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Überdruckventil
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Das
technische Gebiet der Erfindung betrifft Überdruckventile für Tanks.
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Aufgabe
dieser Überdruckventile
ist es, die Entlastung von explosive oder entflammbare Fluide enthaltende
Tanks oder Behältern
zu ermöglichen, wobei
die Entlastung insbesondere bei Bränden notwendig ist.
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Sie
werden zum Beispiel auf dem Gebiet des Kraftfahrzeuges oder auch
der Luftfahrt verwendet, um einen exzessiven Anstieg des Drucks
im Inneren des Kraftstofftanks zu vermeiden. Ein Anstieg des Drucks,
der zum Beispiel aus einem Anstieg der Temperatur bei einem Brand
resultiert und der die Explosion des Tanks bewirken könnte.
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Es
sind bereits Ventile bekannt, die ein Sperrventil umfassen, das
eine Öffnung
verschließt, welche
es erlaubt, das Innere des Tanks mit dem Außenbereich in Verbindung treten
zu lassen. Das Sperrventil wird durch ein Federmittel in seiner
Verschlussposition gehalten.
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Wenn
der Druck im Inneren des Tanks ein bestimmtes Niveau überschreitet
(das von der Einstellkraft der Feder abhängt), öffnet das Sperrventil und ermöglicht es,
den Druck im Inneren des Tanks zu reduzieren. Es werden so Überdrücke, die
zum Beispiel durch geringe, durch meteorologische Bedingungen hervorgerufene
Erwärmungen
bedingt sind, vermieden.
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Der
Nachteil eines solchen Systems ist, dass es nicht erlaubt, ausreichend
schnell auf ein heftiges Anwachsen des Drucks, der durch einen Brand
hervorgerufen worden sein könnte,
zu reagieren.
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Es
sind zum Beispiel aus dem Patent
FR2764862 ebenfalls
Vorrichtungen zur Tank-Not-Entleerung bekannt, bei denen eine Wand pyrotechnisch
zerschnitten wird, um den Tankinhalt frei zu geben.
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Diese
Vorrichtungen sind voluminös
und teuer, und sie erlauben es nicht, die geringen Überdrücke, die
im Laufe des normalen Betriebs vorkommen, zu begrenzen.
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Insbesondere
aus den Patenten
EP766028 ,
US3618627 und
DE
5 30 601 sind Ventile bekannt, bei denen das Schmelzen
eines Haltemittels das Freisetzen einer Haltefeder des Sperrventils
gewährleistet.
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Der
Nachteil solcher Vorrichtungen ist, dass das Schmelzen des Haltemittels
langsam ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Ventil vorzuschlagen, das es erlaubt,
solche Schwierigkeiten zu beseitigen.
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So
schlägt
die Erfindung ein Ventil von einfacher und kostengünstiger
Bauart vor, das es gleichzeitig erlaubt, mäßige Druckschwankungen, die
unter normalen Einsatzbedingungen auftreten, und starke Druckschwankungen,
die mit außerordentlichen
Umgebungen (Brände,
Erdbeben) verbunden sind, zu beseitigen. Außerdem kann das Ventil gemäß der Erfindung
seine Entlastungs-Position auf eine sehr schnelle Weise einnehmen.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit ein Überdruckventil
für einen
Tank, der dafür
vorgesehen ist, ein Fluid aufzunehmen, und wenigstens ein Sperrventil
umfasst, das eine Öffnung
verschließt,
welche es erlaubt, das Innere des Tanks mit dem Außenbereich
in Verbindung treten zu lassen, wobei das Sperrventil durch ein
sich auf einem Träger
abstützendes
Federmittel in Verschlussposition gehalten wird, wobei das Ventil
Mittel umfasst, die es erlauben, den ganzen Träger oder Teil des Trägers der
Feder so einzuziehen, dass die Spannung, die das Federmittel auf
das Sperrventil ausübt,
verringert wird, wobei das Ventil dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Träger
einen versprödeten
Teil aufweist, der dazu geeignet ist, durch einen beweglichen Kolben,
der von einem pyrotechnischen Gaserzeuger betätigt wird, zerbrochen zu werden.
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Der
Träger
kann von einem rohrförmigen Element
gebildet werden, auf dem eine ringförmige Sollbruchstelle angebracht
ist, die so den versprödeten
Teil, auf dem sich das Federmittel abstützt, abgrenzt, wobei der Kolben
fest mit diesem versprödeten
Teil verbunden ist und eine zur Achse des rohrförmigen Elementes im Wesentlichen
senkrechte Bewegungsrichtung besitzt.
