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Explosionsschutzeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf Explosionsschutzeinrichtungen.
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Es sind Geräte bekannt, die im Entstehen begriffene Explosionen durch
Anzeige eines schneller als mit einer wählbaren Geschwindigkeit erfolgenden Druckanstieges
aufdecken und daraufhin die Betätigung eines Unterdrückunsgmittelverteilers zum
Unterdrücken der Explosion bewirken.
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Während sich solche Anzeigegeräte für viele Zwecke als zufriedenstellend
erwiesen haben, treten Schwierigkeiten bei sogenannten »langsamen« Explosionen auf
bei Vorhandensein eines explosiven Gemenges von einem derartigen Mischungsverhältnis,
daß es zum Explodieren beinahe zu reich oder zu mager ist.
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Der Druckanstieg bei solchen »langsamen« Ex plosionen entspricht
etwa den Druckschwankungen, wie sie normalerweise in dem zu überwachenden Gerät
auftreten, beispielsweise in Gaswerken durch Pumpen oder in Entstaubunsganlagen
durch Extraktoren oder in Untersuchungskammern für Flugzeugtreibstoffe durch die
verschiedenen Höhenlagen entsprechenden Unterdrücke. Natürlich muß der Mindestdruckanstieg,
auf den das Anzeigegerät eingestellt ist, noch wesentlich oberhalb der normalerweise
auftretenden Werte liegen; dann zeigt das Gerät jedoch keine langsamen Explosionen
an.
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Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten überwunden durch eine
Explosionsschutzeinrichtung, die gekennzeichnet ist durch die Kombination von mindestens
zwei verschiedenartigen druckempfindlichen Organen, von denen mindestens eines auf
die Beaufschlagung mit einem Druck oberhalb eines wählbaren Druckwertes anspricht
und mindestens ein weiteres auf einen Druckanstieg mit höherem als einem wählbaren
Geschwindigkeitswert anspricht, in derartiger Anordnung, daß bei Ansprechen von
mindestens einem dieser druckempfindlichen Organe in bekannter Weise die Betätigung
von Mitteln zum Unterdrücken, Auflösen oder Verteilen einer im Entstehen begriffenen
Explosion ausgelöst wird.
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Bei einer derartigen Einrichtung werden schnelle Explosionen durch
die auf einen Druckanstieg mit höherem als einem wählbaren Druckwert ansprechenden
Organe, langsame Explosionen dagegen, deren Druckanstieg nicht ausreicht, um diese
Organe ansprechen zu lassen, von den auf die Beaufschlagung mit einem Druck oberhalb
eines wählbaren Geschwindigkeitswertes ansprechenden Organen angezeigt. Die erstgenannten
Organe müssen zum Anzeigen der schnellen Explosionen vorgesehen sein, da man bei
diesen Explosionen nicht warten kann, bis der ansteigende Druck ausreicht, um die
weiteren Organe zu hetätigen. Dies ist dadurch begründet, daß das Druck-
verhältnis
mit der Zeit höher wird. Bei einer »schnellen« Explosion würde der Druckanstieg
dagegen vor dem Betätigen der auf absolute Drücke ansprechenden Organe so schnell
erfolgen, daß eine Unterdrückung dann nicht mehr rechtzeitig zum Verhüten von Schäden
bewirkt werden könnte.
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Zum Stand der Technik gehören Explosionsschutzeinrichtungen mit auf
einen mit höherer als einer wählbaren Geschwindigkeit erfolgenden Druckanstieg ansprechenden
druckempfindlichen Organen und mit durch diese druckempfindlichen Organe betätigten
Mitteln zum Unterdrücken von Explosionen. Demgegenüber besteht die Erfindung in
der Kombination dieser an sich bekannten Organe mit auf die Beaufschlagung mit einem
bestimmten Druck ansprechenden druckempfindlichen Organen, derart, daß die Einrichtung
sowohl gegen »langsame« als auch gegen »schnelle« Explosionen Schutz bietet.
