QUICK OPENING VALVE, ESPECIALLY FOR FIRE EXTINGUISHERS

Abstract: The invention relates to a quick opening valve, especially for fire extinguishers, having a sealing membrane provided in the flow channel, the sealing membrane being clamped by means of a membrane ring and supported by a flap. The flap is supported on the one side by means of a plastically deformable fitting and on the other side by means of an unlocking piston which is adjustable transversely with respect to the flow direction. <IMAGE>

Description: Schnellöffnungsventil, insbesondere für Feuerlöscher Die Erfindung betrifft ein Schnellöffnungsventil, insbesondere für Feuerlöscher, mit einer im Strömungskanal des Ventilgehäuses vorgesehenen Dichtmembran, die über einen Ring eingespannt und von einer Klappe unterstützt ist, die einerseits mittels eines Scharniers und andererseits mittels eines Verschlusselementes abgestützt ist, wobei innerhalb des Ventilgehäuses zum Abfangen der Klappe ein Pufferelement vorgesehen ist. Derartige Schnellöffnungsventile sind als Austrittsventile für Feuerlöscher oder Feuerlöschbehälter bekannt, wobei derartige Ventile über einen längeren Zeitraum unter erschwerten Bedingungen verwendbar sein müssen. Bei einem bekannten Schnellöffnungsventil (DE-PS 33 22 543) ist die die Dichtmembran unterstützende Klappe einerseits in einem Bolzendrehgelenk gelagert und andererseits von einem Kipphebel gestützt. Des weiteren besteht die Dichtmembran bei dem älteren Ventil aus einer berstbaren, scheibenförmigen Metallmembran. Diese Metallmembran ist einerseits absolut dicht, reisst aber andererseits in grosse Stücke, wenn das Ventil geöffnet wird, wobei die Metallteile von der Strömung mitgeführt werden und folglich in Handlöschern nicht einsetzbar sind. Diese Metallteile haben eine Geschosswirkung und kennen zu Leitung- und Personenschäden führen. Bei Pulverlöschern wird die nachgeschaltete Ddse durch diese Metallteile verstopft bzw. beschädigt. Ausserdem wird die Pulververteilung durch die Metallteile beeinträchtigt. Metallmembranen haben den weiteren Nachteil, dass sie eine zusätzliche Dichtung erfordern. Zwischen dem Membranring und der Stützklappe ist aus ferti gungstechnischen Gründen ein axialer Spalt vorhanden. Dieser Spalt kann mit einer Metallmembran nicht elastisch überbrückt werden. Die Lagerungen für die Stützklappe und das Verschlusselement sind als Bolzenlager ausgeführt. Derartige Bolzenlagerungen rosten nach längerer Zeit ein, so dass sie sich nicht mehr einwandfrei bewegen lassen. Damit wird ein schnelles offenen derartiger Ventile verhindert. Beim Öffnen des Ventils reisst der Druck des Feuerlöschmittels die Membran auseinander und offnet die Stützplatte, die am Ende ihrer schnellen Bewegung auf ein Dämpfungselement auftrifft. Dieses elastische Element führt zum Flattern bzw. zum Einschwingen der Klappe und stört damit eine einwandfreie Strömung des Löschmittels. Ausserdem wird die von der aufprallenden Stützklappe erzeugte Schlagkraft auf das Ventilgehäuse übertragen und kann dort zu Beschadigungen führen. Bei einem weiteren bekannten Ventil (US PS 3,474,809), ist eine Verschlussklappe einerseits fest mit dem Ventil körper verbunden und andererseits in einem Bolzendrehgelenk gelagert. ueber einen Schlagbolzen wird die Ventilklappe von aussen abgesprengt. Dazu sind grosse Kräfte erforderlich, die auch auf den Bolzen der Klappenlagerung einwirken. Dadurch kann sich der Bolzen verbiegen, der ein vollständiges und damit einwandfreies Öffnen des Ventiles unmöglich macht. Auch hier kann das Bolzengelenk auf Dauer einrosten, wodurch ein einwandfreies Öffnen der Ventilklappe gestört wird. Wird die Ventilklappe nicht vollständig geöffnet, ist kein vollständiger Querschnitt freigegeben und das Löschmittel kann nicht einwandfrei strömen. Bei einem Klappenventil (DE-OS 22 22 427) ist die Klappe an einem