DE602005004371T2

DE602005004371T2 - Thermisch aktivierbares Sicherheitsventil

Info

Publication number: DE602005004371T2
Application number: DE200560004371
Authority: DE
Inventors: Paul Kremer; Jacques Schmit
Original assignee: Luxembourg Patent Co SA
Current assignee: Luxembourg Patent Co SA
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: WO2006084830A1; EP1691120A1; ATE384220T1; AR052573A1; BRPI0606884A2; DE602005004371D1; EP1691120B1; US20090038687A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisch aktivierbares Sicherheitsventil, insbesondere für eine Druck- oder Flüssiggasflasche, oder zur Verwendung mit einem zur Montage an einer Gasflasche eingerichteten Gashahn. Ein thermisch aktivierbares Sicherheitsventil, wie in dem vorkennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1 definiert, ist in EP-A-1 418 372 offenbart.
Bekannte thermisch aktivierbare Sicherheitsventile sind üblicherweise mit einem Kolben versehen, der in einem Gehäusekörper beweglich ist und von einem Stopfen aus Schmelzwerkstoff, wie etwa einer eutektischen Metalllegierung, in einer geschlossenen Stellung zurückgehalten wird. Wenn das Sicherheitsventil einer anormal hohen Temperatur ausgesetzt wird, die einen vorbestimmten Wert überschreitet, beispielsweise im Brandfall, schmilzt der Schmelzwerkstoff und wird unter dem Einfluss des auf den Kolben wirkenden Gasflaschendrucks aus einem Gehäusekörper gezwungen, um den Ventilkolben in eine offene Stellung zu zwingen, in welcher er das Innere der Gasflasche mit einer Auslassöffnung in Verbindung setzt, um den Gasdruck aus der Gasflasche in die Umgebung freizusetzen. Solche Sicherheitsventile müssen sich in einer Hochtemperaturumgebung rasch öffnen, jedoch muss ein Fließen des Schmelzwerkstoffs unter normalen Bedingungen vermieden werden, um ein unerwünschtes Öffnen des Sicherheitsventils zu vermeiden. Bei dem Ventil des Standes der Technik wird der Stopfen aus Schmelzwerkstoff durch den Gasdruck in der Gasflasche, der auf den Sicherheitsventilkolben wirkt, kompressionsbelastet. Der kompressionsbelastete Schmelzwerkstoff hat die Tendenz, mit der Zeit unter der Einwirkung dieses Kompressionsdrucks zu fließen und kann aus dem Gehäusekörper gezwungen werden, was zu einer unerwünschten Bewegung des Sicherheitsventilkolbens in seine offene Stellung führen kann, was ein unerwünschtes Ablassen von Gas aus der Gasflasche zulassen kann, selbst wenn das Sicherheitsventil nicht der besagten anormal hohen Temperatur ausgesetzt ist. Um das zu verhindern, sind im Stand der Technik mehrere Versuche unternommen worden, um zu vermeiden, dass der kompressionsbelastete Schmelzwerkstoff unter normalen Betriebsbedingungen aus dem Gehäusekörper gezwungen wird, wenn die Umgebungstemperatur unter der vorbestimmten Temperatur liegt. So sind beispielsweise in den US-Patenten 4,800,948 , 4,744,382 und 4,744,383 komplizierte Fließdurchlässe vorgeschlagen worden, um das Austreiben des Stopfens aus Schmelzwerkstoff zu verhindern. In der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 00 312 ist ein Element aus porösem Material zwischen dem Stopfen aus Schmelzwerkstoff und einem Gehäusekörperauslass angeordnet, um das Austreiben des Schmelzwerkstoffs während normalen Betriebs, wenn er in seinem festen Aggregatzustand ist, zu verhindern, das jedoch gestattet, dass der geschmolzene Schmelzwerkstoff unter der Einwirkung der an den geschmolzenen Werkstoff angelegten Kompressionslast durch es hindurchpassiert. Ein anderer Typ eines thermisch aktivierbaren Sicherheitsventils ist in der EP-Patentanmeldung 0 766 028 offenbart, welche ebenfalls ein poröses Element anwendet, um das Austreiben des Schmelzwerkstoffs während normalen Betriebs zu verhindern. Dieses poröse Element gestattet das durch es Hindurchfließen des geschmolzenen Schmelzwerkstoffs aufgrund dessen, dass das Sicherheitsventil einer Temperatur ausgesetzt wurde, welche die vorbestimmte Temperatur übersteigt. Ein anderer Versuch zur Verhinderung des Austreibens des Schmelzwerkstoffs ist in dem US-Patent 6,367,500 offenbart, worin ein Differentialkolben vorgesehen ist, der entgegengesetzte Kolbenflächen mit unterschiedlicher Fläche aufweist, die dem Gasdruck in der Gasflasche ausgesetzt sind, um dadurch die auf den Stopfen aus Schmelzwerkstoff ausgeübte Kompressionslast zu reduzieren.
