Elektrisch angetriebene Brandschutzklappe

Abstract

 Brandschutzklappen (1) mit Stellantrieben (4) und Federrücklauf werden als Sicherheitsstellglieder eingesetzt. Die Stellglieder werden im Normalbetrieb durch den integrierten Stellantrieb (4) in Offenstellung gebracht und in dieser Position gehalten. Im Störfall soll das Stellglied seine Sicherheitsstellung einnehmen und in dieser Stellung gegenüber kanalseitigen Einwirkungen verriegelt werden. In geöffneter Position steht das Klappenblatt (11) in Richtung des Kanals (2). Ein teilweise in eine über dem Durchbruch für den Kanal (2) befindliche Maueraussparung eingeschobener Stellantrieb (4) kann das Klappenblatt (11) um einen im Wesentlichen rechten Winkel verdrehen. Der Stellantrieb (4) wird bei Montage der Klappe (1) innerhalb einer Brandschutzmauer (5) lediglich in eine Maueraussparung eingeschoben und anschliessend zur Drehmomentsicherung, beispielsweise mit einer Schraube (6), möglichst fern der Klappenachse (3) und gut zugänglich am Kanal (2) fixiert. Das Klappenblatt (11) kann mittels Nut und Kamm auf Achsendstücke aufgeschoben werden. Dazu muss der Stellantrieb nicht demontiert oder gehoben werden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Brandschutzklappe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Brandschutzklappen mit Stellantrieben und Federrücklauf werden als Sicherheitsstellglieder eingesetzt. Die Stellglieder werden im Normalbetrieb durch den integrierten Stellantrieb in Offenstellung gebracht und in dieser Position gehalten. Im Störfall oder zwecks Überprüfung soll das Stellglied seine Sicherheitsstellung einnehmen und in dieser Stellung gegenüber kanalseitigen Einwirkungen verriegelt werden. Das Einnehmen der Sicherheitsstellung erfolgt bei Unterbruch der Stromversorgung, sei es durch einen Stromausfall oder durch einen gezielten, via Steuerelektronik und Sensoren ausgelösten Stromunterbruch. Ein solches Sicherheitsstellglied kann beispielsweise dazu benutzt werden, die Ausbreitung von Feuer und Rauch in Lüftungssystemen zu verhindern und Durchbrüche für Lüftungskanäle in Brandschutzmauern im Brandfall feuerfest abzudichten.

[0003] Stellantriebe mit Federrücklauf für Brandschutzklappen sind in der Klima-, Lüftungs- und Regeltechnik hinlänglich bekannt. Als nächsten Stand der Technik kann die Patentanmeldung EP 0 699 095 B1 (D1) herangezogen werden. D1 offenbart eine Brandschutzklappe mit zugehörigem Kontrollsystem für mindestens eine Klappe. Ein Nachteil der bekannten Brandschutzklappen ist die komplizierte und zeitraubende werkseitige Montage und Demontage der Klappe und des Stellantriebes sowie der Austausch des Stellantriebes infolge Wartung bei eingemauerter Brandschutzklappe. Ausserdem weisen die meisten Vorrichtungen relativ grosse Dimensionen auf und sind aufgrund ihres aufwändigen Aufbaus teuer in der Herstellung. Die Verriegelung in der offenen als auch in der Sicherheitsstellung wird in der Praxis häufig mit ebenfalls aufwändigen innen oder aussen an der Klappe angebrachten Gestängen bewerkstelligt. Diese Gestänge erschweren die Montage und müssen justiert werden. Ausserdem gelten sie als bewegliche Teile und stellen daher ein Sicherheitsrisiko dar.

[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung von elektrisch betriebenen Brandschutzklappen ohne die oben erwähnten Nachteile herkömmlicher Systeme. Die Brandschutzklappe mit Stellantrieb soll günstig, mit möglichst wenig beweglichen Teilen hergestellt werden können, der Einbau und Ausbau soll auf einfachste Weise möglich sein, beispielsweise auch bei eingemauerter Brandschutzklappe. Der Stellantrieb soll zudem möglichst kompakt dimensioniert sein.

