EP4137738A1 - Elektrische auslöseeinheit, auslöseeinrichtung mit einer derartigen auslöseeinheit und einer ventileinheit sowie druckgasbehälter mit einer derartigen auslöseeinrichtung - Google Patents
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- EP4137738A1 EP4137738A1 EP22177240.3A EP22177240A EP4137738A1 EP 4137738 A1 EP4137738 A1 EP 4137738A1 EP 22177240 A EP22177240 A EP 22177240A EP 4137738 A1 EP4137738 A1 EP 4137738A1
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- F17C2270/00—Applications
- F17C2270/07—Applications for household use
- F17C2270/0754—Fire extinguishers
Definitions
- the invention relates to an electrical release unit for activating a valve unit, a release device with such a release unit and a compressed gas container with such a release device.
- Compressed gas tanks are used to store a gas under pressure, in particular under high pressure.
- a valve unit is connected to the compressed gas container in order to release the gas from the compressed gas container.
- an electrical tripping unit can be used, which is in particular electrically controllable.
- An electrical tripping unit comprises an anchor plate made of a magnetizable material and an actuating rod, which is used to actuate a valve unit connected to the tripping unit.
- the actuating rod is mechanically coupled to the anchor plate.
- the actuating rod is held by the anchor plate. Axial actuation of the actuator rod from a retracted position to an extended position is prevented by the armature plate while the armature plate is held in place by the magnetic holding force. It is possible to design the actuating rod and the anchor plate in one piece.
- the trip unit also has a permanent magnet with a permanent magnetic field that causes a holding force that acts on the anchor plate.
- the anchor plate is made from a magnetizable material, in particular from a magnetizable steel, in particular from a structural steel or from a free-cutting steel.
- the anchor plate is held in the retracted position by the permanent magnetic field, in which the valve unit is not actuated, ie not triggered.
- the actuating rod is in particular made from a non-magnetizable material, in particular non-magnetizable metal, in particular brass.
- the tripping unit also has an energy storage element that is mechanically coupled to the anchor plate. Due to the mechanical coupling, the energy storage element exerts a displacement force on the anchor plate, which is in the opposite direction to the holding force. The displacement force exerted by the energy storage element counteracts the holding force of the permanent magnet. The holding force of the permanent magnet is greater than that Displacement force of the force storage element, so that the anchor plate and the operating rod are reliably located in the retracted position.
- the electrical trip unit also has a housing with a longitudinal axis.
- the triggering unit has an electromagnet, which is arranged in particular in the housing.
- the electromagnet comprises a pole core and a coil that can be energized.
- the electromagnet has an opposing magnetic field that opposes the permanent magnetic field.
- the opposing magnetic fields produce an effective magnetic field that has an effective field strength.
- the effective field strength results from the difference between the field strength of the permanent magnet and the field strength of the electromagnet.
- the coil is energized, ie when the electromagnet is energized, the field strength of the permanent magnetic field is reduced by that of the electromagnet, so that the holding force acting on the armature plate is reduced.
- the holding force is reduced to such an extent that the displacement force of the energy storage element is greater than the reduced holding force of the permanent magnet.
- the reduced holding force is an effective holding force. It is essential that the effective holding force is smaller than the displacement force of the energy storage element.
- the trip unit also has an adjustment element, which is used to adjust the position of the pole core in the housing.
- the position of the pole core can be variably fixed along the longitudinal axis with the setting element.
- the holding force exerted by the permanent magnet on the armature plate can be adversely affected by unintentional gaps, in particular air gaps, which have an insulating effect on the magnetic holding force.
- air gaps can result from manufacturing tolerances and/or surface coatings.
- the adjustment element makes it possible to minimize air gaps, in particular between the pole core and the armature plate, and in particular to completely avoid them.
- the adjustment element ensures in particular that the anchor plate rests directly against the pole core in the retracted position. In particular, the anchor plate rests against the housing in the retracted position.
- the setting element enables a so-called zero point adjustment, ie a variably adjustable axial positioning of the pole core relative to the housing. In particular, the setting element enables the axial position of the pole core to be fixed relative to the housing with an accuracy of +/-0.02 mm.
- the holding force of the permanent magnet is reliably fixed. An undesired reduction in holding force as a result of unknown and/or undefined air gaps is avoided. As a result, the holding force acting on the armature plate can be reliably determined and the energy storage element and the electromagnet can be reliably dimensioned. A malfunction of the electrical release unit and the associated safety risk are excluded.
- a trip unit according to claim 2 enables the components to be arranged in a protected manner in the housing.
- the housing is sealed.
- a cap on the housing can provide a guiding function for the actuating rod along the longitudinal axis.
- a trip unit according to claim 3 ensures an uncomplicated and stepless adjustment of the axial position of the pole core in the housing.
- the adjusting element has an adjusting thread, in particular an adjusting external thread, which corresponds to a movement thread of the housing, which is designed in particular as an internal thread.
- the adjustment thread and the movement thread are each designed as a metric thread and in particular as a fine metric thread.
- a trip unit enables a particularly uncomplicated and immediate relocation of the pole core in the housing.
- the pole core is in particular displaceable, in particular axially displaceable, along the longitudinal axis in the housing.
- the setting element rests directly on the permanent magnet, which rests directly on the pole core.
- the adjustment element and the permanent magnet as well as the permanent magnet and the pole core are directly coupled to each other in pairs. It is also conceivable for the setting element to be mechanically coupled directly to the pole core, in particular to lie directly against one another, ie to touch one another.
- a trip unit according to claim 5 ensures that the position of the adjustment element on the housing is secured.
- a lock nut secures the axial position of the adjustment element on the housing.
- the lock nut is supported axially on the housing.
- the lock nut screwed to a spring housing which is attached to the housing of the trip unit and in particular screwed to it.
- a trip unit according to claim 6 simplifies connection to an electrical power source.
- a defined, in particular standardized, connection option is guaranteed.
- a trip unit according to claim 7 is uncomplicated and robust.
- a force storage element as a helical spring is designed to be small and efficient.
- a coil spring is durable and available as a standardized component in a cost-effective manner.
- a helical spring has reduced coefficients of friction, so that the anchor plate can be displaced essentially without friction.
- the actuation of the trip unit is not negatively influenced by frictional forces.
- the performance of the trip unit is advantageous.
- a trip unit according to claim 8 enables the displacement force to be exerted efficiently and directly.
- a trip unit according to claim 9 ensures uncomplicated and reliable coupling of a spring housing.
- the spring housing is detachably attached to the housing and in particular screwed thereto.
- the spring housing is screwed with an external thread into an internal thread of the adjustment element and is thus attached to the housing.
- a trip unit according to claim 10 simplifies the actuation of the actuating rod.
- a tripping device essentially has the advantages of the tripping unit according to the invention, to which reference is hereby made.
- the valve unit is in particular designed to be self-closing, that is to say the valve unit is in a closed state by default.
- the valve unit can be actuated, ie opened, by means of the triggering unit.
- a triggering device ensures reliable and uncomplicated opening of the valve unit.
- a prestressed valve element is provided in the valve unit, the valve element being operable by means of the actuating rod.
- the actuating rod interacts directly mechanically with the valve element.
- a compressed gas container according to claim 13 essentially has the advantages of the triggering device, to which reference is hereby made.
- Each triggering device marked as a whole with 1 comprises an electrical triggering unit 2 which is coupled to a valve unit 3 .
- the triggering device 1 is connected to the valve unit 3 to a compressed gas tank 4 .
- Gas, in particular extinguishing gas, in particular carbon dioxide (CO 2 ), argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) is stored under pressure, in particular under high pressure, in the compressed gas tank 4 .
- the internal pressure in the compressed gas tank 4 is in particular at least 50 bar, in particular at least 100 bar, in particular at least 200 bar, in particular at least 250 bar and in particular at least 300 bar.