Ein weiteres bekanntes thermisch aktivierbares Sicherheitsventil ist in der EP-Patentanmeldung Nr. 1 418 372 offenbart. Gemäß dieser EP-Patentanmeldung wird der Schmelzwerkstoff in Reaktion auf das auf den Sicherheitsventilkolben einwirkende Hochdruckfluid durch Scherkräfte belastet, da der Schmelzwerkstoff einen besseren Widerstand gegenüber Scherlasten als gegenüber Kompressionslasten aufweist.
Trotz der vorgenannten Lösungen des Standes der Technik besteht ein Bedarf an einer verbesserten Lösung des bezeichneten Problems, nämlich der Gewährleistung eines raschen Öffnens des Sicherheitsventils in einem Übertemperaturzustand, während das Austreiben des Schmelzwerkstoffs und unerwünschtes öffnen des Sicherheitsventils unter normalen Betriebsbedingungen verhindert werden.
Spezieller ist es der Gegenstand der Erfindung, ein einfaches, rasch ansprechendes thermisch aktivierbares Sicherheitsventil bereitzustellen, das jedoch ein unerwünschtes Öffnen des Sicherheitsventils unter normalen Betriebsbedingungen verhindert, und einen Hahn für einen Druck- oder Flüssiggasflasche mit einem solchen Ventil bereitzustellen.
Dieser Gegenstand wird nach der Erfindung durch die Bereitstellung eines thermisch aktivierbaren Sicherheitsventils mit einem Ventilgehäuse erzielt, das eine Längsbohrung aufweist, wobei das Gehäuse des weiteren einen Hochdruckfluideinlass und mindestens einen Fluidauslass aufweist, einem Kolben, der in der Gehäusebohrung axial beweglich ist zwischen einer geschlossenen Stellung, in welcher er den Fluideinlass gegenüber dem Fluidauslass dicht abdichtet, und einer offenen Stellung, in welcher der Einlass durch die Längsbohrung in Fluidverbindung mit dem Auslass steht, und einem Schmelzmittel, das wirksam ist, um den Kolben normalerweise in der geschlossenen Stellung zurückzuhalten, wobei der Kolben durch das Hochdruckfluid in die offene Stellung beweglich ist, wenn das Sicherheitsventil einer anormal hohen Temperatur ausgesetzt ist, die das Schmelzen des Schmelzmittels verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzmittel eine Schmelzhülse ist, die sich in der Gehäusebohrung befindet, und eine geschlitzte Federhülse in die Schmelzhülse eingesetzt ist und normalerweise durch die Schmelzhülse in einem radial zusammengedrückten Zustand gehalten wird, in welchem die geschlitzte Hülse einen kleineren Innendurchmesser aufweist, wobei die geschlitzte Hülse sich radial zu einem radial erweiterten Zustand mit größerem Innendurchmesser aufweiten kann, wenn das Sicherheitsventil der anormal hohen Temperatur ausgesetzt ist, die das Schmelzen der Schmelzhülse bewirkt, wobei die Federhülse in ihrem zusammengedrückten Zustand wirksam ist zum Zurückhalten des Kolbens in der geschlossenen Stellung und die Federhülse in ihrem erweiterten Zustand die Bewegung des Kolbens in die offene Stellung zulässt.
In der bevorzugten Ausführungsform ist normalerweise ein aus einem kugelförmigen Element bestehendes Widerlagerelement axial zwischen dem Kolben und der Federhülse positioniert und wird von dem Kolben (durch den daran angelegten Fluiddruck) in Eingriff mit einem Ende der Federhülse in ihrem zusammengedrückten Zustand gehalten, um den Kolben in der geschlossenen Stellung zu zurückzuhalten, in welcher er fest an der Gehäusebohrung zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angreift und sich außerhalb oder extern von der Federhülse befindet und von dem Widerlagerelement daran gehindert wird, sich in die Federhülse zu bewegen. Das kugelförmige Element ist getrennt von einem Schaftteil des Kolbens und hat einen Höchstdurchmesser, der etwas größer ist als der Kolbenschaftteil und der Innendurchmesser der Federhülse in deren zusammengedrücktem Zustand, jedoch nicht größer als der Innendurchmesser der Federhülse in derem ausgedehnten Zustand. Im aktivierten Zustand des Sicherheitsventils, nämlich nach dem Schmelzen der Schmelzhülse, befindet sich die Federhülse in ihrem radial ausgedehnten Zustand und ist sowohl das Widerlagerelement als auch der Schaftteil des Kolbens in der Federhülse aufgenommen und hat sich der Kolben axial aus seiner geschlossenen in seine offene Stellung bewegt, in welcher der Fluideinlass mit dem Fluidauslass in Verbindung steht, um die Abfuhr des druckbeaufschlagten Fluids in die das Sicherheitsventil umgebende Umgebung zuzulassen. In einer anderen Ausführungsform ist ein Widerlagerendteil integral einteilig an das Kolbenschaftteil angeformt.