[0005] Die Lösung der Aufgabe ist wiedergegeben im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 hinsichtlich ihrer wesentlichen Merkmale, in den folgenden Ansprüchen hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen.

[0006] Anhand der beigefügten Zeichnungen wird der Erfindungsgegenstand mittels mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

ein erstes Ausführungsbeispiel einer Brandschutzklappe in Offenstellung im Längsschnitt,

Fig. 2a,b

das Klappenblatt eines ersten Ausführungsbeispiels in Sicherheitsstellung im Quer- und Längsschnitt,

Fig. 3

eine schematische Darstellung des Stellantriebes,

Fig. 4

eine schematische Darstellung der Lastmomentsperre,

Fig. 5

ein erstes Ausführungsbeispiel einer Dichtung der Klappenränder gegenüber den Kanalwänden,

Fig. 6

ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dichtung der Klappenränder gegenüber den Kanalwänden.

[0007] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Brandschutzklappe 1, im Folgenden Klappe 1 genannt. In geöffneter Position steht das Klappenblatt 11 in Richtung des Kanals 2, so dass im Wesentlichen der ganze, hier rechteckige, Querschnitt des Kanals 2 freigegeben ist. Das Klappenblatt 11 hat dieselbe geometrische Form wie der Querschnitt des Kanals 2, ist aber um soviel kleiner, dass das Klappenblatt 11 mit einer im Wesentlichen 90°-Drehung in die den Kanal 2 schliessende Sicherheitsstellung gebracht werden kann, ohne dass es den Kanal 2 berührt. Das Klappenblatt 11 ist beispielsweise um eine vertikale Achse drehbar gelagert. Ein obenliegender, teilweise in eine über dem Durchbruch für den Kanal 2 befindliche Maueraussparung eingeschobener Stellantrieb 4 kann das Klappenblatt 11 um einen im Wesentlichen rechten Winkel verdrehen. Der Stellantrieb 4 wird bei Montage der Klappe 1 innerhalb einer Brandschutzmauer 5 lediglich in eine Maueraussparung eingeschoben und anschliessend zur Drehmomentsicherung, beispielsweise mit einer Schraube 6, möglichst fern der Klappenachse 3 und gut zugänglich am Kanal 2 fixiert. Es ist im Erfindungsgedanken enthalten, dass der Stellantrieb 4 je nach Zugänglichkeit auch unter dem Kanal 2 oder seitlich am Kanal 2 mit horizontaler Klappenachse 3 angebracht werden kann.