- the compressed gas tank 4 can be used in particular in a gas extinguishing system in order to release the gas from the compressed gas tank 4 in the event of a fire to extinguish a fire.
- the extinguishing gas should be released automatically from the compressed gas tank 4 when a source of fire has been detected.
- the triggering device 1 is used for the, in particular automated, release of the gas from the pressurized gas container 4.
- the valve unit 3 has a valve base body 5 on which an insertion socket 6 is designed, in particular in one piece, with which the valve base body 5 is inserted into the compressed gas tank 4 and connected to it.
- An inflow channel 7 is integrated in the insertion socket 6 , via which compressed gas can flow from the compressed gas tank 4 into the valve unit 3 .
- a valve seat 8 is designed, on which a valve element 9 according to FIG 1 and 2 sealing.
- the valve element 9 separates the inflow channel 7 and a discharge channel 11 integrated into a discharge connection piece 10.
- An extinguishing line can be connected to the discharge connection piece 10. For reasons of clarity, the extinguishing line is not shown in the figures.
- a protective cap 12 is arranged on the dispensing nozzle 10, in particular screwed on.
- the delivery channel 11 has a longitudinal axis which is oriented transversely and in particular perpendicularly to a longitudinal axis of the inflow channel 7 .
- valve element 9 The inflow channel 7 and the discharge channel 11 open into a valve chamber 13 in which the valve element 9 is arranged so that it can be displaced and is sealed off by means of a valve element sealing element 14 .
- the valve element 9 can be displaced along an axial direction which is in particular oriented parallel to the longitudinal axis of the inflow channel 7 .
- the axial displacement causes the valve element 9 to be displaced away from the valve seat 8 or toward the valve seat 8 .
- the valve element sealing element 14 is designed in particular as an O-ring and is arranged in an outer groove of the valve element 9 .
- the valve element sealing element 14 is in sealing contact with an inner wall of the valve chamber 13 .
- a seat element 15 is arranged on the valve element 9 on a lower end face facing the valve seat 8 .
- the seat element 15 is in particular made of a sealing material.
- the seat element 15 is in the form of an annular disk executed and arranged in a corresponding frontal recess on the valve element 9 . In the non-activated arrangement of the triggering device 1 according to 1 the seat element 15 rests against the valve seat 8 in a sealing manner.
- a throttle element 16 is arranged on the valve element 9 facing the inflow channel 7 .
- the throttle element 16 has a sleeve-like design, is screwed into the valve element 9 at the end and has an outer annular collar 17 facing the inflow channel 7 .
- the annular collar 17 serves as an axial fixation for the seat element 15.
- the seat element 15 is fastened axially to the valve element 9 by means of the throttle element 16.
- the throttle element 16 is sealed off from the seat element 15 by means of a throttle element sealing element 18 which is designed as an O-ring.
- the throttle element 16 has an axially oriented throttle channel 19 with a throttle opening 20 facing the inflow channel 7 .
- the throttle channel 19 is designed to be continuous, ie it extends along the length of the valve element 9 .
- a fluidic connection from the inflow channel 7 into the valve chamber 13 is formed via the throttle channel 19 .
- the throttle opening 20 has a minimum inside diameter d i,min which is smaller, in particular significantly smaller than an inside diameter d i,Z of the inflow channel 7.
- the throttle opening 20 is a pressure compensation bore that connects the valve chamber 13 to the inflow channel 7.
- the pressure compensation bore makes it possible for a pressure drop in the valve chamber 13 to be compensated for by the smallest of leaks, in order to prevent the valve unit 3 from being triggered unintentionally.
- the valve chamber 13 can be closed in a sealed manner by means of a pilot valve 21 .
- the pilot valve 21 has a pilot valve body 22 with an axial bore on, in which a release pin 23 is arranged axially displaceable.
- the pilot valve body 22 is in particular screwed into the valve body 5 .
- a release pin sealing element 24, in particular in the form of an O-ring, is attached to the release pin 23. in the in 1 and 2 In the non-triggered arrangement of the valve unit 3 shown, the trigger pin with the trigger pin sealing element 24 bears in a sealing manner against a sealing surface 25 of the pilot valve base body 22 . As a result, the valve chamber 13 is sealed off from the environment.
- a transverse channel 26 in the valve body 5 and in particular one or more transverse bores 27 in the side wall of the valve body 5 are in fluid connection with the passage channel of the pilot valve 21 .
- the transverse channel 26 is arranged in particular on an upper side of the pilot valve 21 facing away from the inflow channel 7 .
- the valve chamber 13 can be vented via the transverse channel and the transverse bores 27 .
- the triggering unit 2 is connected to the valve unit 3 by means of an adapter 28 and a union nut 29 held thereon.
- the union nut 29 is screwed with an external thread into a corresponding internal thread of the valve body 5 .
- the front side of the adapter 28 rests against the pilot valve 21 , in particular the pilot valve base body 22 .
- the tripping unit 2 has an essentially cylindrical housing 30 with a longitudinal axis 31 .
- a hood 32 is fastened, in particular screwed, to the housing 30 on an underside facing the valve unit 3 .
- the hood 32 forms a lower cover or cap of the housing 30.
- the hood 32 delimits a displacement 33 which extends along the longitudinal axis 31.
- the hood 32 is relative to the housing 30 by means of a hood sealing element, in particular in the form of a O-rings 34, sealed.
- the hood 32 has a connection pin 35, which is in particular formed in one piece, to which the adapter 28 is releasably attached and in particular screwed.
- An anchor plate 36 is arranged in the cubic capacity 33 enclosed by the hood 32 and the housing 30 .
- the armature plate 36 rests on the underside of the housing 30 at the front.
- the anchor plate 36 is designed in the form of an annular disk.
- the anchor plate 36 is made of a magnetizable material, in particular in one piece.
- the anchor plate 36 has an actuating rod 37 which extends along the longitudinal axis 31 .
- the anchor plate 36 and the actuating rod 37 are each designed separately, ie in two parts. It is conceivable that the anchor plate 36 is designed in one piece with the actuating rod 37 .
- the actuating rod 37 is passed through a through-opening in the anchor plate 36 and is held axially by a radial collar 38 on an upper side of the anchor plate 36 facing the housing 30 .
- the radial collar 38 has an outer diameter, oriented with respect to the longitudinal axis 31, which is larger than an inner diameter of the through-opening in the anchor plate 36.
- the actuating rod 37 extends along the longitudinal axis 31 through the displacement 33 and through a central opening in the hood 32 and in particular the hood pin 35 and the adapter 28.
- the actuating rod 37 protrudes into the valve body 5.
- the actuating rod is arranged at an axial distance from the pilot valve 21 and in particular from the release pin 23 .
- An electromagnet 39 is arranged in the housing 30 and has a central pole core 40 and a coil 41 surrounding the pole core 40 .
- the coil 41 is electrically connected to a connector 42 .
- the connection element 42 is designed in the form of an electrical plug and enables connection to an electrical power source.
- the coil 41 is positioned in the housing 30 by means of a frame-like holding element 43 and is thereby held in particular axially with respect to the longitudinal axis 31 .
- the holding element 43 is held in place by a plurality of radial screws which are guided through external bores in the housing 30 . In 1 only one radial screw 44 is shown, which is partially covered by the connection element 42 . Further radial screws 44 are arranged in particular along the outer circumference of the housing 30, ie in other sectional planes.
- the pole core 40 is designed essentially as a hollow cylinder. It rests against the anchor plate 36 with its lower annular end face. On its opposite end face, the pole core 40 has a circumferential radial overhang 45 . In the sectional view according to 1 the pole core 40 is essentially T-shaped.
- a permanent magnet 46 is arranged on the pole core 40 on its upper side opposite the armature plate 36 .