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Die nur auf mit höherer als einer wählbaren Geschwindigkeit erfolgenden
Druckanstieg ansprechenden Organe und die nur auf die Beaufschlagung mit einem wählbaren
Druck ansprechenden Organe können als getrennte Bauteile ausgeführt werden. Vorzugsweise
werden sie jedoch in einem einzigen Gerät zusammengefaßt, wobei sie nach einem Merkmal
der Erfindung mehreren Organen gemeinsame Bauteile aufweisen.
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Die beiden Anzeigegeräte werden derart angeordnet, daß durch Ansprechen
eines von beiden explosionshemmende, -auflösende und/oder -verteilende Mittel betätigt
werden. Nach einem Merkmal der Erfindung sind jeweils zwei der auf Druck ansprechenden
Organe und/oder zwei der auf Druckanstieg ansprechenden Organe elektrisch in Reihe
geschaltet, so daß der die Betätigung der explosionunterdrückenden, -auflösenden
oder -verteilenden Mittel auslösende Stromkreis erst nach Ansprechen beider gleichartiger
Organe auf eine Druckbeaufschlagung geschlossen wird.
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Die explosionshemmenden Mittel können aus Unterdrückungsmittelverteilern
mit einem zerbrechlichen, durch eine Sprengladung zu zertrümmernden Gehäuse, wobei
das Unterdrückungsmittel durch die Wucht der Explosion mit großer Geschwindigkeit
ausgestoßen wird, oder auch aus Feuerlöschern mit einer weiten Auslaßöffnung bestehen,
durch die das Unterdrückungsmittel unter hohem Druck und mit großer Geschwindigkeit
ausgestoßen wird. Durch Ansprechen eines der beiden Anzeigegeräte können außerdem
oder wahlweise explosionsauflösende oder -verteilende Mittel betätigt werden.
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Verschiedene Ausführungsformen solcher Geräte werden im folgenden
an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt.
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Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht eines kombinierten Anzeigegerätes
im Schnitt, Fig. 2 A eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Anzeigegerätes
im Schnitt, Fig. 2 B eine Hinteransicht des Gerätes der Fig. 2A, Fig. 3 eine Seitenansicht
einer dritten Ausführungsform eines Anzeigegerätes nach der Erfindung im Schnitt
und Fig. 4 und 5 gleichartige Ansichten zweier weiterer Ausführungsformen eines
Anzeigegerätes.
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In Fig. list mit 10 ein glockenförmiges Gehäuse bezeichnet, vor dessen
offene Seite eine dünne Membran 11, wie sie häufig in Barometern verwendet werden,
gespannt ist. Vor der Membran 11 ist im Abstand entsprechend der Stärke eines Zwischenringes
13 eine weitere biegsame Membran 12 und vor einem weiteren Zwischenring 14 eine
gasdurchlässige Membran 15 angebracht. Mittels eines Klemmringes 18 und Unterlegscheiben
16, 17 sind diese Teile an der offenen Stirnseite des Gehäuses 10 befestigt. Durch
das Oberteil des Gehäuses 10 sind zwei elektrische Kontakte 19 bis dicht an eine
auf der Membran 11 angebrachte Kontaktscheibe 11 a geführt. Die Membran 12 trägt
konzentrisch zu der Kontaktscheibe 11 a einen Ansatz 12a. Die Membran 11 ist mit
einer feinen Bohrung 11 b versehen, so daß sie sich nur bei Beaufschlagung mit einem
Druck bewegt, der sich schneller aufbaut, als er sich durch diese Bohrung ausgleichen
kann, beispielsweise sekundlich 0,35 kg/cm2.
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Das Anzeigegerät wird in der vor Explosionen zu schützenden Zone angebracht,
so daß Druckänderungen innerhalb dieser Zone durch die durchlässige Membran 15 auf
die Membran 12 übertragen werden.