[0008] In Fig. 2a,b wird ein erstes Ausführungsbeispiel des Klappenblattes 11 in Sicherheitsstellung gezeigt. Das Klappenblatt 11 weist oben und unten eine Nut 7 auf. Die Klappenachse 3 ist nicht über die ganze Kanalhöhe durchgehend, sondern wird durch zwei kurze Achsendstücke 8 und das Klappenblatt 11 gebildet. Die Achsendstücke 8 sind kraftschlüssig mit je einem zur Richtung der Klappenachse 3 rechtwinklig angebrachten Kamm 13 verbunden. Für die Montage des Klappenblattes 11, müssen nun lediglich die Achsendstücke 8 in ihre Lager 9, 10 im Kanalboden und im Stellantrieb 4 eingesetzt werden. Im Kanalboden ist ein Drehlager 9, beispielsweise ein Gleitlager, zur Aufnahme des unteren Achsendstückes 8 eingelassen und das obere, beispielsweise einen quadratischen Achsquerschnitt aufweisende Achsendstück 8 wird formschlüssig in die Hohlachse der Lastmomentsperre 18 eingeführt. Anschliessend kann das Klappenblatt 11 mit den Nuten 7 in die beiden Kämme 13 eingeführt werden. Die Nuten 7 sind nicht über die ganze Länge des Klappenblattes 11 durchgehend, sondern sie enden auf einer Klappenblatthälfte je nach Länge der Kämme 13 so, dass die Kämme 13 in der richtigen Position an den Enden der Nuten 7 anschlagen. Auf diese Weise kann das Klappenblatt 11 von einer Seite her auf die Kämme 13 aufgeschoben werden, bis zur richtigen, durch die Enden der Nuten 7 definierte Position. Das richtig positionierte und justierte Klappenblatt 11 kann sodann an den Kämmen 13 und damit an den Achsendstücken 8 mittels einer Verbindung 12 fixiert und so gegen nachträgliche horizontale Verschiebungen gesichert werden. Diese Verbindung 12 kann beispielsweise mittels Schraube direkt in den Kamm 13 erfolgen. Eine weitere erfindungsgemässe Ausführung zur Verhinderung einer Verschiebung des Klappenblattes in Richtung der Nut 7, besteht darin, dass kraftschlüssig mit dem Achsendstück 8 verbundene u-förmige Führungsteile 24, beispielsweise aus Stahlblech gefertigt, das Klappenblatt 11 in Achsnähe umfassen und diese Führungsteile 24 bei richtig positioniertem Klappenblatt 11 mit dem Klappenblatt 11 mittels Verbindungen 12 verbunden werden. Nach der Montage des Klappenblattes 11 ist es möglich, beispielsweise zur Erfüllung von Brandschutzvorschriften, die Teile der Nut 7, welche nicht durch den Kamm 13 ausgefüllt sind, beispielsweise mit einer feuerfesten Dichtung zu füllen. Der Kamm 13 kann die Nut 7 auch über die volle Klappenbreite ausfüllen. Üblicherweise schlagen die Klappenblätter 11 beim Einnehmen der Offenstellung gegen Anschläge an der Kanalwand. Diese Anschläge sind hier nicht nötig, da der Stellantrieb 4 die Klappe 1 genau in Offenstellung, normalerweise in Richtung des Kanals 2, positioniert und gegenüber von auf das Klappenblatt 11 wirkenden Kräften ausgelöste Drehmomente verriegelt.

[0009] Im Folgenden sei die Vorgehensweise bei Montage der Klappe 1 noch einmal kurz zusammengefasst. Der Stellantrieb 4 wird bei Montage innerhalb einer Brandschutzmauer 5 bündig in eine Maueraussparung am Kanal 2 eingeschoben und mit einer Schraube 6 am Kanal 2 befestigt. Anschliessend wird der Stellantrieb 4 durch Stromzufuhr oder per Handaufzug in Offenstellung gebracht, die beiden Achsendstücke 8 werden in die Lager 9, 10 eingesetzt, das Klappenblatt 11 wird mit den Nuten 7 in die Kämme 13 der Achsendstücke 8 eingefahren und schliesslich mittels Verbindungen 12 und je nach Ausführung mittels Führungsteilen 24 an den Achsendstücken 8 befestigt. Die Montage des Stellantriebes 4 und des Klappenblattes 11 kann vollständig von der Seite des Stellantriebes 4 aus erfolgen.