- the permanent magnet 46 is designed in the form of an annular disk.
- the permanent magnet 46 rests against the radial projection 45 on the front side.
- the permanent magnet 46 has a permanent magnetic field that acts on the armature plate 36 and exerts a holding force F H on the armature plate 36 .
- the holding force F H is oriented along the longitudinal axis from the anchor plate 36 to the permanent magnet 46 .
- An adjusting element 47 is arranged on the permanent magnet 46 on its upper side facing away from the pole core 40 and is arranged sealed in the housing 30 by means of an adjusting element sealing element 48 .
- the adjusting element 47 has an adjusting thread 49 which is designed in one piece as an external thread on the adjusting element 47 which is designed essentially in the manner of a sleeve.
- the adjustment thread 49 engages in a motion thread 50 of the housing.
- the movement thread 50 extends from an upper end of the housing 30 along the longitudinal axis 31.
- the movement thread 50 is designed as an internal thread on the housing 30 accordingly.
- the adjustment thread 49 and the movement thread 50 are designed as metric fine threads.
- the adjustment element 47 protrudes in the axial direction with respect to the longitudinal axis 31 on an upper side of the housing 30 .
- a lock nut 51 is screwed onto the adjusting element 47 and is supported axially on the end face of the housing 30 .
- the axial position of the adjustment element 47 relative to the housing 30 is secured by means of the lock nut 51 .
- the adjusting element 47 is designed essentially as a hollow cylinder with a transverse floor 52.
- a spring housing 53 is supported axially on the transverse floor 52 and is sealed off from the adjusting element 47 by means of a spring housing sealing element 54.
- the spring housing 53 is screwed with an external thread into a corresponding internal thread in the setting element 47 .
- the spring housing 53 is designed essentially as a hollow cylinder and is held concentrically with respect to the longitudinal axis 31 on the setting element 47 .
- the spring housing has a spring chamber in which a spring bolt 55 is arranged in an axially displaceable manner.
- the Spring Bolt 55 forms a ram.
- the spring bolt 55 is guided axially with a cylinder section 56 in a guide bore 57 of the spring housing 53 and is sealed in the guide bore 57 by means of a spring bolt sealing element 58 .
- the spring bolt 55 has a transverse plate 59 on which a helical compression spring 60 is supported axially.
- the transverse plate is designed in one piece with the spring bolt 55.
- the transverse plate 59 forms a plate section of the spring bolt 55.
- the helical compression spring 60 forms a mechanical force storage element.
- the helical compression spring 60 is axially supported at its opposite upper side on a bottom surface 61 of the spring housing 53 which delimits the interior space of the spring housing 53 .
- the spring bolt 55 is arranged at a distance from the transverse floor 52 .
- the helical compression spring 61 is prestressed, ie axially compressed.
- the helical compression spring 60 exerts a displacement force Fv on the plate section 59, ie on the spring bolt 55.
- the displacement force Fv is according to 1 directed vertically downwards, i.e. oriented in the opposite direction to the holding force F H .
- the displacement force Fv is smaller than the holding force F H .
- the anchor plate 36 is reliably held on the housing 30 and the pole core 40 .
- the spring bolt 55 makes contact with a transmission rod 62 on an underside of the spring bolt 55, that is to say on a lower end face of the plate section 59, and is therefore mechanically coupled thereto.
- the transmission rod 62 mechanically represents a connection in the axial direction between the spring bolt 55 and the actuating rod 37 the permanent magnet 46 and in the pole core 40 out.
- the transmission rod is essentially cylindrical and rests with an upper face on the plate section 59 of the spring bolt 55 and with the opposite face on the radial collar 38 of the actuating rod 37 . It is also fundamentally conceivable that the transmission rod is designed integrally with the actuating rod 37 or integrally with the spring bolt 55 or integrally with both.
- triggering device 1 in particular the triggering unit 2 and the valve unit 3, is explained in more detail below.
- the compressed gas tank 4 is closed by means of the valve unit 3. Gas can flow from the compressed gas tank 4 into the valve unit 3 via the inflow channel 7 . The gas flows through the throttle opening 20 and the throttle channel 19 into the valve chamber 13. A further flow of gas out of the valve chamber 13 is via the valve chamber 13, in particular to the transverse channel 26 and the transverse bores 27 through the release pin 23 and the release pin arranged thereon - Sealing element 24 prevented.
- the gas arranged in the valve chamber 13 is arranged in the valve chamber 13 with the same pressure, i.e. with high pressure, and acts on the rear side of the valve element 9 with a closing force on the valve element 9, which presses the valve element 9 in the direction of the inflow channel 7.
- This closing force is greater than an opening force which acts on the valve element 9 from the gas via the inflow channel 7, since the rear cross-sectional area on the rear side of the valve element 19 facing the valve chamber 13 is larger than that which faces the inflow channel 7. Due to these surface ratios, the valve element 9 is in 1 Arrangement shown with the seat element 15 pressed against the valve seat 8.
- the inflow channel 7 is sealed. A gas flow from the inflow channel 7 into the discharge channel 11 is reliably ruled out and prevented.
- the trigger unit 2 in a non-actuated, so not activated state.
- the coil 41 is not energized.
- the holding force F H already explained above acts on the anchor plate 36 and pulls the anchor plate 36 with the actuating rod 37 held thereon upwards in the direction of the housing 30 .
- the actuating rod 37 is arranged at an axial distance from the release pin 23 .
- the actuating rod 37 is according to 1 in the retracted position, ie retracted into the housing 30.
- the holding force F H is counteracted by the displacement force Fv, which is exerted on the actuating rod 37 by the energy storage element 60 via the spring bolt 55 and the transmission rods 62 .
- the permanent magnet 46 and the force storage element 60 are in particular dimensioned such that the holding force F H is greater than the displacement force Fv.
- the electromagnet 39 is activated by the coil 41 being energized.
- the electromagnet 39 has an opposing magnetic field that counteracts the permanent magnetic field of the permanent magnet 46 .
- the effective holding force F H,eff is reduced compared to the holding force F H in the de-energized state of the coil 41 .
- the effective holding force F H, eff is smaller than the displacement force Fv, which occurs as a result of the energy storage element 60 acts on the spring bolt 55.
- the spring bolt 55 is displaced downwards along the longitudinal axis 31 as a result of the displacement force Fv in the spring housing 53 , ie towards the transverse base 52 .
- the displacement of the spring bolt 55 immediately causes a displacement of the transmission rod 62 and the actuating rod 37.
- the downwardly displaced actuating rod 37 comes into contact with the release pin 23 in the valve unit 3 and displaces it with the release pin sealing element 24 away from the sealing surface 25.
- the valve chamber 13 is no longer sealed and gas can escape from the valve chamber 13 past the sealing surface 25 via the transverse channel 26 and the transverse bores 27 to the atmosphere.
- valve element 9 Due to this pressure loss in the valve chamber 13, the valve element 9 is lifted off the valve 8 and displaced in the direction of the pilot valve 22. This creates a direct fluid connection between the inflow channel 7 and the discharge channel 11 . Gas can be discharged from the compressed gas tank 4 via the valve unit 3, in particular the discharge nozzle 10, which is also referred to as the valve outlet.
- the holding force F H which is exerted by the permanent magnet 46 on the armature plate 36, is reinforced by the metallic elements, in particular the housing 30 and the pole core 40.
- the armature plate 36 rests on the underside of the housing 30 at the front.
- adjustment element 47 enables fine adjustment of pole core 40. This ensures that the Pole core 40 as well as housing 30 abut axially against armature plate 36 . Accidental axial gaps are avoided.
- the magnetic holding force F H can be reliably ensured.
