Thermisches Auslöseelement für Sprinkler, Ventile oder dergleichen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein thermisches Auslöseelement für Sprinkler, Ventile oder dergleichen in Form eines in einem vollständig umschlossenen Innenraum (2) mit einer Sprengflüssigkeit gefüllten Gefäßes (1).
Die Anforderungen an moderne Auslöseelemente hinsichtlich der Genauigkeit der Auslösetemperatur sind gestiegen, es besteht also ein Bedarf nach hoch temperatursensitiven Sprengflüssigkeiten, die für eine exakte und reproduzierbare Einstellung einer Auslösetemperatur im Bereich von wenigen Grad Celsius geeignet sind.
Dieser Bedarf wird dadurch erfüllt, dass die Auslöseflüssigkeit einen aus einer der folgenden Stoffgruppen gewählten Kohlenwasserstoff oder eine Mischung aus solchen Kohlenwasserstoffen enthält oder aus einem solchen Kohlenwasserstoff oder einer Mischung aus solchen Kohlenwasserstoffen besteht:
a) ein aliphatisches Bromid;
b) ein Kohlenwasserstoff mit einer Nitrogruppe;
c) ein einfach halogenierter Benzolring;

eine aliphatische Esterverbindung mit je zwei doppelt gebundenen Sauerstoffatomen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein thermisches Auslöseelement für Sprinkler, Ventile oder dergleichen in Form eines in einem vollständig umschlossenen Innenraum mit einer Sprengflüssigkeit gefüllten Gefäßes.

[0002] Es ist seit langem bekannt, thermische Auslöseelemente für Sprinkler, aber auch für andere Ventile, z.B. für Notablassventile von Gasbehältern in Form von im Inneren einen vollständig umschlossenen, mit einer Sprengflüssigkeit gefüllten Hohlraum aufweisenden Gefäßen auszuführen. Dabei sind die Gefäße zumeist aus Glas gebildet, sie können auch als Glasfässchen bezeichnet werden.

[0003] Solche Glasfässchen als thermisches Auslöseelement sind beispielsweise in der DE 36 01 203 A1 beschrieben.

[0004] Derartige Auslöseelement sind mit einer Sprengflüssigkeit gefüllt, die sich bei Erwärmung ausdehnt und zum Bersten des typischerweise in einem Ventilsitz eingespannten, das Ventil in Schließstellung haltenden Gefäßes führt, so dass ein Auslösen des Ventils oder dgl. erfolgt.

[0005] Als Sprengflüssigkeiten wurden unterschiedliche Stoffe vorgeschlagen. So nennt das US-Patent Nr. 4,938,294 Toluen, Xylen, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen bzw. Mischungen daraus als geeignete Sprengflüssigkeiten. In der EP 0 838 242 B1 sind ein Halogenderivat eines aromatischen Kohlenwasserstoffs mit zwei oder mehr Halogensubstituenten, ein aliphatisches Amid sowie Mischungen daraus als geeignete Sprengflüssigkeiten genannt.

[0006] In der DE 197 80 041 C1 schließlich wird ein von einem halogenfreien oder halogenierten Kohlenwasserstoff abgeleiteter Stoff als geeignete Sprengflüssigkeit beschrieben, bei dem in seiner Strukturformel

a)

i) wenigstens eine CH₂-Gruppe durch Sauerstoff (O), Schwefel (S), Sulfinyl (SO) oder Sulfonyl (SO₂) ersetzt ist, oder

ii) wenigstens eine CH-Gruppe durch Stickstoff ersetzt ist,

b) keine direkt an Sauerstoff, Stickstoff der Schwefel gebundenen Wasserstoffatome vorkommen,

c)

i) wenigstens ein Ring vorkommt, oder

ii) mindestens zwei Sauerstoffatome mit jeweils zwei Einfachbindungen vorkommen oder

iii) mindestens zwei Carbonylgruppen von Ketonen und/oder Aldehyden vorkommen oder

iv) mindestens ein oxidiertes Schwefelatom (SO oder SO₂) vorkommt oder

v) mindestens ein Stickstoffatom in Form eines Amids, Imids, Imins oder Nitrils vorhanden ist.

[0007] Zwar haben sich all die genannten Auslöseflüssigkeiten prinzipiell bewährt, und sind grundsätzlich geeignet, in gattungsgemäßen Auslöseelementen verwendet zu werden. Jedoch besteht fortwährender Bedarf nach Verbesserungen, insbesondere unter folgenden Gesichtspunkten:

[0008] So sind die Anforderungen an moderne Auslöseelemente hinsichtlich der Genauigkeit der Auslösetemperatur gestiegen, es besteht also ein Bedarf nach hoch temperatursensitiven Sprengflüssigkeiten, die für eine exakte und reproduzierbare Einstellung einer Auslösetemperatur im Bereich von wenigen Grad Celsius geeignet sind. Darüber hinaus sind viele der zuvor verwendeten Sprengflüssigkeiten gesundheitsschädlich, umweltschädlich oder sogar brennbar.