[0010] Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des Stellantriebes 4. Er besteht im Wesentlichen aus lediglich vier Komponenten. Ein Elektromotor 15, welcher mit einem Federrücklauf 16 und über ein stark untersetzendes Getriebe 17 (1:500 bis 1:10'000) und eine Lastmomentsperre 18 mit der Klappenachse 3 gekoppelt ist. Die benötigte Untersetzung des Getriebes 17 hängt von der Leistungsfähigkeit des Elektromotors 15 ab. Im Normalbetrieb öffnet der Elektromotor 15 via Getriebe 17 das Klappenblatt 11 und zieht gleichzeitig den Federrücklauf 16 auf. Der Elektromotor 15 ist die eigentliche Antriebsquelle des Stellantriebes 4. Für das Anfahren und Erhalten der Offenstellung des Klappenblattes 11 muss der Elektromotor 15 ununterbrochen mit Strom versorgt werden. Bei Erreichen der Offenstellung wird das Klappenblatt 11 und damit auch der Elektromotor 15 mechanisch am weiter drehen gehindert. Der weiter unter Strom stehende und nun blockierte Elektromotor 15 erzeugt ein genügend grosses Drehmoment, um die rücktreibende Kraft des gespannten Federrücklaufs 16 auszugleichen. Bei unterbrochener Stromzufuhr dreht der gespannte Federrücklauf 16 das Klappenblatt 11 via Getriebe 17 in die geschlossene Sicherheitsstellung zurück, wobei der Elektromotor 15 infolge der fixen Kupplung ebenfalls rückwärts gedreht wird. Als Federrücklauf 16 wird typischerweise eine Spiralfeder verwendet, es sind aber auch andere Federn zur Speicherung der benötigten Rücklaufenergie denkbar und erfindungsgemäss. Für Wartungsarbeiten oder Inbetriebnahme bei nicht unter Strom stehendem Stellantrieb 4 verfügt der Federrücklauf 16 über einen Handaufzug zum Öffnen des Klappenblattes 11, beispielsweise mittels einer Innensechskantschraube. Mittels einer Arretierungsvorrichtung kann der von Hand gespannte Federrücklauf 16 blockiert werden, wobei sichergestellt sein muss, dass diese Blockierung bei Einsetzen der Stromversorgung sofort und zuverlässig aufgehoben wird. Dem Fachmann sind solche Arretierungsvorrichtungen bekannt und werden an dieser Stelle nicht näher ausgeführt. Die Klappenachse 3 wird über eine Lastmomentsperre 18 angetrieben.

[0011] Lastmomentsperren 18 sind Stand der Technik und werden daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben. Sie ermöglichen einen ungehinderten Antrieb eines Maschinenteils in beiden Drehrichtungen, während rückwirkende Drehmomente des getriebenen Teils auf den Antrieb in beiden Drehrichtungen gesperrt werden. Die Lastmomentsperre 18 gestattet also freie Momentübertragung in der Antriebsrichtung, sperrt jedoch Drehmomentrückwirkung vom Antriebsteil her. Sie ist nötig, damit das Klappenblatt 11 nicht durch darauf wirkende Kräfte bewegt werden kann.

[0012] Für die Anordnung und Koppelung von Elektromotor 15, Federrücklauf 16 und stark untersetzendem Getriebe 17 sind dem Fachmann viele Varianten bekannt. Diese sind im Erfindungsgedanken mit eingeschlossen. Beispielsweise kann der Elektromotor 15 auch direkt den Federrücklauf 16 spannen, welcher wiederum mittels Getriebe 17 und Lastmomentsperre 18 mit der Klappenachse 3 gekoppelt ist.

[0013] Fig. 4 zeigt die auf der Klappenachse 3 montierte Lastmomentsperre 18. Mechanische Anschläge 20 an beiden Seiten eines im Wesentlichen rechtwinkligen Segmentes, beispielsweise dem Abtriebrad 25, verunmöglichen ein Überdrehen des Klappenblattes 11 beim Anfahren der Sicherheitsstellung oder der Offenstellung. Diese Anschläge 20 des Abtriebrades 25 im Stellantrieb 4 machen, wie oben erwähnt, Klappenanschläge im Kanalinnern überflüssig, was sich in vereinfachter Montage niederschlägt. Zusätzlich werden beim Erreichen sowohl der Sicherheitsstellung als auch der Offenstellung, beispielsweise auf der Lastmomentsperre 18 liegende, Endschalter oder Sensoren 21 betätigt, welche die Information über die Klappenstellung beispielsweise an eine elektronische Steuerung und Regelung liefern können. Diese Information kann aber beispielsweise auch für die Regelung des Drehmomentes des Elektromotors 15 in Offenstellung des Klappenblattes 11 verwendet werden. Für die Brandschutzfunktion der Klappe 1 sind Endschalter oder Sensoren 21 nicht notwendig.