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Abstract
Description
- Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2021 209 075.3 wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen. - Die Erfindung betrifft eine elektrische Auslöseeinheit zum Aktivieren einer Ventileinheit, eine Auslöseeinrichtung mit einer derartigen Auslöseeinheit sowie einen Druckgasbehälter mit einer derartigen Auslöseeinrichtung.
- Druckgasbehälter dienen zum Bevorraten eines Gases unter Druck, insbesondere unter Hochdruck. Zur Abgabe des Gases aus dem Druckgasbehälter ist an diesem eine Ventileinheit angeschlossen. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, beispielsweise einem Löschgasbehälter ist es erforderlich, eine zuverlässige, insbesondere automatisierte Abgabe des Druckgases aus dem Druckgasbehälter zu gewährleisten. Dazu kann eine elektrische Auslöseeinheit genutzt werden, die insbesondere elektrisch ansteuerbar ist.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das automatisierte Auslösen einer Ventileinheit an einem Druckgasbehälter mittels einer elektrischen Auslöseeinheit zuverlässiger zu gestalten und insbesondere die Funktionssicherheit für den Druckgasbehälter, insbesondere in einer Brandlöschanlage, zu erhöhen.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Auslöseeinheit mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, durch eine Auslöseeinrichtung mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen sowie durch einen Druckgasbehälter mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen.
- Eine erfindungsgemäße elektrische Auslöseeinheit umfasst eine Ankerplatte aus einem magnetisierbaren Material und eine Betätigungsstange, die zum Betätigen einer mit der Auslöseeinheit verbundenen Ventileinheit dient. Die Betätigungsstange ist insbesondere mechanisch mit der Ankerplatte gekoppelt. Insbesondere ist die Betätigungsstange von der Ankerplatte gehalten. Eine Axialbetätigung der Betätigungsstange von einer eingezogenen Position in eine ausgefahrene Position ist durch die Ankerplatte verhindert, solange die Ankerplatte infolge der magnetischen Haltekraft gehalten ist. Es ist möglich, die Betätigungsstange und die Ankerplatte einteilig auszuführen. Die Auslöseeinheit weist ferner einen Permanentmagneten mit einem Permanentmagnetfeld auf, das eine Haltekraft verursacht, die auf die Ankerplatte wirkt. Insbesondere ist die Ankerplatte aus einem magnetisierbaren Material, insbesondere aus einem magnetisierbaren Stahl, insbesondere aus einem Baustahl oder aus einem Automatenstahl, hergestellt. Durch das Permanentmagnetfeld wird die Ankerplatte in der eingezogenen Position gehalten, in der die Ventileinheit unbetätigt, also nicht ausgelöst ist. Die Betätigungsstange ist insbesondere aus einem nicht magnetisierbaren Material hergestellt, insbesondere aus nicht magnetisierbarem Metall, insbesondere aus Messing.
- Die Auslöseeinheit weist ferner ein Kraftspeicherelement auf, das mit der Ankerplatte mechanisch gekoppelt ist. Durch die mechanische Kopplung übt das Kraftspeicherelement auf die Ankerplatte eine Verlagerungskraft aus, die der Haltekraft entgegengerichtet ist. Die von dem Kraftspeicherelement ausgeübte Verlagerungskraft wirkt der Haltekraft des Permanentmagneten entgegen. Die Haltekraft des Permanentmagneten ist größer als die Verlagerungskraft des Kraftspeicherelementes, so dass die Ankerplatte und die Betätigungsstange zuverlässig in der eingezogenen Position angeordnet sind.
- Die elektrische Auslöseeinheit weist ferner ein Gehäuse mit einer Längsachse auf. Zudem weist die Auslöseeinheit einen Elektromagneten auf, der insbesondere in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Elektromagnet umfasst einen Polkern und eine bestrombare Spule. Im bestromten Zustand der Spule weist der Elektromagnet ein Gegenmagnetfeld auf, das dem Permanentmagnetfeld entgegengerichtet ist. Die einander entgegengerichteten Magnetfelder bewirken ein effektives Magnetfeld, das eine effektive Feldstärke aufweist. Die effektive Feldstärke ergibt sich aus der Differenz der Feldstärke des Permanentmagneten und der Feldstärke des Elektromagneten. Bei einer Bestromung der Spule, also im bestromten Zustand des Elektromagneten, wird die Feldstärke des Permanentmagnetfeldes durch die des Elektromagneten reduziert, so dass die auf die Ankerplatte wirkende Haltekraft reduziert wird. Insbesondere wird die Haltekraft soweit reduziert, dass die Verlagerungskraft des Kraftspeicherelementes größer ist als die reduzierte Haltekraft des Permanentmagneten. Die reduzierte Haltekraft ist eine effektive Haltekraft. Wesentlich ist, dass die effektive Haltekraft kleiner ist als die Verlagerungskraft des Kraftspeicherelements. Infolgedessen werden die Ankerplatte und die Betätigungsstange entlang der Längsachse des Gehäuses, insbesondere aus dem Gehäuse heraus, verlagert, so dass eine Betätigung der Ventileinheit gewährleistet ist. Ankerplatte und Betätigungsstange befinden sich dann in der ausgefahrenen Position.
- Die Auslöseeinheit weist ferner ein Einstellelement auf, das zum Einstellen der Position des Polkerns in dem Gehäuse dient. Insbesondere kann die Position des Polkerns mit dem Einstellelement entlang der Längsachse veränderlich festgelegt werden. Überraschend wurde erkannt, dass die von dem Permanentmagneten auf die Ankerplatte ausgeübte Haltekraft durch unbeabsichtigte Spalte, insbesondere Luftspalte, die isolierend auf die magnetische Haltekraft wirken, negativ beeinträchtigt sein kann. Ein derartiger Luftspalt kann durch Fertigungstoleranzen und/oder Oberflächenbeschichtungen resultieren. Insbesondere wurde gefunden, dass die Haltekraftreduktion umso größer ist, je größer ein Abstand zwischen den Komponenten ist. Das Einstellelement ermöglicht es, Luftspalte, insbesondere zwischen dem Polkern und der Ankerplatte, zu minimieren und insbesondere vollständig zu vermeiden. Mittels des Einstellelements ist insbesondere gewährleistet, dass die Ankerplatte in der eingezogenen Position unmittelbar an dem Polkern anliegt. Insbesondere liegt die Ankerplatte in der eingezogenen Position an dem Gehäuse an. Das Einstellelement ermöglicht eine sogenannte Nullpunktjustierung, also eine veränderlich einstellbare Axialpositionierung des Polkerns relativ zu dem Gehäuse. Insbesondere ermöglicht das Einstellelement eine Festlegung der Axialposition des Polkerns gegenüber dem Gehäuse mit einer Genauigkeit von +/- 0,02 mm.
