des Hartlötens angelassen wurde, wird so durch das Ausbeulen ihres Mittelteiles zu einer Wölbung das Material an den Kerblinien gehärtet. Ein weiteres Ansteigen des Druckes, welches in angelassenem Kupfer lediglich eine biegsame Ausdehnung bewirken würde, zerreißt das Material an den Kerblinien.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung zum besseren Verständnis näher erläutert. Es zeigen;

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Pig. 1 eine vergrößerte Endansicht einer Sollbruchscheibe nach der Erfindung,

Pig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Pig. I einer solchen Sollbruchscheibe, wie sie am Ende des Ausdehnungsrohres eines herkömmlichen, flüssigkeitsgefüllten, elektrischen Pußleistenkeizkörpers z.B. durch Hartlöten eingebaut ist, wobei die gewölbte Form der Mitte der Scheibe, nachdem sie Arbeitsdruck unterworfen wurde, in gestrichelten Linien und, die Auswirkungen des Bruches in strichpunktierten Linien dargestellt sind; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen, flüssigkeitsgefüllten Fußleistenheizkörpers, in welchen die Sollbruchscheibe der Fig. 1 und 2 eingebaut ist.

Während de Erfindung zweckmäßig in verschiedene Arten von Flüssigkeitssystemen eingebaut werden kann, welche zum Betrieb bei einem normalen Arbeitsdruck über Atmosphärendruck entworfen sind, wobei ein Bruch bei einem vorbestimtrbaiaiAnwachsen über Arbeitsdruck auftritt, ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit seiner Verwendung im flüssigkeitsgefüllten elektrischen Fußleistenheizkörper in Fig. 3 dargestellt. Ein solcher Heizkörper 10 ist normalerweise in einem nicht dargestellten horizontalen, langgestreckten, aus Metall hergestellten Konvektionsgehäuse mit einem unteren Lufteinlaß und einem oberen Luftauslaß eingebaut und umfaßt ein-horizontales Speicherrohr 12 mit einem großen Durchmesser, welches links eine Endkappe 13 mit einem an seinen Enden 15 befestigten haarnadelförmigen,, elektrischen Widerstandsheizelement 14 aus isoliertem Widerstandsdraht aufweist. Elektrischer Strom wird den Enden 15 von einer nicht dargestellten Stromquelle zugeführt.

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Am rechten Ende des Speicherrohres 12 ist ein Reduzierstück 17 zur Verbindung mit einem langgestreckten horizontalen Wasserdurchlaßrohr l8 angeordnet. An der oberen Wandung des Speicherrohres 12 angrenzend an dessen linkes Ende ist ein ansteigendes Rohr 20 vorzugsweise mit demselben Durchmesser wie das Wasserdurchlaßrohr l8 angeordnet, erstreckt sich etwas nach oben und geht in einen horizontalen mit Rippen versehenen Rohrabschnitt 21 über, der sich nach rechiß erstreckt und mit einem nach unten gerichteten Rückfließ - rohr 22 verbunden ist, welches in das Wasserdurchlaßrohr lS mündet Aus Metallblech gefertigte Rippen 2k sind im wesentlichen entlang der gesamten Länge auf den Rohrabschnitt 21 hart aufgelötet.

Ein Ausdehnungsrohr 26 erstreckt sich nach oben vom Rückflußrohr 22 um sich nicht mit den Rippen 24 zu berühren und erstreckt sich dann über eine kurze Entfernung oberhalb dieser Rippen nach links und endet in einem vertikal abgeschnittenen Ende 27.

In bekannter Weise ist der Heizkörper 10 mit einer Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, bis zu einer Höhe etwas oberhalb des mit Rippen versehenen Rohrabschnittes 21 gefüllt, welches mit einer bestimmten Menge Frostschutzlösung versetzt ist. Ein Gas wie z.B. Luft füllt das Ausdehnungsrohr 26 aus.

Die Sollbruchscheibe 30, die Gegenstand der Erfindung ist, ist innerhalb des Endes 27 des Ausdehnungsrohres dichtend angebracht, damit der Druck der Luft auf das im geschlossenen System umlaufende Wasser ausgeübt wird. Ein Inbetriebsetzen des Heizelementes 14 bewirkt ein Ansteigen der Temperatur des Wassers und der Luft innerhalb des Ausdehnungsrohres 26. Deren Druck wird mit der Temperatur an-

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steigen, welche durch einen Raumthermostaten 28 gesteuert ivird. Bei herkömmlichen, flüssigkeitsgefüllten Heizkörpern der beschriebenen Art kann der normale Arbeitsdruck, d.h. der Druck im Ausdehnungsrohr 26 bei normaler Heizleistung des Heizkörpers IO ungefähr 7 kg/cm betragen. Nicht dargestellte, herkömmliche, eleketrische Sicherheitssteuereinrichtungen können verwendet werden, um einen ungewöhnlichen Druckanstieg zu verhindern. In Jedem Fall dient die Soll-

letzte

bruchscheibe als/Sicherheitsvorrichtung, um bei einem bestimmten Anwachsen des Druckes über den Arbeitsdruck, z.B. einen Anstieg von 7kg/cm2, zu brechen. So ist diese Sollbruchscheibe entworfen, um bei einem Gesamtdruck von 14 kg/cm² zu brechen.