Bevorzugt besteht die Schmelzhülse aus einer eutektischen Metalllegierung und ist die Federhülse aus metallischem Federstahlmaterial. Die Federhülse kann schraubenförmig oder axial geschlitzt sein.
Der Vorteil der Erfindung ist, dass die an die Schmelzhülse in einer Richtung angelegte Last, die dazu tendiert, ein Fließen des Schmelzwerkstoffs in seinem festen Aggregatzustand zu verursachen, reduziert wird, wodurch der Widerstand gegen unerwünschtes Öffnen des Sicherheitsventils verbessert wird. In dem Sicherheitsventil der Erfindung wird die von dem druckbeaufschlagten Fluid auf den Kolben angelegte axiale Kraft nicht vollständig an die Schmelzhülse angelegt. Vielmehr hat die Resultierende der von dem kugelförmigen Element auf die Federhülse angelegten Kraft eine axiale Kraftkomponente, die wirksam ist, um die Hülse axial gegen eine Bodenfläche der Gehäusebohrung zu zwingen, und eine radiale Kraftkomponente, die dazu tendiert, die Federhülse zu auszudehnen. Nur diese radiale Kraftkomponente, zusammen mit der Federkraft der Hülse, wird an die Schmelzhülse angelegt, wodurch die Tendenz der festen Schmelzhülse, in Auslassschlitze des Gehäuses zu fließen, reduziert wird. Um dem Fließen der Schmelzhülse weiter zu widerstehen, weisen die Auslassschlitze einen engen, eingegrenzten Fließbereich auf.
Die Erfindung wird nun detaillierter beschrieben, unter Verweis auf die Zeichnungen, worin:
1 ein Seitenaufriss des thermisch aktivierbaren Sicherheitsventils ist;
2 eine vergrößerte Ansicht des Sicherheitsventils im Längsschnitt ist, genommen entlang Linie A-A von 1 und im nicht aktivierten Zustand;
3 eine Ansicht gleichartig zu 2 ist, jedoch das thermisch aktivierbare Sicherheitsventil im aktivierten Zustand zeigt;
4 eine Querschnittsansicht in der Richtung der Pfeile B-B in 1 ist. Die
5A und 5B zeigen eine andere Ausführungsform des Sicherheitsventils in einer nicht aktivierten beziehungsweise einer aktivierten Stellung; und
6 zeigt einen Gashahn mit einem integralen Sicherheitsventil, wie in den 5A und 5B gezeigt.
Es wird nun detaillierter Bezug genommen auf die Zeichnungsfiguren 1–4, wobei das thermisch aktivierbare Sicherheitsventil generell mit Referenzziffer 10 bezeichnet wird. Das Sicherheitsventil 10 besteht im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 12, einem Kolben 14, einem Widerlagerelement 16, einer Schmelzhülse 18 und einer axial geschlitzten Federhülse 20.
Das Ventilgehäuse 12 ist konzentrisch um die axiale Mittellinie C_L und hat eine Längsbohrung 12-1, die koaxial zur Mittellinie C_L ist. Die Längsbohrung 12-1 hat einen oberen und einen unteren Teil von generell gleichem Durchmesser 12-1.1 und 12-1.2, sowie einen dazwischenliegenden Teil 12-1.3 mit vergrößertem Durchmesser. Die Längsbohrung 12-1 mündet an dem oberen Ende des Ventilgehäuses 12, um einen Hochdruckfluideinlass 22 zu definieren. Eine Vielzahl, beispielsweise vier, in Umfangsrichtung beabstandeter, radial ausgerichteter Fluidauslässe 24 sind durch die Wand des Gehäuses 12 gebildet. Die Längsbohrung 12-1 wird an dem Ende entgegengesetzt von dem Hochdruckfluideinlass 22 durch eine Gehäuseendwand 12-2 abgeschlossen. Das Gehäuse 12 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, axial verlaufenden Schlitzen 12-3 auf, die sich von der unteren Endfläche der Gehäuseendwand 12-2 bis etwa zu dem vergrößerten Bohrungsteil 12-1.3 erstrecken. Die axial verlaufenden Schlitze 12-3 haben eine relativ schmale Breite in Umfangsrichtung für einen später zu beschreibenden Zweck.
Das Gehäuse 12 weist weiter ein Außengewinde 12-4 in seinem oberen Teil auf, zwischen den Fluidauslässen 24 und dem oberen Ende des Gehäuses 12. Außerdem ist die Außenfläche des Gehäuses 12 mit einem vieleckigen, bevorzugt sechseckigen Flansch 12-5 versehen, um das Einschrauben des Sicherheitsventils mit Hilfe eines Schraubenschlüssels in eine mit Gewinde versehene Öffnung eines Ventilkörpers (nicht dargestellt) zu gestatten, bevorzugt eines Gashahnkörpers für eine Druck- oder Flüssiggasflasche (nicht dargestellt). Wenn das Sicherheitsventil 10 an dem Hahnkörper befestigt ist, steht der Fluideinlass 22 durch einen Durchgang in dem Hahnkörper mit dem Inneren der Gasflasche in Verbindung. Eine ringförmige Dichtkappe 26 ist am oberen Ende des Ventilgehäuses 12 vorgesehen, um einen fluiddichten Eingriff des Ventilgehäuses 12 an dem Gashahnkörper zu gestatten.