- Bei der erfindungsgemäßen Auslöseeinheit ist die Haltekraft des Permanentmagneten zuverlässig festgelegt. Eine unerwünschte Haltekraftreduktion infolge von unbekannten und/oder undefinierten Luftspalten ist vermieden. Dadurch kann die auf die Ankerplatte wirkende Haltekraft zuverlässig bestimmt und das Kraftspeicherelement und der Elektromagnet zuverlässig dimensioniert werden. Eine Fehlfunktion der elektrischen Auslöseeinheit sowie das damit verbundene Sicherheitsrisiko sind ausgeschlossen.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine geschützte Anordnung der Komponenten im Gehäuse. Insbesondere ist das Gehäuse abgedichtet. Eine Kappe an dem Gehäuse kann eine Führungsfunktion für die Betätigungsstange entlang der Längsachse ermöglichen.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 3 gewährleistet eine unkomplizierte und stufenlose Verstellung der Axialposition des Polkerns im Gehäuse. Das Einstellelement weist ein Einstellgewinde, insbesondere ein Einstell-Außengewinde auf, das mit einem Bewegungsgewinde des Gehäuses, das insbesondere als Innengewinde ausgeführt ist, korrespondiert. Insbesondere sind das Einstellgewinde und das Bewegungsgewinde jeweils als metrisches Gewinde und insbesondere als metrisches Feingewinde ausgeführt.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine besonders unkomplizierte und unmittelbare Verlagerung des Polkerns im Gehäuse. Der Polkern ist insbesondere entlang der Längsachse im Gehäuse verlagerbar, insbesondere axial verschiebbar, angeordnet. Insbesondere liegt das Einstellelement unmittelbar am Permanentmagneten an, der unmittelbar am Polkern anliegt. Insbesondere sind also das Einstellelement und der Permanentmagnet sowie der Permanentmagnet und der Polkern jeweils paarweise unmittelbar miteinander gekoppelt. Es ist auch denkbar, dass das Einstellelement unmittelbar mit dem Polkern mechanisch gekoppelt ist, insbesondere unmittelbar aneinander anliegen, sich also berühren.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 5 gewährleistet die Sicherung der Position des Einstellelements am Gehäuse. Eine Kontermutter sichert die Axialposition des Einstellelements am Gehäuse. Die Kontermutter ist insbesondere axial am Gehäuse abgestützt. Insbesondere ist die Kontermutter an einem Federgehäuse verschraubt, das an dem Gehäuse der Auslöseeinheit befestigt und insbesondere daran verschraubt ist.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 6 vereinfacht den Anschluss an eine elektrische Stromquelle. Insbesondere ist eine definierte, insbesondere standardisierte Anschlussmöglichkeit gewährleistet.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 7 ist unkompliziert und robust. Ein Kraftspeicherelement als Schraubenfeder ist kleinbauend und effizient ausgeführt. Eine Schraubenfeder ist langlebig und als standardisiertes Bauteil kosteneffizient verfügbar. Im Vergleich zu einer Tellerfeder oder einem Tellerfederpaket weist eine Schraubenfeder reduzierte Reibwerte auf, so dass die Verlagerung der Ankerplatte im Wesentlichen reibungsfrei möglich ist. Die Betätigung der Auslöseeinheit ist durch Reibungskräfte nicht negativ beeinflusst. Die Performance der Auslöseeinheit ist vorteilhaft.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 8 ermöglicht eine effiziente und unmittelbare Ausübung der Verlagerungskraft.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 9 gewährleistet eine unkomplizierte und zuverlässige Kopplung eines Federgehäuses. Insbesondere ist das Federgehäuse an dem Gehäuse lösbar befestigt und insbesondere daran verschraubt. Insbesondere ist das Federgehäuse mit einem Außengewinde in ein Innengewinde des Einstellelements eingeschraubt und somit an dem Gehäuse befestigt.
- Eine Auslöseeinheit gemäß Anspruch 10 vereinfacht die Betätigung der Betätigungsstange.
- Eine Auslöseeinrichtung gemäß Anspruch 11 weist im Wesentlichen die Vorteile der erfindungsgemäßen Auslöseeinheit auf, worauf hiermit verwiesen wird. Die Ventileinheit ist insbesondere selbstschließend ausgeführt, das heißt die Ventileinheit befindet sich standardmäßig in einem geschlossenen Zustand. Die Ventileinheit ist mittels der Auslöseeinheit betätigbar, also öffenbar.
- Eine Auslöseeinrichtung gemäß Anspruch 12 gewährleistet ein zuverlässiges und unkompliziertes Öffnen der Ventileinheit. Insbesondere ist ein vorgespanntes Ventilelement in der Ventileinheit vorgesehen, wobei das Ventilelement mittels der Betätigungsstange betätigbar ist. Insbesondere wirkt die Betätigungsstange unmittelbar mechanisch mit dem Ventilelement zusammen.
- Ein Druckgasbehälter gemäß Anspruch 13 weist im Wesentlichen die Vorteile der Auslöseeinrichtung auf, worauf hiermit verwiesen wird.
- Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Auslöseeinrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielshaften Charakter auf.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Auslöseeinrichtung in einem deaktivierten Zustand einer Ventileinheit,
- Fig. 2
- eine vergrößerte Detaildarstellung des Details II in
Fig. 1 , und - Fig. 3
- eine
Fig. 1 entsprechende Darstellung in einem aktivierten Zustand der Ventileinheit. - Eine in
Fig. 1 bis 3 jeweils als Ganzes mit 1 gekennzeichnete Auslöseeinrichtung umfasst eine elektrische Auslöseeinheit 2, die mit einer Ventileinheit 3 gekoppelt ist. Die Auslöseeinrichtung 1 ist mit der Ventileinheit 3 an einen Druckgasbehälter 4 angeschlossen. In dem Druckgasbehälter 4 ist Gas, insbesondere Löschgas, insbesondere Kohlenstoffdioxid (CO2), Argon (Ar) oder Stickstoff (N2) unter Druck, insbesondere unter Hochdruck bevorratet. Der Innendruck in dem Druckgasbehälter 4 beträgt insbesondere mindestens 50 bar, insbesondere mindestens 100 bar, insbesondere mindestens 200 bar, insbesondere mindestens 250 bar und insbesondere mindestens 300 bar. Der Druckgasbehälter 4 kann insbesondere in einer Gaslöschanlage verwendet werden, um das Gas aus dem Druckgasbehälter 4 im Brandfall zum Löschen eines Brandherdes abzugeben. Insbesondere soll das Löschgas aus dem Druckgasbehälter 4 automatisiert abgegeben werden, wenn ein Brandherd detektiert worden ist. - Zur, insbesondere automatisierten, Abgabe des Gases aus dem Druckgasbehälter 4 dient die Auslöseeinrichtung 1.
- Die Ventileinheit 3 weist einen Ventilgrundkörper 5 auf, an dem ein Einführstutzen 6, insbesondere einteilig, ausgeführt ist, mit dem der Ventilgrundkörper 5 in den Druckgasbehälter 4 eingeführt und daran angeschlossen ist. In dem Einführstutzen 6 ist ein Zuströmkanal 7 integriert, über den Druckgas aus dem Druckgasbehälter 4 in die Ventileinheit 3 einströmen kann. An einem im Ventilgrundkörper 5 angeordneten Ende des Zuströmkanals 7 ist ein Ventilsitz 8 ausgeführt, an dem ein Ventilelement 9 gemäß
Fig. 1 und2 abdichtend anliegt. Das Ventilelement 9 trennt den Zuströmkanal 7 und einen in einem Abgabestutzen 10 integrierten Abgabekanal 11. An den Abgabestutzen 10 kann eine Löschleitung angeschlossen sein. Aus Darstellungsgründen ist die Löschleitung in den Figuren nicht gezeigt. An dem Abgabestutzen 10 ist eine Schutzkappe 12 angeordnet, insbesondere aufgeschraubt. Der Abgabekanal 11 weist eine Längsachse auf, die quer und insbesondere senkrecht zu einer Längsachse des Zuströmkanals 7 orientiert ist. - Der Zuströmkanal 7 und der Abgabekanal 11 münden in einen Ventilraum 13, in dem das Ventilelement 9 verlagerbar und mittels eines Ventilelement-Dichtelements 14 abgedichtet verlagerbar angeordnet ist. Das Ventilelement 9 ist entlang einer Axialrichtung verlagerbar, die insbesondere parallel zur Längsachse des Zuströmkanals 7 orientiert ist. Durch die Axialverlagerung wird das Ventilelement 9 von dem Ventilsitz 8 wegverlagert oder zu dem Ventilsitz 8 hin verlagert. Das Ventilelement-Dichtelement 14 ist insbesondere als O-Ring ausgeführt und in einer Außennut des Ventilelements 9 angeordnet. Das Ventilelement-Dichtelement 14 liegt abdichtend an einer Innenwandung des Ventilraums 13 an.