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Ändert sich der Druck mit weniger als der eingestellten Ansteigegeschwindigkeit,
so bewegt sich die Membran 12 wohl auf die Kontakte 19 zu; infolge des Druckausgleichs
über die Bohrung 11 b bleibt die Membran 11 jedoch unbeeinflußt. Schließlich wird
der Ansatz 12 a bei einem bestimmten wählbaren Druck gegen die Kontaktscheibe 11
a stoßen und diese gegen die Kontakte 19 drücken, wodurch der elektrische Stromkreis
geschlossen wird. Ändert sich der Druck dagegen mit einer höheren als der angegebenen
Geschwindigkeit,
so weicht die Membran 11 nach den Kontakten 19 aus, und die Kontaktscheibe 11 a
schließt den Stromkreis auf die gleiche Weise. Das Gerät ist also zur Anzeige sowohl
»schneller« als auch »langsamer« Explosionen geeignet.
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In Fig. 2A und 2B ist eine Ausführungsform eines nach dem gleichen
Prinzip arbeitenden Anzeigegerätes dargestellt. Die innere Membran 20 ist hierbei
eine Schnappmembran, die nach Erreichen eines bestimmten Druckunterschiedes auf
beiden Seiten umschnappt. Sie trägt ein Kontaktglied 21 vor einem über einen Leiter
23 mit einer Klemme 24 des Gerätes verbundenen festen Kontaktglied 22. Mittels eines
Drahtes 25 und eines Leiters 26 ist die Membran 20 mit der anderen Klemme 27 des
Gerätes verbunden. Die äußere Membran 28 hat die Form eines Faltenbalges, der auf
seiner Abschlußscheibe 28 a eine lange Stiftschraube 29 mit einem daran befestigten
Isolierblock29a trägt. Die einzelnen Teile des Gerätes sind auf einer Grundplatte
30 zusammengebaut.
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Ein an dieser Grundplatte angebrachter Deckel 31 schützt den Faltenbalg
28 vor mechanischer Beschädigung. Die Frontplatte des Deckels 31 ist gelocht und
mit einem mittels einer Kappe 33 befestigten Filter 32 aus Polyamid o. ä. versehen.
Auf der Rückseite der Grundplatte 30 ist ein Gehäuse 34 mit einem der besseren Erreichbarkeit
der Klemmen 24, 27 wegen abnehmbaren Deckel 34a angebracht. Leitungsanschlüsse 35,
36 sind an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 34 zum Anschließen der Leitungen
an die Klemmen 24, 27 vorgesehen. Vorzugsweise werden sowohl Eingangs- als auch
Ausgangsleitungen vorgesehen, um zwei oder mehrere Anzeigegeräte in Reihe oder parallel
schalten zu können. Darüber hinaus kann sich auch die Notwendigkeit zu Anschlüssen
für einen Warnstromkreis ergeben.
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Der Raum auf der Rückseite der Membran 20 steht mit dem Innenraum
des Gehäuses 34 über zwei mit Filtermaterial abgedeckte Öffnungen 37 a, 37b in dem
isolierten Klemmenträger in Verbindung.
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Eine nicht gezeichnete Bohrung ist in der Membran 20 vorgesehen,
so daß diese sich nur bewegt, wenn der auf den Faltenbalg 28 einwirkende Druck schneller
als mit einer wählbaren Geschwindigkeit ansteigt.
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Steigt der Druck dagegen langsamer, so wird der Faltenbalg 28 langsam
zusammengedrückt, bis bei einem bestimmten Druck der Block 29a gegen den Kontakt
21 stößt, wodurch die Membran 20 umschnappt und die Kontakte 21, 22 schließt. Der
Druck, bei dem dies eintritt, kann bis herab zu 0,039 atü betragen.
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Da der Innenraum des Gehäuses 34 mit dem Innern der bei 35 und 36
angeschlossenen Leitungen in Verbindung steht, ist die Rückseite der Membran 20
in jedem Fall und vollständig mit der Atmosphäre verbunden, so daß man von einem
unendlich großen Gegenvolumen in bezug auf diese Membranseite sprechen kann. Der
Vorteil eines solchen Gegenvolumens besteht darin, daß die Bewegung der Membran
20 nicht durch Gaskompression gehemmt wird, worunter sonst die Empfindlichkeit des
Gerätes leiden würde.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die im wesentlichen
mit der nach Fig. 2A und 2B übereinstimmt, in konstruktiven Einzelheiten je doch
hiervon abweicht, insbesondere darin, daß das Gehäuse 40 wasserdicht und als ein
Gußteil ausgeführt ist. Als weiteres Kennzeichen ist ein ringförmiges Filzstück
43 an der Grundplatte 44 befestigt, um das Gasvolumen in dem Raum zwischen der Membran
41 und dem Faltenbalg 42 zu verringern.