In dem Teil 12-1.2 mit geringerem Durchmesser der Längsbohrung 12-1 befindet sich die Schmelzhülse 18. Die äußere umfangsgerichtete Fläche der Schmelzhülse 18 steht in Kontakt mit der inneren umfangsgerichteten Fläche des unteren Bohrungsteils 12-1.2. Das untere axiale Ende der Schmelzhülse 18 greift an der Bodenfläche oder Innenfläche der Gehäuseendwand 12-1 an, und das obere axiale Ende der Schmelzhülse 18 befindet sich generell dort, wo der einen vergrößerten Zwischendurchmesser aufweisende Teil 12-1.3 der Längsbohrung 12-1 in den unteren, einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Teil 12-1.2 übergeht.
In der Schmelzwerkstoffhülse 18 befindet sich eine axial geschlitzte Federhülse 20 aus Federstahlmaterial. Die Federhülse 20 hat generell die gleiche Länge wie die Schmelzhülse 18 und ist koextensiv dazu, und beide Hülsen 18, 20 sind koaxial zur Gehäusemittellinie C_L. Die Federhülse 20 wird von der Schmelzhülse 18 in einem radial zusammengedrückten Zustand zurückgehalten. Die Federhülse 20 neigt aufgrund ihrer Federkraft dazu, sich radial auswärts zu vergrößern und legt folglich eine radial auswärts gerichtete Last an die Schmelzhülse 18 an.
Aus 2 ist ersichtlich, dass die axialen Schlitze 12-3 des Ventilgehäuses 12 sich generell über die volle Länge der Hülsen 18 und 20 erstrecken, ab derem unteren Ende, jedoch benachbart zu den oberen Enden der zwei Hülsen enden.
In der Längsbohrung 12-1, koaxial zur Mittellinie C_L angeordnet, befindet sich auch der Kolben 14, der einen oberen Kopfteil 14-1 und einen unteren Schaftteil 14-2 aufweist, wobei eine radiale Schulterfläche 14-3 zwischen dem Kopf- und dem Schaftteil gebildet wird. Der Kolbenkopfteil 14-1 hat in seiner umfangsgerichteten Außenfläche zwei ringförmige Nuten, wobei in jeder ein O-Ring 28 angeordnet ist. In der oberen ringförmigen Nut ist des weiteren ein Sicherheitsring 30 zum Unterstützen des Dichtrings 28 angeordnet. In der nicht aktivierten Stellung des Sicherheitsventils 10, in 2 gezeigt, ist der Kopfteil 14-1 des Kolbens 14 fluiddicht in dem oberen, einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Teil 12-1.1 der Längsbohrung 12-1 aufgenommen, um den Hochdruckfluideinlass 22 fluiddicht von den Fluidauslässen 24 abzuschließen.
Der Kolben 14 wird normalerweise in diesem nicht aktivierten Zustand von einem Widerlagerelement 16 zurückgehalten, das einen größeren maximalen Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Federhülse 20 in deren radial zusammengedrücktem Zustand. Der Kolbenschaftteil 14-2 weist an seinem unteren Ende einen V-förmigen Ausschnitt oder Aussparung 14-4 auf, die an dem Widerlagerelement 16 angreift. Der V-förmige Ausschnitt hat einen stumpfen, sich nach unten öffnenden Winkel, der eine konische Fläche zum Angriff an dem Widerlagerelement 16 aufweist, um als Sitz dafür zu dienen.
Das Widerlagerelement 16 besteht bevorzugt aus einem kugelförmigen oder ballförmigen Element 16, jedoch kann das Widerlagerelement 16 generell jede geeignete Form, mit einer Widerlagerfläche, die im Durchmesser von dem maximalen Außendurchmesser in Richtung ihres axialen Verlaufs entlang der Mittellinie C_L zur Gehäusebodenwand 12-2 abnimmt, aufweisen. Statt kugelförmig zu sein, kann die Widerlagerfläche beispielsweise jede andere geeignete Form haben, wie etwa verjüngt, konisch oder gekrümmt, zum Engriff an dem oberen Ende der Federhülse 20, um eine Kraft darauf anzulegen, die dazu tendiert, die Federhülse 20 unter der auf den Kolben 14 angelegten Fluiddruckkraft radial auswärts auszudehnen, wodurch die Federkraft der Hülse 20 unterstützt wird, um deren radiale Ausdehnung zu veranlassen. Wenn das Widerlagerelement 16 nicht kugelförmig ist, kann es eine integrale Stiftverlängerung (nicht dargestellt) aufweisen, die in einer axialen Bohrung (nicht dargestellt) des Kolbens 14 aufgenommen und geführt wird, oder die Stiftverlängerung kann an dem Kolben sein und in einer Bohrung des Widerlagerelements aufgenommen werden.