- An einer unteren, dem Ventilsitz 8 zugewandten Stirnseite ist an dem Ventilelement 9 ein Sitzelement 15 angeordnet. Das Sitzelement 15 ist insbesondere aus einem Dichtmaterial ausgeführt. Das Sitzelement 15 ist ringscheibenförmig ausgeführt und in einer dazu korrespondierenden, stirnseitigen Ausnehmung an dem Ventilelement 9 angeordnet. In der nicht aktivierten Anordnung der Auslöseeinrichtung 1 gemäß
Fig. 1 liegt das Sitzelement 15 abdichtend am Ventilsitz 8 an. Dem Zuströmkanal 7 zugewandt ist an dem Ventilelement 9 ein Drosselelement 16 angeordnet. Das Drosselelement 16 ist hülsenartig ausgeführt, stirnseitig in das Ventilelement 9 eingeschraubt und weist einen äußeren, dem Zuströmkanal 7 zugewandten Ringbund 17 auf. Der Ringbund 17 dient als axiale Fixierung für das Sitzelement 15. Das Sitzelement 15 ist mittels des Drosselelements 16 axial an dem Ventilelement 9 befestigt. Das Drosselelement 16 ist gegenüber dem Sitzelement 15 mittels eines Drosselelement-Dichtelements 18 abgedichtet, das als O-Ring ausgeführt ist. Das Drosselelement 16 weist einen axial orientierten Drosselkanal 19 mit einer dem Zuströmkanal 7 zugewandten Drosselöffnung 20 auf. Der Drosselkanal 19 ist durchgängig ausgeführt, erstreckt sich also entlang der Länge des Ventilelements 9. Über dem Drosselkanal 19 ist eine fluidtechnische Verbindung von dem Zuströmkanal 7 in den Ventilraum 13 gebildet. - Die Drosselöffnung 20 weist einen minimalen Innendurchmesser di, min auf, der kleiner ist, insbesondere deutlich kleiner als ein Innendurchmesser di,Z des Zuströmkanals 7. Die Drosselöffnung 20 ist eine Druckausgleichsbohrung, die den Ventilraum 13 mit dem Zuströmkanal 7 verbindet. Insbesondere ermöglicht die Druckausgleichsbohrung, dass ein Druckabfall im Ventilraum 13 durch kleinste Leckagen ausgeglichen wird, um ein unbeabsichtigtes Auslösen der Ventileinheit 3 zu verhindern.
- An seiner dem Zuströmkanal 7 gegenüberliegenden Oberseite ist der Ventilraum 13 mittels eines Pilotventils 21 abgedichtet verschließbar. Das Pilotventil 21 weist einen Pilotventil-Grundköper 22 mit einer Axialbohrung auf, in der ein Auslösestift 23 axial verlagerbar angeordnet ist. Der Pilotventil-Grundkörper 22 ist insbesondere in dem Ventilgrundkörper 5 eingeschraubt. An dem Auslösestift 23 ist ein Auslösestift-Dichtelement 24, insbesondere in Form eines O-Rings, befestigt. In der in
Fig. 1 und2 gezeigten, nicht ausgelösten Anordnung der Ventileinheit 3 liegt der Auslösestift mit dem Auslösestift-Dichtelement 24 abdichtend an einer Dichtfläche 25 des Pilotventil-Grundkörpers 22 an. Dadurch ist der Ventilraum 13 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Mit dem Durchgangskanal des Pilotventils 21 sind ein Querkanal 26 in dem Ventilgrundkörper 5 und insbesondere eine oder mehrere Querbohrungen 27 in der Seitenwand des Ventilgrundkörpers 5 in Fluidverbindung. Der Querkanal 26 ist insbesondere an einer dem Zuströmkanal 7 abgewandten Oberseite des Pilotventils 21 angeordnet. Über den Querkanal und die Querbohrungen 27 ist eine Entlüftung des Ventilraums 13 möglich. - Die Auslöseeinheit 2 ist mittels eines Adapters 28 und einer daran gehaltenen Überwurfmutter 29 mit der Ventileinheit 3 verbunden. Insbesondere ist die Überwurfmutter 29 mit einem Außengewinde in ein korrespondierendes Innengewinde des Ventilgrundkörpers 5 eingeschraubt. Insbesondere liegt der Adapter 28 stirnseitig an dem Pilotventil 21, insbesondere dem Pilotventil-Grundkörper 22 an.
- Die Auslöseeinheit 2 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 30 mit einer Längsachse 31 auf. An einer der Ventileinheit 3 zugewandten Unterseite ist an dem Gehäuse 30 eine Haube 32 befestigt, insbesondere aufgeschraubt. Die Haube 32 bildet einen unteren Deckel oder eine Kappe des Gehäuses 30. Die Haube 32 begrenzt einen Hubraum 33, der sich entlang der Längsachse 31 erstreck. Die Haube 32 ist gegenüber dem Gehäuse 30 mittels eines Hauben-Dichtungselements, insbesondere in Form eines O-Rings 34, abgedichtet. Die Haube 32 weist einen, insbesondere einteilig angeformten, Anschlusszapfen 35 auf, an dem der Adapter 28 lösbar befestigt und insbesondere aufgeschraubt ist.
- In dem von der Haube 32 und dem Gehäuse 30 umschlossenen Hubraum 33 ist eine Ankerplatte 36 angeordnet. Die Ankerplatte 36 liegt stirnseitig an einer Unterseite des Gehäuses 30 an. Die Ankerplatte 36 ist ringscheibenförmig ausgeführt. Die Ankerplatte 36 ist aus einem magnetisierbaren Material, insbesondere einteilig ausgeführt.
- Die Ankerplatte 36 weist eine Betätigungsstange 37 auf, die sich entlang der Längsachse 31 erstreckt. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ankerplatte 36 und die Betätigungsstange 37 jeweils separat, also zweiteilig, ausgeführt. Es ist denkbar, dass die Ankerplatte 36 mit der Betätigungsstange 37 einteilig ausgeführt ist. Die Betätigungsstange 37 ist durch eine Durchgangsöffnung in der Ankerplatte 36 geführt und an einer dem Gehäuse 30 zugewandten Oberseite der Ankerplatte 36 mit einem Radialbund 38 axial gehalten. Der Radialbund 38 hat einen bezüglich der Längsachse 31 orientierten Außendurchmesser, der größer ist als ein Innendurchmesser der Durchgangsöffnung in der Ankerplatte 36.