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Der Faltenbalg kann durch eine dem Außendruck entgegenwirkende Feder
verstärkt werden, um seine Steifigkeit zu erhöhen und ein Zusammendrücken zu verhindern.
Dies ist besonders dann angebracht, wenn der in dem zu überwachenden Raum herrschende
Druck wesentlich höher als Atmosphärendruck ist.
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Beispielsweise könnte die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform durch
ein Filzstück 43 von etwas kleinerem Durchmesser abgeändert werden, wodurch ein
Teller für eine zwischen der Grundplatte 44 und der Abschlußscheibe des Faltenbalges
44 wirksame Schraubenfeder gebildet würde. Selbstverständlich muß die Rückstellkraft
der Feder so gewählt werden, daß der Faltenbalg 42 mit zunehmendem Druck bis zur
Erreichung des eine Betätigung auslösenden Druckes progressiv zusammengedrückt wird.
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Dieses Prinzip ist in der Ausführungsform nach Fig. 4 verwirklicht,
wo der Faltenbalg 60 durch eine Feder 61 verstärkt ist. Gleichzeitig wird der Faltenbalg
62 von einer leichten Feder 63 gegen einen Anschlag 64 gedrückt, um seine natürlichen
Schwingungen zu dämpfen, wobei sich durch die Wahl einer geeigneten leichten Feder
nur ein geringfügiger Emppfindlichkeitsverlust ergibt. In diesem Fall befindet sich
der eine Kontakt 65 auf dem Faltenbalg 62, und der andere Kontakt 66 ist verstellbar
auf einem Träger 67 angebracht.
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Da die Drosseldüse häufig einen sehr kleinen Durchgangsquerschnitt
aufweist und sich daher leicht durch Fremdkörper oder Eisbildung zusetzen kann,
kann die Ausführungsform nach Fig. 4 derart abgeändert werden, daß die Drosseldüse
in einen dritten Faltenbalg mündet, der im Vergleich mit den anderen Faltenbälgen
sehr weich ist, um eine größere Einbuße an Empfindlichkeit zu vermeiden.
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Unter bestimmten Bedingungen kann der überwachende Raum Druckschwankungen
in weiten Grenzen unterworfen sein, beispielsweise wenn der Normaldruck höher als
Atmosphärendruck ist, im Verlauf eines Arbeitsverfahrens jedoch periodisch auf Atmosphärendruck
reduziert wird oder auch wenn der Raum normalerweise unterhalb des Atmosphärendrucks
gehalten und der Druck periodisch auf Atmosphärendruck gesteigert wird. Unter derartigen
Bedingungen können sich bei gasgefüllten Anzeigegeräten Schwierigkeiten dadurch
ergeben, daß die Geräte unbeabsichtigt auf plötzlichen Druckwechsel ansprechen.
Außerdem würden Expansion und Kontraktion des Gases innerhalb des Gerätes besondere
konstruktive Maßnahmen erfordern. Diese Schwierigkeiten werden durch Ausfüllen des
Raumes zwischen den beiden Membranen bzw. Faltenbälgen mit einer Flüssigkeit behoben.
Dabei muß jedoch die aus der Drosseldüse austretende Flüssigkeit zurückgehalten
werden, und zu diesem Zweck ist ein dritter Faltenbalg vorgesehen, wie in Fig. 5
dargestellt und worauf schon im Zusammenhang mit der abgeänderten Ausführungsform
nach Fig. 3 hingewiesen wurde. Bei dieser Ausführungsform steht der Faltenbalg 70
unter dem Druck des zu überwachenden Raumes, und er ist über eine Öffnung 71 an
der Rückseite mit einem eine Kontaktseheibe 72 a tragenden Faltenbalg 72 verbunden.