In dem nicht aktivierten Zustand, wenn die obere Fläche des Kolbenkopfteils 14-1 einem druckbeaufschlagten Fluid ausgesetzt ist, wird eine abwärts gerichtete Kraft F₁ af den Kolben 14 angelegt, die das kugelförmige Element 16 in Eingriff mit der Oberkante der Federhülse 20 zwingt und die Federhülse 20 abwärts gegen die Bodenwand 12-2 des Gehäuses 12 zwingt. Dies veranlasst wiederum das Anlegen einer abwärts und auswärts gerichteten Kraft F₂, die von dem kugelförmigen Element 16 an die Federhülse 20 anzulegen ist. Die Kraft F₂ kann in eine axiale Kraftkomponente F_A und eine radiale Kraftkomponente F_R zerlegt werden. Nur die radiale Kraftkomponente F_R der resultierenden Kraft F₂ legt eine auswärts gerichtete Kraft oder Last auf die Schmelzhülse 18 an. Die von dem Fluiddruck erzeugte Kraft F_R wirkt mit der Federkraft der geschlitzten Hülse 20 zusammmen, welche dazu tendiert, die Hülse 20 zu vergrößern. Die Federkraft und die Fluiddruckkraft F_R sind niedriger als das Anlegen einer Last auf den Schmelzwerkstoff, die der auf den Kolben 14 angelegten vollständigen axialen Kraft F₁ entspricht.
Die an die Schmelzhülse 18 angelegte, kombinierte radial auswärts gerichtete Last tendiert dazu, das Fließen der Schmelzhülse in die axialen Schlitze 12-3 in dem nicht aktivierten Zustand von 2 zu veranlassen. Um das zu verhindern, haben die axial verlaufenden Schlitze 12-3 eine relativ schmale Breite in Umfangsrichtung, um dem Fließen der Schmelzhülse 18 in die Schlitze 12-3 in dem festen, nicht geschmolzenen Zustand der Hülse 18 zu widerstehen. Anstelle der Schlitze 12-3 kann der den Schmelzwerkstoff 18 umgebende Gehäusewandteil auch teilweise oder vollständig aus porösem Material ausgebildet sein.
Unter besonderer Bezugnahme auf die 2 und 3, welche den nicht aktivierten bzw. den aktivierten Zustand des Sicherheitsventils 10 der Erfindung zeigen, ist anzumerken, dass in dem nicht aktivierten Zustand von 2 die Federhülse 20 als ein Anschlagmittel wirkt, an dem das kugelförmige Element 16 anschlägt. Folglich kann das kugelförmige Element 16 sich nicht in die Federhülse 20 bewegen, wodurch es den Kolben 14 in einer ersten axialen Stellung entlang der Mittellinie C_L zurückhält, in welcher er außerhalb oder extern von der Federhülse 20 ist und sich in einer oberen Stellung befindet, in welcher die Dichtringe 28 in fluiddichtem Eingriff mit dem Gehäusebohrungsabschnitt 12-1.1 sind, wodurch eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Hochdruckeinlass 22 und den Fluidauslässen 24 vorgesehen wird. In diesem nicht aktivierten Zustand befindet sich die Schmelzhülse 18 in ihrem festen Aggregatzustand, wodurch eine radiale Ausdehnung der Federhülse 20 nach außen verhindert wird.
Falls das Sicherheitsventil 10 einer anormal hohen Temperatur ausgesetzt wird, schmilzt die Schmelzhülse 18 und wird der geschmolzene Werkstoff durch die kombinierte Wirkung der Federkraft der Hülse und des an den Kolben angelegten Gasdrucks von der sich ausdehnenden Federhülse 20 durch die engen axialen Schlitze 12-3 aus der Gehäuselängsbohrung 22 heraus ausgestoßen. In dem radial auswärts ausgedehnten Zustand der Federhülse 20 ist ihr Innendurchmesser größer als (oder mindestens so groß wie) der Außendurchmesser des kugelförmigen Elements 16. Folglich wird die Federhülse 20 radial auswärts aus der Bewegungsbahn des kugelförmigen Elements 16 zurückgezogen und kann nicht mehr als axiales Anschlagmittel für das kugelförmige Element 20 wirken, sodass das kugelförmige Element 16 sich in die Hülse 20 bewegen kann und in der Tat durch die Fluiddruckkraft, die auf den Kolben 14 und von dem Kolben 14 auf das kugelförmige Element 16 angelegt wird, positiv dort hineinbewegt wird, bis das kugelförmige Element 16 mit der Innenfläche der Gehäusebodenwand 12-2 in Kontakt kommt. Der Kolben 14 befindet sich jetzt in einer zweiten axialen Stellung in Bezug zu der Mittellinie C_L, in welcher der Schaftteil 14-2 sich in die Federhülse 20 erstreckt und die radiale Schulterfläche 14-3 auf der oberen Endfläche der Federhülse 20 aufliegt. Des weiteren ist der Kolbenkopfteil 14-1 jetzt vollständig in dem einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden Teil 12-1.3 der Längsbohrung 12-1 positioniert und steht die Hochdruckeinlassöffnung 22 des Gehäuses 12 in Fluidverbindung mit den Auslassöffnungen 24. Es ist anzumerken, dass der Schaftteil 14-2 des Kolbens 14 einen etwas kleineren Durchmesser hat als das kugelförmige Element oder Wandelement 16, um zuzulassen, dass der Kolbenschaftteil 14-2 sich mit minimalem Reibungswiderstand in die geschlitzte Hülse hineinbewegt.