[0009] Hier gilt es, mit der Erfindung Abhilfe zu schaffen und eine Möglichkeit eines Ersatzes für die Sprengflüssigkeit anzugeben, wobei die Sprengflüssigkeit einerseits eine hochgradig temperaturgenaue und temperaturempfindliche Auslösung des damit bestückten Auslöseelementes gestatten und andererseits eine gegenüber dem Stand der Technik verringerte Gesundheitsgefährdung und Umweltgefährdung mit sich bringen und so die Verarbeitung weniger gefahrvoll gestalten soll.

[0010] Auf der Suche nach möglichen Alternativen haben die Erfinder umfangreiche Versuche und Untersuchungen durchgeführt und sind schließlich auf die in Anspruch 1 genannten Gruppen von Kohlenwasserstofifsn gestoßen, aus denen einzelne Stoffe ausgewählt und zur Verarbeitung zu einer Auslöseflüssigkeit verwendet werden können, wie auch Mischungen von Stoffen aus diesen Gruppen.

[0011] Die Gruppen umfassen dabei aliphatische Bromide, Kohlenwasserstoffe mit einer Nitrogruppe, einfach halogenierte Benzolringe und aliphatische Esterverbindungen mit je zwei doppelt gebundenen Sauerstoffatomen.

[0012] Insbesondere können die aliphatischen Bromide solche sein, die zweifach hologeniert sind.

[0013] Die einzelnen Stoffgruppen zeichnen sich wie folgt aus:

Aliphatische Bromide besitzen eine sehr hohe Dichte, die in Kombination mit der geringen Wärmekapazität sehr schnelle Auslösezeiten und enge Temperaturfelder der damit bestückten Auslöseelemente erlaubt. Dies gilt insbesondere auch für die besonders bevorzugten zweifach halogenierten aliphatischen Bromide.

Aliphatische Bromide verbessern die Ansprechempfindlichkeit ansonsten baugleicher thermischer Auslöseelemente gegenüber heute üblichen Sprengflüssigkeiten um etwa 15%. Auch die Standardabweichung des Auslösetemperaturfeldes wird um 15% gegenüber herkömmlichen Sprengflüssigkeiten verbessert.

[0014] Nitroverbindungen besitzen durch ihre NO₂-Struktur einen hohen Spannungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus besitzen sie eine geringe dynamische Viskosität, wodurch die kleine Dichte und die höhere Wärmekapazität, die ansonsten hinsichtlich der Auslösezeit von Nachteil ist, ausgeglichen werden kann. Somit führen auch solche Stoffe zu schnellen Auslösezeiten und erlauben auch die Wahl enger Temperaturfelder.

[0015] Zyklische Moleküle, die bereits ohnehin über gute Eigenschaften als Sprengflüssigkeit verfügen, haben als Benzolringe mit maximal einem Halogen hohe Spannungskoeffizienten und eine geringe Wärmekapazität, was erneut zu schnellen Auslösezeiten und engen Temperaturfeldern führt.

[0016] Schließlich erlauben aliphatische Esterverbindungen mit je zwei doppelt gebundenen Sauerstoffatomen wiederum sehr enge Temperaturfelder und verfügen, wenngleich nicht in dem Maße wie die zuvor genannten Stoffgruppen, noch immer über gute Auslösezeiten. Sie eignen sich aufgrund des hohen Siedepunktes insbesondere für die Verwendung in thermischen Auslöseelementen mit hoher Auslösetemperatur.

[0017] Durch die Wahl von Mischungen von Stoffen aus den genannten Stoffgruppe können die Auslöseeigenschaften der thermischen Auslöseelemente in gesteuerter Weise bestimmt, also gestaltet werden.

[0018] Der Sprengflüssigkeit können mit Vorteil Zusatzstoffe zugesetzt sein, insbesondere ein oder mehrere Farbstoff(e). Da die meisten der gewählten Auslöseflüssigkeiten farblos transparent sind, erleichtert die Zugabe eines Farbstoffes nicht nur in der Qualitätskontrolle z.B. das Erkennen einer bewusst in dem Innenraum belassenen Gasblase und ein Abschätzen der Größe derselben, sondern es können über die Zugabe unterschiedlicher Farbstoffe die im Stand der Technik bekannten und bereits verwendeten Codierungen für unterschiedliche Auslösetemperaturen indiziert werden.

[0019] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wozu auf die einzig beigefügte Fig. 1 verwiesen wird, in der schematisch eingespannt zwischen zwei Lagerelementen ein Auslöseelement gezeigt ist, welches in erfindungsgemäßer Weise mit einer beschriebenen und beanspruchten Sprengflüssigkeit gefüllt ist.