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Der
Träger
kann vorteilhafterweise in Bezug auf den Körper (zum Beispiel durch Verschraubung) derart
verschoben werden, dass es ermöglicht
wird, den Wert der Einstellkraft, welche die Feder auf das Sperrventil
ausübt,
zu regeln.
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Der
Kolben kann eine im Wesentlichen zylindrische Form besitzen und
eine Bohrung senkrecht zur Achse des Kolbens umfassen, in deren
Inneres das rohrförmige
Element eindringt.
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Der
Kolben kann eine Schulter beinhalten, auf die der Druck der von
dem pyrotechnischen Erzeuger erzeugten Gase wirkt.
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Gemäß einer
Variante kann der Kolben einen Schlagbolzen enthalten, der dafür vorgesehen
ist, ein Anzeige-Zündmittel
zu initiieren.
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Der
pyrotechnische Gaserzeuger kann durch ein elektronisches Steuermittel,
das mit wenigstens einem Temperatursensor und/oder Aufprallsensor und/oder
Drucksensor verbunden ist, betätigt
werden.
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Die
Erfindung wird an Hand der Lektüre
der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verständlicher,
wobei die Beschreibung sich auf die beigelegten Abbildungen bezieht,
in denen:
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1 eine Schnittansicht eines Überdruckventils
nach dem Stand der Technik ist, wobei das Ventil in verschlossener
Position dargestellt ist,
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2 dieses selbe Ventil in
vollständig
geöffneter
Position darstellt,
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3 eine Schnittansicht eines Überdruckventils
gemäß der Erfindung
ist, wobei das Ventil in verschlossener Position dargestellt ist,
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4 dieses selbe Ventil in
vollständig
geöffneter
Position darstellt.
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Bezug
nehmend auf 1 umfasst
ein Ventil 1 gemäß dem Stand
der Technik einen Körper 2,
der zum Beispiel durch Verschraubung an einer Hülle 3 eines Tanks
befestigt ist. Der Tank ist zum Beispiel ein Kraftstofftank für Kraftfahrzeuge,
insbesondere ein Flüssiggas
(LPG)-Tank. Der Buchstabe I bezeichnet das innere Volumen des Tanks,
der Buchstabe E bezeichnet den Außenbereich des Tanks.
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Der
Körper 2 weist
eine axiale Bohrung 4 auf, in deren Inneren ein Sperrventil 5 angeordnet
ist, das durch eine Druckfeder 7 an eine Fläche 6 des
Körpers 2 gedrückt gehalten
wird. Ein O-Ring 8 ist zwischen dem Sperrventil 5 und
der Fläche 6 eingefügt. Die
Feder 7 stützt
sich an einem Träger 9 ab,
der ein in die Bohrung 4 eingepasster Ring ist.
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Der
Ring 9 wird in Bezug auf den Körper 2 mit Hilfe eines
Verriegelungsmittels, das eine durch eine auf den Körper 2 aufgeschraubte
Mutter 11 gehaltene Scheibe 10 ist, festgehalten.
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Die
Scheibe ist aus einem Material hergestellt, das bei einer wohl definierten
Temperatur (in der Größenordnung
von 80 bis 100°C)
schmelzbar ist. Die Scheibe kann zum Beispiel aus Kunststoff oder
auch aus einer eutektischen Legierung hergestellt sein.
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Die
Scheibe 10 stellt so ein Verriegelungsmittel des Rings 9 dar,
das auf eine Temperaturerhöhung
empfindlich reagiert. Bei der Position des Ventils, die in 1 dargestellt ist, gewährleistet
der Träger-Ring 9 ein
bestimmtes Druckniveau der Feder 7. Daraus ergibt sich
eine Einstellkraft, die auf das Sperrventil ausgeübt wird.
Wenn im Inneren I des Tanks ein Druck entsteht, der auf das Sperrventil 5 eine
Kraft ausübt,
die über
der durch die Feder 7 gegebene Einstellkraft liegt, sinkt
das Sperrventil und lässt
den Überdruck
des Fluids entweichen. Das radiale Spiel zwischen dem Sperrventil 5 und
der Bohrung 4 ist ausreichend gewählt, um ein derartiges Entweichen
von Fluid zu ermöglichen,
das über
die Bohrung 34 des Träger 9 abströmt.
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Diese
Funktionsweise entspricht der eines herkömmlichen Überdruckventils, das in der
Lage ist, normale Druckerhöhungen
zu beseitigen.