Gleichzeitig ist er über eine Bohrung mit verengtem Querschnitt auch mit einem Faltenbalg
75 von wesentlich größerer Nachgiebigkeit als der des Faltenbalges 72 verbunden.
Sämtliche Faltenbälge sind mit einer Flüssigkeit ausgefüllt; Silikonfluide sind
hierfür nicht nur wegen ihrer niedrigen Viskosität, sondern auch wegen der nur geringfügigen
Abhängigkeit ihrer Viskosität von der Temperatur geeignet.
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Bei langsam erfolgendem Druckwechsel wird der Faltenbalg 70 langsam
zusammengedrückt, so daß Flüssigkeit durch die Bohrung 74 abströmt und den Faltenbalg
75 bis zum Anstoßen gegen den Anschlag 76 aufbläht. Infolge seiner größeren Steifigkeit
bewegt sich der Faltenbalg 72 dabei nur wenig. Erst durch weiteres Zusammendrücken
des Faltenbalges 70 wird der Faltenbalg 72 ausgedehnt, bis bei dem bestimmten wählbaren
Druck die Kontaktscheibe 72 die Kontakte 73 berührt und den Stromkreis schließt.
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Steigt der Druck dagegen mit einer höheren als einer bestimmten wählbaren
Geschwindigkeit an, so kann die Flüssigkeit nicht schnell genug durch die Bohrung
74 abströmen, so daß der Faltenbalg 72 sich ausdehnt und den Stromkreis schließt.
Anzeigegeräte dieser Art sind besonders in solchen Fällen zur Verwendung geeignet,
wenn der zu überwachende Raum Flüssigkeit enthält, da sie auch in Flüssigkeit eingetaucht
werden können.
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Schwankt der Normaldruck in dem zu überwachenden Raum in weiten Grenzen,
was z. B. für die bereits erwähnten Treibstoffuntersuchungskammern zutrifft, bei
denen der Normaldruck sich zwischen 0,08 und 1,2 ata oder darüber bewegen kann,
so ist eine gegenüber Fig. 5 abgeänderte Ausführungsform besonders zweckmäßig. Diese
Abänderung besteht darin, daß eine enge Bohrung in der Wand des die Faltenbälge
72 und 75 einschließenden Gehäuses vorgesehen wird, wie durch die gestrichelten
Linien bei 77 angedeutet, so daß langsame Schwankungen in dem zu überwachenden Raum
auf das Gerät übertragen werden.
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Auf Grund des engen Durchtrittsquerschnittes der Bohrung 74 im Vergleich
zu dem Gehäusevolumen können jedoch langsame Explosionen ohne die Gefahr eines Druckausgleichs
durch diese Bohrung angezeigt werden.
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Um ein unbeabsichtigtes Ansprechen der Anzeigegeräte zu vermeiden,
was z. B. infolge von Schwingungen oder bei bestimmten Anlagen eintreten könnte,
bei denen der zu überwachende Raum eine Flüssigkeit enthält, die innerhalb des Raumes
umherfiießt und den Anzeigegeräten Erschütterungen ähnlich den Druckanstiegen bei
Explosionen mitteilt, können auch mehrere Anzeigegeräte oder - wenn verschiedene
Anzeigegeräte zum getrennten Anzeigen von Drücken und von Druckanstiegen verwendet
werden - von jeder Sorte mehrere Geräte eingesetzt werden. Die Kontakte der Anzeigegeräte
sind dann in Reihe verbunden, so daß der die gewünschte Betätigung schaltende Stromkreis
erst nach Ansprechen sämtlicher Geräte geschlossen ist. Auf diese Weise wird die
Gefahr eines unbeabsichtigten Ansprechens verringert, während beim Ausbrechen einer
Explosion sämtliche Anzeigegeräte ansprechen und den Stromkreis schließen.