Die rohrförmigen Teile des Heizkörpers einschließlich des Ausdehnungsrohres 26 sind in herkömmlicher Weise aus Kupferrohr hergestellt. Angenommen, das Ausdehnungsrohr 26 hat einen Außendurchmesser von ungefähr 25mm, so ist es zweckmäßig die Sollbruchscheibe 30 aus Kupferblech von ungefähr 0,25 mm Dicke zu fertigen. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist die Sollbruchscheibe 30 so wie sie zuerst geformt wird, einen im wesentlichen flachen Mittelteil J2 auf, dessen Durchmesser ungefähr 1,25 mm beträgt und der von einem ringförmigen, zu einem Teil einer sphärischen Wölbung gebogenen Teil 33 umgeben ist. An der Außenkante des ringförmigen Teiles 33 ist die Sollbruchscheibe mit einem Bund J>h mit genügender Breite für eine feste, dichtende Verbindung, zum Beispiel durch die haitgelötete zylindrische Nahtverbindung 35 verbunden, innerhalb des Endes 27 des Ausdehnungsrohres 26 vorgesehen. Die Verbindung 35 ist eine Hartlot- oder Schweißverbindung, d.h. es liegt eine Naht aus geschmolzenem Metall zwischen dem ungeschmolzenen Material des Ausdehnungsrohres 26 und dem Bund 34. Es können verschiedene Verbindungsarten, z.B. Weichlöten, Silberlöten oder Hartlöten und Kupferlöten verwendet werden.

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BAD ORIGINAL

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Die sphärische Wölbung mit v/elcher der ringförmige Teil 33 versehen wird,, entspricht im wesentlichen derjenigen, zu welcher die Sollbruchscheibe 3.0 bei normalem Arbeitsdruck von 7 kg/cm^ gewölbt werden würde. Der Mittelteil 3² ist jedoch flach ausgebildet, wie in Fig. 2 zu sehen ist, und kreuzweise mit Kerblinien 37 versehen. Bei Verwendung eines Kupfermetallblechs, von 0,25 mm Dicke wird durch die Herstellung der Kerblinien 37* vorzugsweise unter Verwendung des PrägeVerfahrens, die Metalldicke örtlich auf vorzugsweise 0,0625 mm vermindert und beträgt in jedem Fall zwischen 20 und 35$ der Anfangsdicke. Es ist üblich die Kerblinien 37 ^an der Innenseite der Sollbruchscheibe 30, d.h. an der Seite, welche den inneren Drücken ausgesetzt ist, auszubilden.

Bei dem verfestigten Material an den Kerblinien der gewölbten, auswechselbaren Sollbruchscheiben, wie sie in den eingangs erwähnten US-Patentschriften gezeigt wurden, kann man sich darauf verlassen, daß sie bei einem vorbestimmten Druckanstieg brechen. Wenn jedoch die durch Erwärmen ausgebildete Verbindung 35 oder jede andere Verbindung der Art welche Hartlöten und Löten umfaßt, verwendet wird, so wird das wärmeleitende Kupfermetallblech angelassen, verliert seine Verfestigung und wird wieder biegsam und damit wird sein Berstdruck relativ unbestimmbar.

Bei der Erfindung jedoch arbeitet die Sollbruchscheibe 30 betriebssicher und bricht bei einem vorbestimmten Anwachsen des Druckes über den normalen Arbeitsdruck, z.B. bei einem Gesamtdruck von 14 kg/cm^, wobei der Arbeitsdruck 7 kg/cm² beträgt. Es wurde entdeckt, daß durch Flachlassen des Mittelteiles 32, obwohl der ringförmige, diesen umgebende Teil 33 gewölbt ist, und durch die Wirkung welche dadurch entsteht, daß der Heizkörper 10 iuf Arbeits-

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Ir'iok gebracht wird, der vorher fluche Mittelteil 32 zur gewölbten Portn, wie sie in gestrichelten Linien in Fig. 2 dargestellt ist, ausgebeult wird. Dieses Ausbeulen unter -Arbeitsdruck scheint ein Härten des Materials durch die Beanspruchung an den Kerblinien 37 zu verursachen. Bei η or mi lern Betrieb unter Steuerung des Raumthermostaten 28 steigt und fällt die Wissertemperatur des Heizkörpers 10 und die Luft im Ausdehnungsrohr 26 steigert ihren Druck iuf normalen Arbeitsdruck von 7»03 kg/cm² und vermindert Lhn dann. Die Verfestigung des M.iteriales an den Kerblinien 37 würde dann das Metall von einem biegsamen zu einem relativ brüchigen Metall umwandeln.