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Wenn
der Tank einer starken Temperaturerhöhung, zum Beispiel eines Brandes,
unterworfen wird, schmilzt die Scheibe 10. Dieses Verriegelungsmittel
des Rings 9 verschwindet somit, und die Feder 7 wird
nicht mehr gegen das Sperrventil 5 angedrückt. Daraus
ergibt sich ein Verschwinden der durch die Feder ausgeübten Einstellkraft
und eine Entlastung des Tanks, die jede Explosion von diesem verhindert.
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Dieses
Ventil weist zwei verschiedene Betriebsarten auf, die an durch die
Umgebung des Tanks verursachte Gefahren angepasst sind.
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Als
Variante ist es möglich,
die Scheibe 10 und den Ring 9 in Monoblock-Gestalt
aus einem schmelzbaren Material herzustellen oder auch eine Feder
von geeigneter Dimension beizubehalten, die sich direkt auf der
Scheibe 10 abstützt.
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Der
Nachteil eines solchen Ventils ist es, dass das Schmelzen des Haltemittels
langsam ist. Der Übergang
von normaler Betriebsart zur Not-Betriebsart erfolgt nicht ausreichend
schnell. Außerdem ist
es notwendig, dass sich das Ventil in direkter Nähe der Hitzequelle befindet,
damit es eine entlastete Position einnimmt. Im Falle eines Brandes
des Fahrzeuges ist es folglich möglich,
dass die Flammen in der Nähe
des Motors entstehen, weit bevor der Tank aufgeheizt ist. Das Ventil
gemäß der Erfindung
erlaubt es, eine schnelle Entlastung zu gewährleisten, selbst wenn der
Tank noch nicht aufgeheizt ist. Das Sicherheitsniveau dieses Ventils
ist somit höher.
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Die 3 und 4 zeigen beispielsweise ein Ventil gemäß der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung
ist der Träger 9 in
der Form eines rohrförmigen
Elementes ausgeführt,
der einen Teil mit Gewinde 12 beinhaltet, der mit einem
in der Bohrung 4 des Körpers 2 ausgeführten Innengewinde 13 zusammenwirkt.
Das Verschrauben des Trägers 9 erlaubt
es, den Wert der Einstellkraft, mit der die Feder 7 auf
das Sperrventil 5 drückt
(dessen Struktur dieselbe ist wie die, welche in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wurde), einzustellen. Das rohrförmige Element 9 beinhaltet
ebenfalls eine ringförmige
Sollbruchstelle 14, wie eine Auskehlung, die einen versprödeten Teil 15 abgrenzt,
auf dem sich die Feder 7 abstützt.
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Gemäß der Erfindung
umfasst der Körper 2 ebenfalls
eine seitliche Verlängerung 16,
in deren Innerem eine zweite Bohrung 17 angebracht ist,
deren Achse 18 senkrecht zur Achse 19 der ersten
Bohrung 4 steht.
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Ein
Kolben 20 ist gleitend in diese zweite Bohrung 17 eingepasst.
Er besitzt eine im Wesentlichen zylindrische Form und beinhaltet
im Bereich eines hinteren Teils eine Bohrung 21, die senkrecht
zur Achse 18 des Kolbens 20 steht und in deren
Inneres das rohrförmige
Element 9 eindringt. Die Bohrung wird durch zwei in den
Kolben 20 abgesenkte, ebene Flächen 35/36 abgegrenzt.
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Der
Kolben 20 beinhaltet ebenfalls im Bereich eines vorderen
Teils eine Schulter 22, die in eine Bohrung 23 eingepasst
ist, die koaxial zur zweiten Bohrung 17 verläuft und
größer im Durchmesser ist.
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Die
Schulter 22 grenzt mit der Bohrung 23 und der
Senkung 24 (die die Bohrungen 23 und 17 verbindet)
einen ringförmigen
Raum 25, der durch einen Kanal 26 mit einem pyrotechnischen
Gaserzeuger 27 verbunden ist.
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Ein
solcher Gaserzeuger ist auf dem Gebiet der Automobil-Sicherheitstechnik
wohl bekannt und wird daher nicht weiter im Detail beschrieben.
Er verknüpft üblicherweise
eine gaserzeugende Zusammensetzung und einen Zünder mit elektrischer Initiierung.
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Das
Auslösen
des Gaserzeugers 27 wird durch ein elektronisches Steuermittel 28 betätigt, das mit
wenigstens einem Temperatur- und/oder Drucksensor 29 verbunden
ist, der vorzugsweise in der Nähe
der Hülle 3 des
Tanks angeordnet ist. Es können
mehrere Sender vorgesehen werden, die derartig um das Fahrzeug herum
verteilt sind, dass eine schnelle Erfassung eines Brandausbruchs
selbst in Abstand vom Tank ermöglicht
wird.