Im Gebrauch ist das Sicherheitsventil 10 an einem Gashahn einer Druck- oder Flüssiggasflasche befestigt und dient zum Ablassen des Gasdrucks aus der Flasche in dem aktivierten Zustand von 3, wenn die Gasflasche und folglich das Sicherheitsventil einer anormal hohen Temperatur ausgesetzt ist, beispielsweise im Brandfall.
In einer anderen, in den 5A und 5B gezeigten Ausführungsform wird das kugelförmige oder Ball-Element 16, welches das Widerlagerelement in der Ausführung der 1–4 bildet, durch einen unteren, einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden Widerlagerendteil 16' von halbkugelförmiger Form ersetzt, der integral an den Schaftteil 14-2' des Kolbens 14' angeformt ist. Statt halbkugelförmig zu sein, kann dieser einen vergrößerten Durchmesser aufweisende Widerlagerendteil 16' auch eine verjüngte, konische, abgestumpfte oder gekrümmte Widerlagerfläche oder eine andere geeignete Form zum Anlegen einer Kraft auf die Federhülse 20' haben, um die Federhülse 20' unter der Einwirkung der an den Kolben 14' angelegten Fluiddruckkraft auszudehnen. Ansonsten ist das Sicherheitsventil der 5A und 5B generell das gleiche wie das Sicherheitsventil der Ausführungsform der 1–4, außer dass die Bohrung 20-1' einen generell konstanten Durchmesser über ihre Länge aufweist (außer an den Auslassöffnungen 24') und der obere Dichtring 28' sich zwischen zwei Sicherheitsringen 30' befindet und ein geschlitzter Sprengring 32 die drei Ringe 28', 29', 30' an dem Kolben 14' zurückhält.
Weiter, wie in 6 gezeigt, kann das Sicherheitsventilgehäuse 112 integral einstückig an einen Körper 113 eines Hahns T angeformt sein, wie etwa einen Gashahn für einen Druck- oder Flüssiggasbehälter oder -gefäß (nicht dargestellt). Wie in 6 gezeigt, steht der Hochdruckfluideinlass 122 des Sicherheitsventils 110 in Fluidverbindung mit einem Durchlass 115 in dem Hahnkörper 113, welcher Durchlass 115 in eine untere Endseite 117 eines mit Gewinde versehenen Basisabschnitts 119 des Hahnkörpers 113 mündet. Wenn der Basisabschnitt 119 in eine Öffnung eines Druckfluidbehälters oder -gefäßes geschraubt wird, steht der Durchlass 115 in Fluidverbindung mit dem Inneren des Behälters oder Gefäßes und ist der Sicherheitsventilkolben 115 dem Fluiddruck in dem Behälter oder Gefäß ausgesetzt. Das in 6 gezeigte Sicherheitsventil 110 ist generell identisch zu dem Sicherheitsventil der 5A und 5B, außer dass die Gehäusebohrung 112-1 in der freien Endseite des Sicherheitsventilgehäuses 112 mündet und ein Stopfen 124 in die Gehäusebohrung 112-1 geschraubt ist, um diese zu verschließen und eine innere Widerlagerfläche für die Schmelzhülse 118 und die Federhülse 120 vorzusehen. Der Stopfen 124 ist entfernbar, um den Zusammenbau des Sicherheitsventils 110 durch die freie Endseite des Ventilgehäuses 112 zu gestatten. Auch sind die Auslassschlitze 12-3 für geschmolzenen Werkstoff kürzer und erstrecken sich nicht bis zu der Gehäuseendseite. Obwohl bei dem Sicherheitsventil 110 von 6 das Widerlager 116 integral an den Kolben 114 angeformt ist, wie in den 5A und 5B der Ausführungsform, kann der halbkugelförmige Widerlagerendteil 116 von 6 durch ein kugelförmiges oder ballförmiges Widerlagerelement, getrennt von dem Kolben 114, ersetzt werden, wie in der Ausführungsform der 1–4.
In einer in den Zeichnungen nicht dargestellten weiteren modifizierten Ausführungsform kann das Widerlagerelement eine Widerlagerhülse sein, die getrennt von dem Kolben ist und in welcher der Kolbenschaft aufgenommen wird. Diese Widerlagerhülse weist an ihrem unteren Ende die Widerlagerfläche auf und kann an ihrem oberen Ende einen radialen Flansch zum Eingriff an dem oberen Ende der geschlitzten Hülse im aktivierten Zustand aufweisen. In dieser Ausführungsform ist das Widerlagerelement im aktivierten Zustand des Ventils nicht vollständig in der geschlitzten Federhülse aufgenommen.