Rahmen mittels eines flexiblen Scharnierstreifens befestigt, der aus Kunststoff besteht. Aufgrund des flexiblen Scharnierstreifens schwingt die Klappe bei ge öffnete Ventil hin und her, womit ein geregelter Fluss des Löschmittels nicht gegeben ist. Bei grösseren Drücken reisst der Scharnierstreifen ab. Die anmeldungsgemässen Schnellöffnungsventile arbeiten mit einem Druck bis 100 bar und mehr. Bei diesen grossen Drücken reisst der flexible Scharnierstreifen ab, so dass dieses bekannte Klappenventil für Schnellöffnungsventile nicht geeignet ist. Schnellöffnungsventile sind in Eckbauweise bekannt, d. h. der StrYmungskanal verläuft in einem Winkel. Demzufolge muss die Strömung umgelenkt werden. Das als Kolben ausgebildete Verschlusselement dieser Ventile wird während des Öffnungsvorganges translativ in Strömungerichtung bewegt. Auch ist ein Schnellöffnungsventil mit eingespannter und unterstützter Verschlussmembran bekannt, bei dem die Öff- nung des Strömungskanals durch ein definiertes Wegdrehen des Verschlusselementes erfolgt, was durch eine lokale Deformation der Membran im Stegbereich ermöglicht wird. Das Membran Innenteil bleibt über den Steg mit dem Membranaussenteil stoffschlüssig verbunden. Die bekannten Ventile haben alle den Nachteil, dass sie im geöffneten Zustand keinen ungestörten Strömungsquerschnitt aufweisen. Schnellöffnungsventile mit unter hohem Druck stehenden Löschmitteln finden dort Anwendung, wo - bezogen auf das Ventilöffnungssignal - innerhalb kurzer Zeit z. B. im Hillisekundenbereich ein definierter Mindestmassendurchsatz erzielt werden soll. Ausgehend von einem Ventil nach der DE-PS 33 22 543 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ventile zu vermeiden und mit einfachsten Mitteln ein Schnellöffnungsventil mit klappenunterstützter Dichtmembran zu schaffen, das bei schnellgeöffnetem Ventil aufgrund des Betriebsdruckes ohne Beschädigung des Ventilgehäuses eine ungestörte, umlenkungsfreie Ventildurchströmung jederzeit ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Dichtmembran aus Kunststoff besteht und im Berührungsbereich von Klappe und Ring durch einen Verstärkungsring gestützt ist, wobei das Verschlusselement als quer zum Strömungskanal verstellbarer Entriegelungskolben ausgebildet ist und dass das Scharnier und das Pufferelement plastisch verformbare Elemente sind. Mit einem derartigen Ventil ist eine schnelle Öffnung im Millisekundenbereich jederzeit gewährleistet, ohne die absolute Dichtung zu beeinträchtigen. Aufgrund der zuätzlich gestützten Kunststoffmembran und des verschiebbaren Entriegelungskolbens ist eine schnelle definierte Öffnungsbewegung der Stützklappe durch die gewollte Deformation des Scharnieres erreicht. Weitere Erfindungsgedanken sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Das rfindungsganXBe Ventil hat bei gedffnetea Strömunge- kanal eine vorgegebene, ungestörte Durchatrömungarich- tung, wobei die Funktion des abdichten durch die Runst- stoffmembran mit der zusätzlichen Unterstützung optimal erfüllt ist. Die Druckkräfte des zurückgehaltenen Löschmediums führen bei geschlossenem Ventil nicht zur Zerstörung der Kunststoffmembran, weil diese vollflächig durch die Klappe, den Membranring und den Stützring abgestützt ist. Die bei geschlossenem Ventil durch einen Entriegelungskolben unterstützte Klappe wird zum Öffnen des Ventils dadurch abgeklappt, dass ein elektrisches Signal auf einen Druckgasgenerator gegeben und dabei der Kolben aufgrund einer pyrotechnischen Entladung schnell bewegt wird. Durch die Gaserzeugung des gezündeten Druckgasgenerators findet in einer Verdichtungskammer ein Druckaufbau statt. Der Entriegelungskolben wird in Bewegung gesetzt und gibt die Klappe frei, wobei das Scharnier abgebogen wird. Nach der Klappenentriegelung bewirken die Druckkräfte des zu rückgehaltenen Mediums das Beschleunigen der