Wenn außergewöhnliche Bedingungen ein Ansteigen der Wassertemperatur und entsprechendes Ansteigen des Druckes innerh ilb des Ausdehnungsrohres 26 auf 14 kg'cm² verursachen würden, nachdem das Material solcher Verfestigung unter normalen Betriebsbedingungen iuch nur für einen kurzen -"'.rbeitszeiträum unterworfen war, so würde das Material an den Kerblinien brechen, wie es in stichpunktierten Linien in Fig. 2 dargestellt ist, wenn sich der ringförmige Teil 33 der Sollbruchscheibe nur ein wenig mehr nach außen wölben würde. Durch herkömmliche Prägeverfahren kann die Dicke des an den Kerblinien 37 belassenen Materiales mit genauen Toleranzen gesteuert werden. Bei Verwendung solcher herkömmlichen Kontrollen der Dicke hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung einer oollbruchscheibe 30, welche für einen normalen Arbeitsdruck von 7 kg/cm² und ein Brechen bei 14 kg/cm² ausgelegt war, der in Fig. 2 dargestellte Bruch betriebssicher innerhalb von Toleranzen auftrat, die so klein wie etwa 0,35 kg⁷Cm² viaren. Dieses bestimmbare Anwachsen des Druckes beim Bruch ergibt sich aus der Verwendung des Arbeitsdruckes, um den Mittelteil 3² -ius der flachen Lage zu beulen und so die Wirkung des Anlassens auf das Material an den Kerblinien 37 aufzuheben.

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BAD ORtGtNAL

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Demzufolge wird durch Flachlassen des gekerbten Mittelteiles 32 bis nach dem Hartlöten, welches die Soll· bruchscheibe anläßt und durch Verwenden des normalen Arbeitsdruckes sie zu einer Wölbung, wie sie in gestrichelten Linien der Pig. 2 dargestellt ist, auszubeulen, die vorliegende fest eingebaute Sollbruchscheibe mit einer Betriebssicherheit arbeiten, welche mindestens so groß ist, wie bei früheren ersetzbaren,-gewölbten Sollbruchscheiben.

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Claims

Patentansprüche

1. λ Fest eingebaute Sollbruchscheibe zur Verwendung nerhalb eines Rohres eines Strömungsmittelsystemes

für einen Betrieb bei einem normalen Arbeitsdruck über Atnosphärendruck, dadurch gekennze ichne t, ■3τι?· sie ein aus einem biegsamen wärmeleitenden Metallblech hergestelltes Element (30) ist und einen im wesentlichen flachen Mittelteil (32) und einen diesen umgebenden ringförmigen Teil (33) aufweist und innerhalb des Rohres durch eine durch Erwärmen erzeugte dichtende Verbindung (35) befestigt ist, wodurch das Element (30) dichtend innerhalb des Rohres angebracht ist, sich in der Mitte des im wesentlichen flachen Mittelteiles (32) schneidende Kerblinien (37) vorgesehen sind, das Blech eine Dicke aufweist, die ein Wölben des im wesentlichen flachen Mittelteiles unter normalem Arbeitsdruck des Systems ergibt, die darin angebrachten Kerblinien so tief ausgebildet sind, daß eine Verfestigung bei der durch das Wölben auftretenden Ausdehnung auftritt, wodurch durch das Wölben bei Betriebsdruck das Material an den Kerblinien (37) verfestigt wird, um die Wirkung .des Anlassens beim Ausbilden der dichtenden Verbindung (35) durch Wärme zu überwinden, und daß ein vorbestimmbares Ansteigen des Druckes über normalen Arbeitsdruck ein Brechen des verfestigten Materiales an den Kerblinien (37) verursacht.

2. Fest eingebaute Sollbruchscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke in den Kerblinien (37) in einem Bereich zwischen einem Fünftel und einem Drittel der Dicke des Metallblechs des Elementes (30) liegt.

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BAD OfUGINAL

3* Pest eingebaute Sollbruehseheibe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Teil (33) des Elementes (30) außen in einem kreisförmigen Bund (3*1·) endet, welcher durch die dichtende· Verbindung (35) mit der Innenfläche des Rohres verbunden ist, und daß der ringförmige Teil (33) zwischen dem im wesentlichen flachen Mittelteil (32) und dem ringförmigen Bund
(34) gewölbt ist, wodurch die Biegsamkeit des ringförmigen Teiles (33) beibehalten wird, wenn der Mittelteil (32) bei normalem Arbeitsdruck ebenso gewölbt wird, so daß ein vorzeitiges Versagen angrenzend an den Bund (3*0 verhinderbar ist.