Obwohl die Erfindung in beträchtlichem Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, können von einem Fachmann Modifikationen oder Variationen der bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne die Reichweite der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

Thermisch aktivierbares Sicherheitsventil mit einem Ventilgehäuse (12), das eine Längsbohrung (12-1) aufweist, wobei das Gehäuse (12) des weiteren einen Hochdruckfluideinlass (22) und mindestens einen Fluidauslass (24) aufweist, einem Kolben (14), der in der Gehäusebohrung (12-1) axial beweglich ist zwischen einer geschlossenen Stellung, in welcher er den Fluideinlass (22) gegenüber dem Fluidauslass (24) dicht abdichtet, und einer offenen Stellung, in welcher der Einlass (22) durch die Längsbohrung (12-1) in Fluidverbindung mit dem Auslass (24) steht, und einem Schmelzmittel, das wirksam ist, um den Kolben (14) normalerweise in der geschlossenen Stellung zurückzuhalten, wobei der Kolben (14) durch Hochdruckfluid in die offene Stellung beweglich ist wenn das Sicherheitsventil (10) einer anormal hohen Temperatur ausgesetzt ist, die das Schmelzen des Schmelzmittels verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzmittel eine Schmelzhülse (18) ist, die sich in der Gehäusebohrung (12-1) befindet und eine geschlitzte Federhülse (20) in die Schmelzhülse (18) eingesetzt ist und normalerweise durch die Schmelzhülse (18) in einem radial zusammengedrückten Zustand gehalten wird, in welchem die geschlitzte Hülse (20) einen kleineren Innendurchmesser aufweist, wobei die geschlitzte Hülse (20) sich radial zu einem radial erweiterten Zustand mit grösserem Innendurchmesser aufweiten kann, wenn das Sicherheitsventil (10) der anormal hohen Temperatur ausgesetzt ist, die das Schmelzen der Schmelzhülse (18) bewirkt, wobei die Federhülse (20) in ihrem zusammengedrückten Zustand wirksam ist zum Zurückhalten des Kolbens (14) in der geschlossenen Stellung und die Federhülse (20) in ihrem erweiterten Zustand die Bewegung des Kolbens (14) in die offene Stellung zulässt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren ein Widerlagerelement (16) aufweist, wobei die Federhülse (20), in ihrem radial zusammengedrückten Zustand, als ein Anschlagmittel für das Widerlagerelement (16) dient, um eine Bewegung des Widerlagerelementes (16) in der Richtung der Öffnungsbewegung des Kolbens über eine Axialstellung hinaus, die der geschlossenen Stellung des Kolbens (14) entspricht, zu verhindern, während die Federhülse (20) in ihrem radial erweiterten Zustand eine Bewegung des Widerlagerelementes (16) in Bezug auf die Federhülse (20) in der Richtung der Öffnungsbewegung des Kolbens über die besagte Axialstellung hinaus zulässt, um eine Bewegung des Kolbens (14) aus der geschlossenen in die offene Stellung zu erlauben.
Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung (12-1) eine axiale Mittellinie (C_L) aufweist und der Kolben (14), das Widerlagerelement (16), sowie die Schmelzhülse (18) und die geschlitzte Hülse (20) koaxial mit der Mittellinie (C_L) sind.
Sicherheitsventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlagerelement (16) eine Widerlagerfläche aufweist zur axialen Anlage an der Federhülse (20) in dem radial zusammengedrückten Zustand derselben, wobei der Durchmesser der Widerlagerfläche ausgehend von einem Aussendurchmesser in Richtung der Bewegung des Kolbens (14) aus der geschlossenen in die offene Stellung abnimmt, und der Aussendurchmesser höchstens so gross ist wie der grössere Innendurchmesser der Federhülse (20) aber grösser ist als der kleinere Innendurchmesser der Federhülse (20).
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlagerelement (16) ein von dem Kolben (14) getrenntes Bauteil ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlagerelement (14) ein kugelförmiger Bauteil ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein kegelförmiger Ausschnitt (14-4) in einem Ende des Kolbens (14) vorgesehen ist, das an den kugelförmigen Bauteil angrenzt und der kegelförmige Ausschnitt (14-4) eine Sitzfläche für den kugelförmigen Bauteil bildet.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) einen Schaft (14-2) und einen vergrösserten Kopfteil (14-1) aufweist, wobei das Widerlagerelement (16) und zumindest ein Teil des Schaftteiles (14-2) in dem erweiterten Zustand der Federhülse (20) in dieser aufgenommen sind, wenn der Kolben (14) die offene Stellung einnimmt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftteil (14-2) einen kleineren Aussendurchmesser als der Aussendurchmesser des Widerlagerelementes (16) besitzt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14') einen Widerlagerendteil (16') besitzt, wobei die Federhülse (20'), in ihrem radial zusammengedrückten Zustand, als ein Anschlagmittel für den Widerlagerendteil (16') dient, um eine Axialbewegung des Kolbens (14') aus der geschlossenen in die offene Stellung zu verhindern, während in dem radial erweiterten Zustand die Federhülse (20') eine Axialbewegung des Kolbens (14') aus der geschlossenen in die offene Stellung zulässt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung eine axiale Mittellinie aufweist und der Kolben (14'), die Schmelzhülse (18') und die Federhülse (20') koaxial zu der Mittellinie sind.
Sicherheitsventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerlagerendteil (16') des Kolbens (14') eine Widerlagerfläche aufweist zur axialen Anlage an der Federhüllse (20') in dem radial zusammengedrückten Zustand derselben, wobei der Durchmesser der Widerlagerfläche ausgehend von einem Aussendurchmesser in der Richtung der Bewegung des Kolbens (14') aus der geschlossenen in die offene Stellung abnimmt, und der Aussendurchmesser höchstens so gross ist wie der grössere Innendurchmesser der Federhülse (20') aber grösser ist als der kleinere Innendurchmesser der Federhülse (20').
Sicherheitsventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerlagerendteil (16') des Kolbens (14') halbsphärisch ist.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben einen Schaftteil (14-2') und einen vergrösserten Kopfteil aufweist, wobei der Widerlagerendteil (16') ein Ende des Schaftteiles (14-2') bildet, das von dem vergrösserten Kopfteil beabstandet ist, und wobei mindestens ein Teil des Schaftteiles (14-2') der den Widerlagerendteil (16') trägt in dem erweiterten Zustand der Federhülse (20') in dieser aufgenommen ist, wenn der Kolben (14') die offene Stellung einnimmt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftteil (14-2') zwischen dem vergrösserten Kopfteil und dem Widerlagerendteil (16') einen Aussendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der maximale Aussendurchmesser des Widerlagerendteiles (16').
Sicherheitsventil nach Anspruch 8 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Schulterfläche (14-3) zwischen dem Schaftteil (14-2) und dem Kopfteil (14-1) des Kolbens (14) vorgesehen ist, wobei die Schulterfläche (14-3) an einem Axialende der Federhülse (20) anliegt, wenn der Kolben (14) sich in seiner Offenstellung befindet.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein axiales Ende der Schmelzhülse (18) und der Federhülse (20), welche von dem Kolben (14) weg gerichtet sind, an einer radialen Fläche der Gehäusebohrung anliegen.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) ein Auslassmittel aufweist, das mit der Gehäusebohrung (12-1) in dem Bereich der Schmelzhülse (18) kommuniziert, damit Schmelzmaterial der Schmelzhülse aus der Gehäusebohrung (12-1) durch das Auslassmittel abfliessen kann.
Sicherheitsventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassmittel mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, axial ausgerichtete Schlitze (12-3) aufweist, die durch die Gehäusewand geformt sind, wobei die Schlitze (12-3) sich im Wesentlichen axial entlang der Schmelzhülse (18) erstrecken.
Sicherheitsventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die sich axial erstreckenden Schlitze (12-3) eine verhältnismässig enge Breite in Umfangsrichtung aufweisen, um ein Fliessen der Schmelzhülse (18) in ihrem festen, nicht geschmolzenen Zustand in die Schlitze (12-3) zu verhindern.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzhülse (18) aus eutektischem Werkstoff besteht.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Federhülse (20) aus metallischem Werkstoff, vorzugsweise Federstahl, besteht.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Federhülse (20) axial geschlitzt ist.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) ein Aussengewinde (12-4) an einem Endteil desselben aufweist zum Einschrauben des Sicherheitsventils (10) in eine Öffnung eines Ventilgehäuses, wie z. B. ein Druck- oder Flüssiggasventilgehäuse, wobei der Hochdruckfluideinlass (22) in einer Endfläche des Gehäuseendteiles vorgesehen ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige Dichtkappe (26) an dem Gehäuseendteil vorgesehen ist.
Ventil, wie z. B. ein Gasventil für eine Druck- oder Flüssiggasflasche, mit einem Ventilkörper (113), der einen Duchlasskanal (115) aufweist, der an einem Basisabschnitt (119) des Ventilkörpers (113) austritt zum Kommunizieren mit einem Druckfluidbehälter an welchem das Ventil (T) zu befestigen ist, sowie einem thermisch aktivierten Sicherheitsventil (110) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das Ventilgehäuse (112) einteilig an dem Ventilkörper (113) angeformt ist und der Hochdruckfluideinlass (122) mit dem Durchlass (115) des Ventilkörpers (113) in Verbindung steht.
Ventil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung an einer Endfläche des Gehäuses (112) mündet und ein entfernbarer Stopfen (124) am Gehäuse (112) angrenzend an die Endfläche befestigt ist, um eine Widerlagerfläche für die Schmelzhülse (18) und die Federhülse (20) zu schaffen und damit das Sicherheitsventil (110) durch die Gehäuseendfläche eingebaut werden kann.