Klappe und die Zerstörung der Membran. Die Klappe selbst wird plastisch aufgefangen, so dass keine Schwingungsbewegungen eintreten. Die Ventilkonstruktion ermöglicht damit eine gradlinige Duchströmung ohne Querschnittseinschränkung. Dichtmembran, Scharnier und Druckgasgenerator sind Bauteile, die nach der Ventilbetätigung sowie der Herstellung des Ventilausgangszustandes erneuert werden müssen. Der Verschlusskolben ist für mehrere Ventilbetätigungen verwendbar. Die Kunststoffmembran gewährleistet nicht nur eine schnellere Öffnungszeit bei sicherer Abdichtung durch Uberbrükkung der Axialspalte, sondern kann sich auch Verformungen anpassen, die aufgrund der hohen Betriebsdrücke entstehen bzw. die aufgrund von Herstellungsungenauigkeiten gegeben sind. Es ist bei einem Betriebsdruck von 100 bar nicht ausgeschlossen, dass sich die Unterstützungsklappe durchbiegt. Eine Kunststoffmembran kann sich dieser Form ohne Beschädigung anpassen. Eine Metallmembran ist hierzu nicht fähig. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäss vorgesehenen Kunststoffmembran ist darin zu sehen, dass bei falscher Montage und hoher Druckbeaufschlagung der Membran keine Gefahr besteht. So kann beispielsweise die Unterstützungsklappe irrtümlicherweise nicht eingebaut sein. Wird jetzt das Ventil mit hohem Druck beaufschlagt, dann wird die nicht unterstützte Kunststoffmembran bei einem Druck von 3 bar zerreissen. Würde das gleiche bei einer Metallmembran geschehen, dann wird die Membran erst bei ca. 40 bar zerreissen. Bei diesem Druck sind jedoch weitere Schäden, insbesondere Personenschäden, nicht auszuschlie Ben. Auch der verschiebbare Verriegelungskolben hat gegen über den drehbaren Verriegelungen einen grossen Vorteil. Aufgrund des kurzen Hubes ist ein sicheres und schnelles Öffnen gewährleistet, da die Öffnungskraft so gewählt werden kann, dass Reibungskräfte sicher überwunden werden. Bei einem drehbar gelagerten Verriegelungselement können die Öffnungskräfte einseitig wirken, so dass das Verriegelungselement verklemmt und sich dadurch nicht mehr öffnen lässt. Damit kann ein verschiebbarer Verriegelungskolben höhere Kräfte aufnehmen als ein drehbares Verriegelungselement. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Ventil, Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ventil, wobei der obere Halbschnitt 2a das Ventil mit einer Kolben- und Scharnier stellung bei geschlossenem Ventil und der untere Halbschnitt 2b das Ventil mit einer Kolben- und Scharnierstellung bei geöffnetem Ventil zeigt, Fig. 3 eine weitere Klappen-Scharnier Verbindung in geschlossener Ven tilstellung, Fig. 4 die Klappen-Scharnier-Verbindung nach Fig. 3 in geöffneter Ventil stellung, Fig. 5 - 7 weitere Ausgestaltungen des Scharnierbleches, Fig. 8 -10 weitere Ausgestaltungen der Mem bran. Zwischen den beiden Ventilteilen 3 und 4 des Gehäuses 1 befindet sich ein Membranring 5, der eine Membran 6 im äusseren Bereich befestigt. Unterhalb der Membran 6 befindet sich eine Klappe 7, die einerseits von einem Kolben 8 mit einer, die Auflagefläche vergrössernden Ausnehmung 35 und andererseits von einem Scharnier 9 abgestützt wird. Das Scharnier 9 ist im äusseren Bereich in einer Ausnehmung 10 des Gehäuseteiles 3 abgestützt und ragt mit dem anderen Teil frei in den Strömungskanal 11 des Ventilgehäuses 1 hinein. Das Scharnier 9 ist gemäss Fig. 1 als Scharnierblech 9a ausgebildet und einerseits mittels Schrauben 12 mit dem Ventilteil 3 und andererseits mittels Schrauben 13 mit der Klappe 7 fest verbunden. Der Kolben 8 ist quer zur Strömungsrich tung des Löschmittels gemäss Pfeil 'tA't bewegbar und in einer Bohrung 14 des Gehäuseteils 3 untergebracht. In seiner rückwärtigen Verlängerung ist der Kolben 8 mit einem Kolbenansatz 15 und einer zentralen Bohrung 16 versehen, in der ein Druckgasgenerator 17 angeordnet ist, der über Kanäle 18 mit