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Ein
O-Ring 30 ist zwischen dem Kolben 20 und der zweiten
Bohrung 17 eingefügt,
um die Dichtigkeit gegenüber
den durch den Erzeuger 27 erzeugten Gasen zu gewährleisten.
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Der
Kolben 20 beinhaltet schließlich im Bereich seines vorderen
Endes einen Schlagbolzen 31, der dafür vorgesehen ist, einen Zünder 32 zu
initiieren, der ein Anzeige-Zündmittel 33,
zum Beispiel eine farbigen Rauch erzeugende Zusammensetzung (derartige
Zusammensetzungen sind dem Fachmann wohlbekannt) entzündet.
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Die
Funktionsweise dieses Ventils ist wie folgt.
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Wie
beim Ventil der 1 und 2, sinkt das Sperrventil
und lässt
den Überdruck
des Fluides entweichen, wenn im Inneren I des Tanks ein Druck entsteht,
der auf das Sperrventil 5 eine Kraft ausübt, die über der
durch die Feder 7 gegebenen Einstellkraft liegt. Das radiale
Spiel zwischen dem Sperrventil 5 und der Bohrung 4 ist
ausreichend gewählt,
um ein derartiges Entweichen von Fluid zu ermöglichen, das über die
Bohrung 34 des rohrförmigen
Elementes 9 abströmt.
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Wenn
der Tank einem starken Temperaturanstieg ausgesetzt wird, der zum
Beispiel von einem Brand herrührt,
erfasst der Temperatursensor 29 die exzessive Erwärmung, der
die Hülle 3 des Tanks
ausgesetzt ist. Als Variante kann der Sensor 29 ein Drucksensor
sein. Er erfasst nun eine exzessive Druckzunahme im Inneren des
Tanks. Der alleinige Sensor kann mit anderen, über das Fahrzeug verteilte
Sensoren verknüpft
sein.
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Das
elektronische Steuermittel verarbeitet diese Temperatur- oder Druckinformation
und beiwirkt die Auslösung
des pyrotechnischen Gaserzeugers 27.
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Der
Druck der durch den pyrotechnischen Erzeuger 27 erzeugten
Gase bildet sich im Inneren der ringförmigen Kammer 25 und
auf der Schulter 22 des Kolbens 20 aus. Dieser
Letztere verlagert sich somit in seiner Bohrung, und er bewirkt
das Abscheren des Trägers 9 im
Bereich der Auskehlung 14. Der versprödete Teil 15 trennt
sich vom Rest des Trägers 9,
und er wird durch den Kolben 20 mitgerissen (siehe 4).
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Die
Feder 7 stützt
sich somit nicht mehr am Träger 9 ab.
Daraus ergibt sich ein Verschwinden der durch die Feder ausgeübten Einstellkraft
und eine Entlastung des Tanks, die jede Explosion von diesem verhindert.
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Zur
gleichen Zeit initiiert der Kolben 20 mit Hilfe des Zünders 32 das
Anzeige-Zündmittel.
Dieses verbreitet einen farbigen Rauch, der die in der Nähe des Tanks
befindlichen Personen darüber
informiert, dass das Ventil ausgelöst worden ist.
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Der
Vorteil der Erfindung ist, dass das Ventil seine Entlastungs-Position
auf eine sehr schnelle Weise einnehmen kann. Man befreit sich nun
von der Zeit, die notwendig ist, um das Schmelzen eines Verriegelungsorgans,
wie es das gemäß den 1 und 2 bekannte Ventil vorsieht, zu bewirken.
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Der
Zeitpunkt des Auslösens
der Entlastung ist ebenfalls leicht zu beherrschen und kann mit
verschiedenen äußeren Ereignissen
verknüpft
werden, die dazu fähig
sind, auf die Sicherheit Einfluss zu nehmen. Es werden dazu verschiedene
Sensoren verknüpft,
die an geeigneten Stellen angeordnet sind. Es können beispielsweise Temperatursensoren mit
Drucksensoren oder auch mit Sensoren kombiniert werden, die einen
Aufprall in der Nähe
des Tanks, zum Beispiel bei einem Verkehrsunfall bei einem Kraftfahrzeug,
erfassen.
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Verschiedene
Varianten sind möglich,
ohne über
den Umfang der Erfindung hinauszugehen. Es ist beispielsweise möglich, ein Überdruckventil
ohne Anzeige-Zündmittel
zu definieren.