[0014] Fig. 5 zeigt eine erste Möglichkeit, wie eine vollständige Dichtung des Klappenblattes 11 im Brandfall, erreicht werden kann. Dies geschieht mittels thermisch aktivierter expandierender Stoffe 14, welche beispielsweise an den Klappenblatträndern angebracht sind. Diese Stoffe 14, beispielsweise Schäume, expandieren bei hohen Temperaturen und schliessen dadurch den verbleibenden schmalen Spalt zwischen Kanalwand und Klappenblatt 11 luftdicht ab. Der Vorgang ist irreversibel. Das nun festgeklebte Klappenblatt 11 muss anschliessend herausgebrochen und durch ein neues ersetzt werden. In Fig. 6 ist eine andere Möglichkeit zur vollständigen Dichtung des Klappenblattes 11 im Brandfall dargestellt. Der thermisch expandierende Stoff 14 wird auf Anschlägen im Kanalinnern angebracht.

Ansprüche

1. Brandschutzklappe (1) für Lüftungs- und Klimaanlagen mit einem integrierten Stellantrieb (4), welcher einen Elektromotor (15), einen Federrücklauf (16) und eine Verriegelungsvorrichtung (18) für die Sicherheitsstellung der Brandschutzklappe aufweist, wobei das Klappenblatt (11) im Wesentlichen die Form des Kanalquerschnittes aufweist, um eine Achse gedreht werden kann und entweder in eine den Kanal (2) schliessende Sicherheitsposition oder eine den Kanal (2) im Wesentlichen offen lassende Arbeitsposition gebracht werden kann, wobei das Klappenblatt (11) bei Unterbruch der Energieversorgung des Stellantriebes (4) automatisch die Sicherheitsposition einnimmt und das Klappenblatt (11) in dieser Position verriegelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass

- das Klappenblatt (11) der Brandschutzklappe (1) auf den achszugewandten Seiten Nuten (7) aufweist,

- zwei Achsendstücke (8) rechtwinklig zur Achsrichtung kraftschlüssig verbunden in die Nuten (7) des Klappenblattes passende Kämme (13) aufweisen

- die Montage des Klappenblattes (11) bei fest montiertem Stellantrieb (4) ohne Anheben desselben erfolgen kann.

2. Brandschutzklappe (1) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
die Nuten (7) im Klappenblatt (11) zum Aufschieben des Klappenblattes (11) auf die Kämme (13) nur auf einer Seite des Klappenblattes (11) bis an den Rand geführt sind und auf der anderen Seite die Nuten (7) nur so weit ausgeführt sind, dass die Kämme (13) in der richtigen Position anschlagen.

3. Brandschutzklappe (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass
die Montage des Klappenblattes (11) in Offenstellung durch Einführen des Klappenblattes (11) auf die Kämme (13) der vorgängig in die Drehlager (9, 10) eingesetzten Achsendstücke (8) erfolgen kann.

4. Brandschutzklappe (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass
die Verriegelung der Brandschutzklappe (1) in Sicherheitsstellung mittels einer Lastmomentsperre (18) erfolgt.

5. Brandschutzklappe (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor (15) und der Federrücklauf (16) mittels eines stark untersetzenden Getriebes (17) (1:500 bis 1:10'000) mit der Klappenachse (3) gekoppelt sind.

6. Brandschutzklappe (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass
Elektromotor (15), Federrücklauf (16) und Klappenachse (3) mittels dem stark untersetzenden Getriebe (17) fix gekoppelt sind und zu keiner Zeit ein Element ausgekuppelt werden kann.

7. Brandschutzklappe (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass
der Federrücklauf (16) mittels eines Handaufzuges aufgezogen werden kann.

8. Brandschutzklappe (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass
das Einnehmen mindestens einer Extremposition des Klappenblattes (11), Offenstellung oder Sicherheitsstellung, mittels eines durch Drehung der Klappenachse (3) betätigten Sensors (21) elektrisch festgestellt werden kann.

9. Brandschutzklappe (1) nach Patentanspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Sensor (21) ein Endschalter ist.

10. Brandschutzklappe (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass
im Stellantrieb (4) die Drehung der Klappenachse (3) mittels mechanischer Anschläge (20) auf eine Drehung zwischen Offenstellung und Sicherheitsstellung begrenzt wird.

11. Brandschutzklappe (1) nach Patentanspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass
die Anschläge unmittelbar die Drehung der Klappenachse (3) einschränken.

Zeichnung