[0020] Das in Fig. 1 gezeigte Auslöseelement ist ein Glasfässchen 1, wie es grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. So entspricht das hier gezeigte Glasfässchen in seiner Gestaltung im Wesentlichen dem in der DE 36 01 203 beschriebenen Form und Ausprägung. Das Glasfässchen umschließt einen hohlen Innenraum 2 vollständig und liegt in seiner Verwendung als Auslöseelement mit einander gegenüberliegenden Enden 3 und 4 an Lagerelementen 5 und 6 an, ist zwischen diesen eingespannt. Dabei kann eines der Lagerelemente, z.B. das Lagerelement 5 ein Ventilteller eines Sprinklers, das andere Lageelement, z.B. das Lagerelement 6, ein diesem gegenüberliegender Lagerbügel sein, wie dies häufig in Sprinkleranlagen anzutreffen ist. Gleichermaßen kann das Glasfässchen 1 aber auch als thermisches Auslöseelement in ein Notablassventil eines Gasbehälters oder in ähnlichen Vorrichtungen eingebunden sein.

[0021] Das Erfindungswesentliche ist nun die in den Innenraum 2 eingefüllte Sprengflüssigkeit, die bei Erwärmung aufgrund der thermischen Ausdehnung zu einem Bersten des Glasfässchens 1 und damit einem Auslösen der thermischen Auslösevorrichtung führt. Typischerweise, auch dies ist aus dem Stand der Technik bekannt, wird die Auslöseflüssigkeit unter Belassung eines definierten Gasbläschens (üblicherweise Luft) in dem Innenraum eingefüllt, wobei das Gasbläschen die erste thermische Ausdehnung der Auslöseflüssigkeit auffängt, bis insbesondere durch einen Phasenübergang eine explosionsartige Ausdehnung erfolgt, die das Glasfässchen 1 bersten lässt. Nach der Erfindung enthält die Auslöseflüssigkeit im Inneren des Innenraumes 2 wenigstens einen Kohlenwasserstoff, bestehend aus einem aliphatische Bromid, bevorzugt einem zweifach halogenierten aliphatischen Bromid, einem Kohlenwasserstoff mit einer Nitrogruppe, einem einfach halogenierten Benzolringe und einer aliphatischen Esterverbindung mit je zwei doppelt gebundenen Sauerstoffatomen bzw. eine Mischung aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen aus einer oder mehrerer dieser Gruppen. Die Sprengflüssigkeit kann diese Kohlenwasserstoffe lediglich enthalten, besteht aber insbesondere vollständig aus einem oder mehreren der genannten Kohlenwasserstoffe.

[0022] Beispiele für in erfindungsgemäßer Weise zur Verwendung für die Sprengflüssigkeit geeignete Kohlenwasserstoffe aus den genannten Gruppen ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:

Stoffgruppe	Beispiele
aliphatische Bromide, z.B. 2-fach halogeniert
	Dibrommethan
Nitrogruppe
	Nitromethan	Nitroethan	1-Nitropropan
1-fach halogenierter Benzolring
	Chlorbenzol	Brombenzol	Fluorbenzol
Aliphatische Esterverbindungen mit je 2 doppeltgebunden Sauerstoffatomen
	Methylacetoacetat	Ethylacetoacetat

[0023] Mit der Wahl einer entsprechenden Auslöseflüssigkeit sind gegenüber dem Stand der Technik erhebliche Vorteile verbunden, die insbesondere in der präzisen Einstellbarkeit einer Auslösetemperatur, in eng einstellbaren Temperaturfenstern für die Auslösung sowie der Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit bestehen.

[0024] Der Sprengflüssigkeit können dabei Zusatzstoffe zugesetzt sein, insbesondere ein oder mehrere Farbstoff(e). Da die meisten der gewählten Auslöseflüssigkeiten farblos transparent sind, erleichtert die Zugabe eines Farbstoffes nicht nur in der Qualitätskontrolle das Erkennen der gewünschten Gasblase und Abschätzen der Größe derselben, sondern es können über die Zugabe unterschiedlicher Farbstoffe die im Stand der Technik bekannten und bereits verwendeten Codierungen für unterschiedliche Auslösetemperaturen indiziert werden.

Bezugszeichenliste

[0025] 

1

Glasfässchen

2

Innenraum

3

Ende

4

Ende

5

Lagerelement

6

Lagerelement

Ansprüche

1. Thermisches Auslöseelement für Sprinkler, Ventile oder dergleichen in Form eines in einem vollständig umschlossenen Innenraum (2) mit einer Sprengflüssigkeit gefüllten Gefäßes (1), wobei die Auslöseflüssigkeit einen aus einer der folgenden Stoffgruppen gewählten Kohlenwasserstoff oder eine Mischung aus solchen Kohlenwasserstoffen enthält oder aus einem solchen Kohlenwasserstoff oder einer Mischung aus solchen Kohlenwasserstoffen besteht:

a) ein aliphatisches Bromid;

b) ein Kohlenwasserstoff mit einer Nitrogruppe;

c) ein einfach halogenierter Benzolring;

d) eine aliphatische Esterverbindung mit je zwei doppelt gebundenen Sauerstoffatomen.

2. Thermisches Auslöseelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengflüssigkeit ein zweifach halogeniertes aliphatisches Bromid ist oder ein solches enthält.

3. Thermisches Auslöseelement nach Anspruch einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengflüssigkeit Zusatzstoffe, wie insbesondere einen oder mehrere Farbstoffe, enthält.

Zeichnung