einer Expansionskainmer 19 verbunden ist. Das, aufgrund einer über Zündleitungen 20 und 21 eingeleiteten elektrischen Zündung austretende Druckgas, vergrössert den Raum der Kammer 19 und bewegt damit den Kolben 8 in Richtung des Pfeiles "B". Damit wird die durch den Kolben 8 bedingte Unterstützung der Klappe 7 freigegeben, so dass sich diese in Richtung des Pfeiles "C" bewegen kann. Damit entfällt auch die Unterstützung der Membran 6, die aufgrund des oberhalb der Membran befindlichen Druckes des Löschmittels zerstört wird und damit der gesamte Druck auf die Klappe 7 einwirkt. Demzufolge wird das Scharnierblech 9a bei einer plastischen Verformung nach unten gebogen und in die gestrichelte Lage 7e gebracht. Das Scharnier 9 und die Klappe 7 können auch als eine Einheit ausgebildet sein, so wie es Fig. 3 zeigt. In diesem Falle ist die Klappe 7a und das Scharnierblech 9b über eine Sollbiegestelle 27 miteinander verbunden. Bei der Öffnung des Ventils biegt sich die Klappe 7a plastisch nach unten in eine Stellung, wie es Fig. 4 zeigt. In den Fig. 5 - 7 sind weitere Ausgestaltungen des Scharnierbleches 9 dargestellt, wobei das Blech winkelförmig 9c oder Z-förmig 9d ausgebildet sein kann. Die Befestigung ist wiederrum mittels der Schrauben 12 und 13 am Gehäuseteil 3, bzw. an der Klappe 7 vorgesehen. Nach Fig. 6 ist noch ein Distanzring 28 vorgesehen. Erfindungsgemäss besteht die Dichtmembran 6 aus Kunststoff, wodurch sich das Ventil leichter und schneller öffenen lässt. Kunststoff hat nicht die Stabilität wie Metall. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäss ein Verstärkungsring 22 im äusseren Bereich der Membran 6 zwischen dieser und der Klappe 7 vorgesehen. Die Dichtmembran 6 übernimmt die Abdichtung zwischen Membranring 5 und Ventilgehäuse 1, als auch zwischen Membranring 5 und Stützklappe 7. Aufgrund elastischer Eigenschaften der Kunststoffmatrix kann der sich ergebende axiale Spalt 32 zwischen dem Membranring 5 und der Stützklappe 7 überbrückt werden. Der Verstärkungsring 22 wird bei höheren Drücken, im Membranring verschiebbar, so angeordnet, dass die Membran 6 auf der Stützklappe 7 anliegt, weil es vom elastischen Material durch den Löschmitteldruck angepresst wird. Hierdurch werden fertigungs- oder montagebedingte Spalte minimiert und ein Fliessen des Kunststoffmaterials verhindert. Die Dichtmembran 6 und der Stützring 22 können ein- oder mehrteilig sein. So zeigt Fig. 8 einen Lförmigen Profilring 31 mit einer oberen Wulst 34, die in einer nicht näher bezeichneten Ausnehmung des Ventilteiles 4 eingebracht ist. Der innere Teil der Membran 6 besteht aus einer Folie 33. Die Teile 31/34 und 33 können aus einem Teil bestehen, wobei der Stützring 22 anvulkanisiert ist. Im Betriebsfall wird der Verstärkungsring 22 im Membranring 5 formschlüssig zurückgehalten. Die aus Elastomerwerkstoff bestehende Membran 6 wird an der Verbindungsstelle des Profiles 31 und der Folie 33 ausgeschnitten bzw. zerstört und von der Strömung mitgerissen. Da die eigentliche Abdichtung über den äusseren Profilring 31 im Boden dieser topfartigen Ausgestaltung erfolgt, kann das Material in der Membranmitte minimiert werden bzw. aus einer dünneren Folie bestehen. Der mittlere Teil 33a der Membran 6, kann gemäss Fig. 9 die gleiche Stärke wie der Z-förmige Profilring 30 aufweisen. Auch bei einem L-förmigen Profilring ist die gleiche Stärke denkbar. Ausserdem kann auch eine untere Wulst 34b vorgesehen sein, die in einer Ausnehmung der Klappe 7 sitzt. Sind der Membran-Profilring 30 bzw. 31 und der Stützring 22 zweiteilig ausgebildet, dann kann der Stützring 22, wie in Fig. 10 gezeigt, mittels Befestigungsorganen 36 mit dem Ventilgehause 4, bzw. mit dem Membranring 5 verbunden sein. Bei Öffnung des Ventils wird die Stützklappe 7 zuerst beschleunigt und dann aufgrund des Pufferelementes 23 abgebremst. Die