- Die Betätigungsstange 37 erstreckt sich entlang der Längsachse 31 durch den Hubraum 33 und durch eine zentrische Öffnung der Haube 32 und insbesondere des Haubenzapfens 35 sowie des Adapters 28. Die Betätigungsstange 37 ragt bis in den Ventilgrundkörper 5. Gemäß
Fig. 1 ist die Betätigungsstange axial beabstandet zu dem Pilotventil 21 und insbesondere zu dem Auslösestift 23 angeordnet. - In dem Gehäuse 30 ist ein Elektromagnet 39 angeordnet, der einen zentrischen Polkern 40 und eine den Polkern 40 umgebende Spule 41 aufweist. Die Spule 41 ist elektrisch mit einem Anschlusselement 42 verbunden. Das Anschlusselement 42 ist in Form eines elektrischen Steckers ausgeführt und ermöglicht das Anschließen an eine elektrische Stromquelle. Die Spule 41 ist mittels eines rahmenartigen Haltelements 43 in dem Gehäuse 30 positioniert und dadurch insbesondere axial bezüglich der Längsachse 31 gehalten. Das Halteelement 43 ist durch mehrere Radialschrauben, die durch Außenbohrungen in dem Gehäuse 30 geführt sind, gehalten. In
Fig. 1 ist lediglich eine Radialschraube 44 dargestellt, die teilweise durch das Anschlusselement 42 verdeckt ist. Weitere Radialschrauben 44 sind insbesondere entlang des äußeren Umfangs des Gehäuses 30, also in anderen Schnittebenen angeordnet. - Der Polkern 40 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt. Mit seiner unteren ringförmigen Stirnseite liegt er an der Ankerplatte 36 an. An seiner gegenüberliegenden Stirnseite weist der Polkern 40 einen umlaufenden Radialüberstand 45 auf. In der Schnittansicht gemäß
Fig. 1 ist der Polkern 40 im Wesentlichen T-förmig ausgeführt. An seiner, der Ankerplatte 36 gegenüberliegenden Oberseite ist an dem Polkern 40 ein Permanentmagnet 46 angeordnet. Der Permanentmagnet 46 ist ringscheibenförmig ausgeführt. Der Permanentmagnet 46 liegt an dem Radialüberstand 45 stirnseitig an. Der Permanentmagnet 46 weist ein Permanentmagnetfeld auf, das auf die Ankerplatte 36 wirkt und eine Haltekraft FH auf die Ankerplatte 36 ausübt. Die Haltekraft FH ist entlang der Längsachse von der Ankerplatte 36 zu dem Permanentmagneten 46 hin orientiert. - An seiner dem Polkern 40 abgewandten Oberseite ist an dem Permanentmagneten 46 ein Einstellelement 47 angeordnet und mittels eines Einstellelement-Dichtelements 48 im Gehäuse 30 abgedichtet angeordnet. Das Einstellelement 47 weist ein Einstellgewinde 49 auf, das als Außengewinde an dem im Wesentlichen hülsenartig ausgeführten Einstellelement 47 einteilig ausgeführt ist. Das Einstellgewinde 49 greift in ein Bewegungsgewinde 50 des Gehäuses auf. Das Bewegungsgewinde 50 erstreckt sich von einem oberen Ende des Gehäuses 30 entlang der Längsachse 31. Das Bewegungsgewinde 50 ist entsprechend als Innengewinde am Gehäuse 30 ausgeführt. Insbesondere sind das Einstellgewinde 49 und das Bewegungsgewinde 50 als metrische Feingewinde ausgeführt.
- Das Einstellelement 47 ragt in axialer Richtung bezüglich der Längsachse 31 an einer Oberseite an dem Gehäuse 30 vor. In diesem Bereich ist an dem Einstellelement 47 eine Kontermutter 51 aufgeschraubt und axial an der Stirnseite des Gehäuses 30 abgestützt. Mittels der Kontermutter 51 ist die Axialposition des Einstellelements 47 gegenüber dem Gehäuse 30 gesichert.
- Das Einstellelement 47 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt mit einem Querboden 52. An dem Querboden 52 ist axial ein Federgehäuse 53 abgestützt und mittels eines Federgehäuse-Dichtelements 54 gegenüber dem Einstellelement 47 abgedichtet. Das Federgehäuse 53 ist mit einem Außengewinde in ein korrespondierendes Innengewinde in das Einstellelement 47 eingeschraubt. Das Federgehäuse 53 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt und konzentrisch bezüglich der Längsachse 31 an dem Einstellelement 47 gehalten. Das Federgehäuse weist einen Federraum auf, in dem ein Federbolzen 55 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Federbolzen 55 bildet einen Stößel. Der Federbolzen 55 ist mit einem Zylinderabschnitt 56 in einer Führungsbohrung 57 des Federgehäuses 53 axial geführt und mittels eines Federbolzen-Dichtelements 58 in der Führungsbohrung 57 abgedichtet. An einem dem Zylinderabschnitt 56 gegenüberliegenden Ende weist der Federbolzen 55 eine Querplatte 59 auf, an der eine Schraubendruckfeder 60 axial abgestützt ist. Die Querplatte ist einteilig mit dem Federbolzen 55 ausgeführt. Die Querplatte 59 bildet einen Tellerabschnitt des Federbolzens 55.
- Die Schraubendruckfeder 60 bildet ein mechanisches Kraftspeicherelement. Die Schraubendruckfeder 60 ist an ihrer gegenüberliegenden Oberseite axial an einer Bodenfläche 61 des Federgehäuses 53 abgestützt, die den Innenraum des Federgehäuses 53 begrenzt. In der in
Fig. 1 gezeigten Darstellung ist der Federbolzen 55 beabstandet zu dem Querboden 52 angeordnet. In dieser Anordnung ist die Schraubendruckfeder 61 vorgespannt, also axial komprimiert. In dieser Anordnung übt die Schraubendruckfeder 60 eine Verlagerungskraft Fv auf den Tellerabschnitt 59, also auf den Federbolzen 55, aus. Die Verlagerungskraft Fv ist gemäßFig. 1 vertikal nach unten gerichtet, also der Haltekraft FH entgegengerichtet orientiert. Die Verlagerungskraft Fv ist kleiner als die Haltekraft FH. Die Ankerplatte 36 ist zuverlässig an dem Gehäuse 30 und dem Polkern 40 gehalten. - An einer Unterseite des Federbolzens 55, also an einer unteren Stirnfläche des Tellerabschnitts 59, kontaktiert der Federbolzen 55 eine Übertragungsstange 62, ist also mechanisch damit gekoppelt. Die Übertragungsstange 62 stellt mechanisch eine Verbindung in axialer Richtung zwischen dem Federbolzen 55 und der Betätigungsstange 37 dar. Dazu ist die Übergangsstange 62 jeweils durch Durchgangsbohrungen in dem Querboden 52, in dem Permanentmagneten 46 und in dem Polkern 40 geführt. Die Übertragungsstange ist im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und liegt mit einer oberen Stirnseite an dem Tellerabschnitt 59 des Federbolzens 55 und mit der gegenüberliegenden Stirnseite am Radialbund 38 der Betätigungsstange 37 an. Es ist auch grundsätzlich denkbar, dass die Übertragungsstange integral mit der Betätigungsstange 37 oder integral mit dem Federbolzen 55 oder integral mit beiden ausgeführt wird.
- Nachfolgend wird die Funktion der Auslöseeinrichtung 1, insbesondere der Auslöseeinheit 2 und der Ventileinheit 3 näher erläutert.
- Ausgehend von
Fig. 1 und2 ist der Druckgasbehälter 4 mittels der Ventileinheit 3 verschlossen. Gas kann aus dem Druckgasbehälter 4 über den Zuströmkanal 7 in die Ventileinheit 3 strömen. Durch die Drosselöffnung 20 und den Drosselkanal 19 strömt das Gas in den Ventilraum 13. Über den Ventilraum 13 ist eine weitere Strömung des Gases aus dem Ventilraum 13 heraus, insbesondere zu dem Querkanal 26 und den Querbohrungen 27 durch den Auslösestift 23 und das daran angeordnete Auslösestift-Dichtelement 24 verhindert. - Das in dem Ventilraum 13 angeordnete Gas ist mit demselben Druck, also mit Hochdruck, in dem Ventilraum 13 angeordnet und wirkt auf die Rückseite des Ventilelements 9 eine Schließkraft auf das Ventilelement 9 aus, das das Ventilelement 9 in Richtung des Zuströmkanals 7 drückt. Diese Schließkraft ist größer als eine Öffnungskraft, die von dem Gas über den Zuströmkanal 7 auf das Ventilelement 9 wirkt, da die rückwärtige Querschnittsfläche an der dem Ventilraum 13 zugewandten Rückseite des Ventilelements 19 größer ist, als die, die dem Zuströmkanal 7 zugewandt ist. Aufgrund dieser Flächenverhältnisse wird das Ventilelement 9 in der in
Fig. 1 gezeigten Anordnung mit dem Sitzelement 15 gegen den Ventilsitz 8 gedrückt. Der Zuströmkanal 7 ist abgedichtet. Eine Gasströmung von dem Zuströmkanal 7 in den Abgabekanal 11 ist zuverlässig ausgeschlossen und verhindert. - Gemäß
Fig. 1 und2 befindet sich die Auslöseeinheit 2 in einem nicht betätigten, also nicht aktivierten Zustand. In diesem Zustand ist die Spule 41 nicht bestromt. Das bedeutet, dass der Elektromagnet 39 kein eigenes Magnetfeld aufweist. Auf die Ankerplatte 36 wirkt die vorstehend bereits erläuterte Haltekraft FH, die die Ankerplatte 36 mit der daran gehaltenen Betätigungsstange 37 nach oben, in Richtung des Gehäuses 30 zieht. Aus diesem Grund ist die Betätigungsstange 37 axial beabstandet zu dem Auslösestift 23 angeordnet. Die Betätigungsstange 37 befindet sich gemäßFig. 1 in der eingezogenen Position, also in das Gehäuse 30 eingezogen. - Der Haltekraft FH wirkt die Verlagerungskraft Fv entgegen, die von dem Kraftspeicherelement 60 über den Federbolzen 55 und die Übertragungsstangen 62 auf die Betätigungsstange 37 ausgeübt wird. Der Permanentmagnet 46 und das Kraftspeicherelement 60 sind insbesondere derart dimensioniert, dass die Haltekraft FH größer ist als die Verlagerungskraft Fv.