Verzögerungsenergie wird vom Ventilgehäuseteil 3 aufgenommen. Zum Schutz des Gehäuseteiles wird ein Teil der Energie durch das oder durch mehrere Pufferelemente 23 aufgenommen. Die Pufferelemente 23 werden bei der Abbremsung der Stützklappe 7 plastisch deformiert. Diese Deformierung wird unterstützt, wenn der eine axiale Bohrung 24 für die Befestigungselemente 26 aufweisende zylindrische Puffer nach aussen hin konisch erweitert ist, wie mit 25 dargestellt. Die Deformierung ist in Fig. 1 mit 23a gestrichelt dargestellt. Es gehört zum Wesen der Erfindung, den Puffer 23 am Gehäuseteil 3 zu befestigen.

Claims: Quick-opening valve, in particular for fire extinguishers, having a sealing membrane (6) which is provided in a flow channel (11) of a valve housing (1) and which is clamped by way of a ring (5) and is supported by a flap (7) which, on the one hand, is stayed by means of a hinge and, on the other hand, is stayed by means of a closing element, with a buffer element (23) being provided within the valve housing to catch the flap, characterised in that the sealing membrane (6) is made of plastics material and in the contact region of flap (7) and ring (5) is borne by a reinforcing ring (22), with the closing element being formed as an unlocking piston (8) which can be adjusted transversely to the flow channel (11) and in that the hinge and the buffer element (23) are plastically deformable elements. Valve according to claim 1, characterised in that the hinge is formed as a cantilever plate (9a), projects freely into the flow channel (11) of the housing (1) and is connected with flap (7) and a housing portion (3) of the valve housing. Valve according to claim 1, characterised in that the hinge is formed as a plate (9b) which via a predetermined bending point forms a unit with the flap (7a). Valve according to claim 2 or 3, characterised in that the hinge plate is formed in an angular (9c) or Z-shaped (9d) manner. Valve according to claim 1, characterised in that the sealing membrane (6) and the reinforcing ring (22) are formed in one piece. Valve according to claim 1, characterised in that the edge (29) of the sealing membrane (6) has a Z-shaped (30) or L-shaped (31) annular profile. Valve according to claim 6, characterised in that the sealing membrane consists of the annular profile (30, 31) and a central foil (33). Valve according to one of the claims or the claims 5 to 7, characterised in that in the upper and/or lower region the annular profile (30, 31) has a reinforcement bead (34 or 34a respectively). Valve according to claim 1 or 2, characterised in that the plastically deformabie buffer element (23) is secured below the flap (7) to the latter or to the housing portion (3) respectively. Valve according to claim 9, characterised in that the buffer element (23) is formed in a cylindrical manner and is secured with one face to the flap (7). Valve according to claims 9 and 10, characterised in that the cylindrical buffer element (23) has an axial bore (24) which is extended towards the free face in a conical manner (25). Valve according to claim 1, characterised in that associated with the unlocking piston (8) there is an expansion chamber (19) with a pressure gas generator (16). Valve according to claim 12, characterised in that the pressure gas generator (16) can be ignited electrically from outside. Valve according to claim 1, characterised in that the unlocking piston (8) can be moved by means of a pneumatic control. Valve according to claim 1, characterised in that the unlocking piston (8), for the purpose of enlarging the bearing surface, is provided with a recess (35) as a bearing for the flap (7).

Inventors: BONK, HANS, KADEL, WERNER, KOETTER, KARL, Kötter, Karl 
Applicants: TOTAL WALTHER FEUERSCHUTZ GMBH
Application year: 1987
Main classification: F16K17
IPC codes: F16K1, A62C37, F16K47