- Zum Auslösen der Ventileinheit 3 wird der Elektromagnet 39 aktiviert, indem die Spule 41 bestromt wird. Im bestromten Zustand weist der Elektromagnet 39 ein Gegenmagnetfeld auf, das dem Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten 46 entgegenwirkt. Dadurch ist die effektive Haltekraft FH, eff gegenüber der Haltekraft FH im unbestromten Zustand der Spule 41 reduziert. Es gilt: FH > FH, eff. Wesentlich ist, dass die effektive Haltekraft FH, eff kleiner ist als die Verlagerungskraft Fv, die infolge des Kraftspeicherelements 60 auf den Federbolzen 55 wirkt. Entsprechend wird der Federbolzen 55 infolge der Verlagerungskraft Fv in dem Federgehäuse 53 entlang der Längsachse 31 nach unten, also zu dem Querboden 52 hin verlagert.
- Die Verlagerung des Federbolzens 55 bewirkt unmittelbar eine Verlagerung der Übertragungsstange 62 und der Betätigungsstange 37. Die nach unten verlagerte Betätigungsstange 37 kommt in Kontakt mit dem Auslösestift 23 in der Ventileinheit 3 und verlagert diesen mit dem Auslösestift-Dichtelement 24 weg von der Dichtfläche 25. Dadurch ist der Ventilraum 13 nicht mehr abgedichtet und Gas kann aus dem Ventilraum 13 an der Dichtfläche 25 vorbei über den Querkanal 26 und die Querbohrungen 27 an die Atmosphäre entweichen.
- Aufgrund dieses Druckverlusts im Ventilraum 13 wird das Ventilelement 9 vom Ventil 8 abgehoben und in Richtung des Pilotventils 22 verlagert. Dadurch wird eine unmittelbare Fluidverbindung zwischen dem Zuströmkanal 7 und dem Abgabekanal 11 geschaffen. Gas kann aus dem Druckgasbehälter 4 über die Ventileinheit 3, insbesondere den Abgabestutzen 10, der auch als Ventilausgang bezeichnet wird, abgegeben werden.
- Besonders vorteilhaft bei der Auslöseeinheit 2 ist, dass mittels des Einstellelements 47 die Axialpositionierung des Polkerns 40 relativ zu dem Gehäuse 30 veränderlich einstellbar möglich ist. Die Haltekraft FH, die von dem Permanentmagneten 46 auf die Ankerplatte 36 ausgeübt wird, wird durch die metallischen Elemente, insbesondere das Gehäuse 30 und den Polkern 40 verstärkt.
- Die Ankerplatte 36 liegt stirnseitig an der Unterseite des Gehäuses 30 an. Um zu verhindern, dass beispielsweise infolge von Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Einzelteile und/oder bei Montagetoleranzen axiale Abstände zwischen den Stirnflächen des Polkerns 40 und des Gehäuses 30 existieren, ermöglicht das Einstellelement 47 die Feinjustage des Polkerns 40. Damit kann sichergestellt werden, dass der Polkern 40 genauso wie das Gehäuse 30 axial an der Ankerplatte 36 anliegen. Unbeabsichtigte Axialspalte sind vermieden. Die magnetische Haltekraft FH kann zuverlässig sichergestellt werden.
Claims (13)
- Elektrische Auslöseeinheit zum Aktivieren einer Ventileinheit, wobei die Auslöseeinheit (2) umfassta. ein eine Längsachse (31) aufweisendes Gehäuse (30),b. einen Permanentmagneten (46), der ein Permanentmagnetfeld aufweist,c. einen Elektromagneten (39) umfassend einen Polkern (40) und eine bestrombare Spule (41), wobei der Elektromagnet (39) im bestromten Zustand ein dem Permanentmagnetfeld entgegenwirkendes Gegenmagnetfeld aufweist,d. eine entlang der Längsachse (31) relativ zu dem Gehäuse (30) verlagerbar angeordnete Ankerplatte (36), diei. aus magnetisierbarem Material hergestellt ist,ii. im unbestromten Zustand des Elektromagneten (39) am Gehäuse (30) und am Polkern (40) anliegt,iii. eine Betätigungsstange (37) aufweist,e. ein mit der Ankerplatte (36) mechanisch gekoppeltes Kraftspeicherelement (60), das im unbestromten Zustand des Elektromagneten (39) vorgespannt ist,f. ein Einstellelement (47) zum Einstellen der Position des Polkerns (40) entlang der Längsachse (31) relativ zum Gehäuse (30).
- Auslöseeinheit gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Gehäuse (30) befestigbare Kappe (32), durch die die Betätigungsstange (37) aus der Auslöseeinheit (2) abgedichtet herausgeführt ist.
- Auslöseeinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (47) ein Einstellgewinde (49) aufweist, das in ein Bewegungsgewinde (50) des Gehäuses (30) eingreift.
- Auslöseeinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (47) mit dem Polkern (40) mechanisch gekoppelt ist.
- Auslöseeinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kontermutter (51) zur Sicherung des Einstellelements (47) am Gehäuse (30).
- Auslöseeinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit der Spule (41) verbundenes elektrisches Anschlusselement (42) zum Anschließen an eine elektrische Stromquelle.
- Auslöseeinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftspeicherelement (60) als Schraubenfeder, insbesondere als Schraubendruckfeder, ausgeführt ist.
- Auslöseeinheit gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder in Längsrichtung der Längsachse (31) in einem Federgehäuse (53) und an einem Stößel (55) abgestützt ist, wobei der Stößel (55) entlang der Längsachse (31) relativ zu dem Federgehäuse (53) verlagerbar ist.
- Auslöseeinheit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federgehäuse (53) an dem Gehäuse (30) befestigt ist.
- Auslöseeinheit gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (36), insbesondere die Betätigungsstange (37), mechanisch mit dem Stößel (55) gekoppelt ist, insbesondere mittels Übertragungsstange (62).
- Auslöseeinrichtung mit einer Auslöseeinheit (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche und mit einer mit der Auslöseeinheit (2) verbundenen Ventileinheit (3), die an einem Druckgasbehälter (4) anschließbar ist.
- Auslöseeinrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (3) ein vorgespanntes Ventilelement (9) umfasst, das mittels der Betätigungsstange (37) betätigbar ist.
- Druckgasbehälter (4) mit einer an dem Druckgasbehälter (4) angeschlossenen Auslöseeinrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12.
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