DE102005031719A1

DE102005031719A1 - Mobile Anordnung zum Betreiben eines Elektromotors in explosionsgefährdeter Umgebung

Info

Publication number: DE102005031719A1
Application number: DE102005031719A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bost
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Anordnung zum Betreiben eines Elektromotors (9) in explosionsgefährdeter Umgebung. Die Anordnung weist eine Überdruckkabine (3) für den Geräteführer auf, eine Druckluftzufuhr (5), die die Überdruckkabine (3) mit Druckluft versorgt, einen Elektromotor (9) zum Betreiben weiterer Funktionskomponenten, beispielsweise einer Klimaanlage, Schutzbelüftungsanlage, Hydraulikpumpe und dergleichen, und eine elektronische Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) zur Überwachung und Steuerung des Elektromotors (9). Ein Explosionsschutz wird gemäß der Erfindung erreicht, indem der Elektromotor ein bürstenloser Elektromotor (9) ist und die elektronische Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) in der Überdruckkabine (3) angeordnet und über Versorgungs- und/oder Datenleitungen (16, 17) mit dem bürstenlosen Elektromotor (9) verbunden ist oder indem der Elektromotor (9) in einem gekapselten Gehäuse (10) angeordnet und über eine Druckleitung (12) mit der Druckkabine (3) verbunden ist und die elektronische Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) in der Druckkabine (3) angeordnet und über Versorgungs- und/oder Datenleitungen (16, 17) mit dem Elektromotor (9) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Schutzanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2.
Gattungsgemäße Anlagen haben ihr Einsatzgebiet hauptsächlich in örtlich begrenzten Bereichen wie z.B. Deponien, Altlasten, Kompostieranlagen, Fabrikationsstätten etc., wo es infolge der dortigen Arbeitsprozesse zu Schadstoffemissionen kommt. Schadstoffe können dabei für den Menschen gesundheitsschädliche Kontaminationen oder explosive Gase oder Luftpartikel sein. Diese können als Nebenprodukte industrieller Prozesse oder aber durch Ausgasen oder Aufwirbelung vorhandener Gase oder Stäube entstehen und gelangen so in die Atmosphäre und damit auch in den Bereich dort arbeitender Menschen.

Um gesundheitliche Beeinträchtigungen der Menschen weitgehend auszuschließen, ist es bekannt, zur Reinigung der Atemluft stationäre Anlagen zu verwenden. Diese eignen sich jedoch nur für den Einsatz in stationären Einrichtungen wie z.B. Büro- und Werkstatträumen. Darüber hinaus muss aber die Gesundheit auch der Menschen geschützt werden, die den Schadstoffen bei wechselnden Einsätzen vor Ort direkt ausgesetzt sind. Diese Gruppe stellen vor allem Geräteführer von Nutzfahrzeugen, wie zum Beispiel Lastkraftwagen, Bagger, Gabelstapler etc. dar.

Neben der Ausstattung des Geräteführers mit einem Schutzanzug und einer Atemschutzmaske, was eine erhebliche Komforteinschränkung mit sich bringt, ist es bekannt, die Fahrzeugkabine für den Geräteführer mit reiner oder gereinigter Druckluft zu beaufschlagen. Aufgrund des Überdrucks in der Druckkabine gegenüber der Umgebungsluft können so keine schädlichen Gase oder Partikel zum Geräteführer gelangen. Reine Luft kann dabei in stark komprimiertem Zustand in Druckbehältern vorgehalten und nach und nach der Druckkabine zugeführt werden. Alternativ hierzu können auch Schutzbelüftungsanlagen verwendet werden, welche mit einem Filter ausgestattet sind durch den Umgebungsluft geführt und dabei gereinigt wird.

Probleme hinsichtlich des Explosionsschutzes bestehen immer dann, wenn funkenbildende Funktionseinheiten außerhalb der Druckkabine im Einsatz sind. Eine solche Funktionseinheit stellt beispielsweise ein Elektromotor dar, der unter anderem zum Antrieb einer Klimaanlage, einer Hydraulikpumpe oder auch der Schutzbelüftungsanlage für die Druckkabine dienen kann. Ebenso können elektrische oder elektronische Bauteile zur Überwachung und Steuerung beliebiger Vorgänge Ursache von Funkenbildung sein. Im ungünstigsten Fall führen Funken zur Entzündung entzündlicher Gase, das heißt zur Explosion und damit zu katastrophalen Folgen für Mensch und Gerät.

Um solche Szenarien zu verhindern, ist es bekannt funkenbildende Funktionseinheiten mit einer Überdruckkapselung zu schützen. Dabei wird die funkenbildende Funktionseinheit von einem gasdichten Gehäuse umschlossen, das vor Inbetriebnahme der Funktionseinheit mit Luft oder einem inerten Gas gespült wird. Während des Betriebs der Funktionseinheit wird ein kontinuierlicher Überdruck im Gehäuse aufrechterhalten, um ein Eindringen entzündlicher Gase in das Gehäuse zu verhindern.

In Verbindung mit mobilen Geräten führt dies in der Praxis dazu, dass zu derem sicheren Betreiben sowohl ein System zum Schutz des Personals als auch ein System zum Schutz vor Explosionen vorhanden sein müssen. Das eine System sorgt also für die Zufuhr reiner oder gereinigter Atemluft zum Geräteführer, das andere für die Trennung funkenbildender Funktionseinheiten von explosiven Gasen. Das macht geschützte mobile Geräte aufwendig in der Konstruktion und dadurch teuer in der Herstellung. Zudem besitzen mobile Geräte naturgemäß wenig Bauraum für zusätzliche Ausrüstungen, so dass der für zwei getrennte Schutzsysteme erforderliche Bauraumbedarf nicht immer ohne weiteres zur Verfügung steht.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mobile Schutzanordnung zum Betreiben eines Elektromotors in explosionsgefährdeter Umgebung anzugeben, die durch kompakte Bauweise und einfachem konstruktivem Aufbau bekannten Anlagen überlegen ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die eingangs beschriebenen Schutzsysteme derart geschickt miteinander zu kombinieren, dass das eine System zur Funktion des anderen Systems beiträgt. Dies wird in überraschend einfacher Weise durch die räumliche Entkoppelung der Elektronik für den Elektromotor ermöglicht, die zu diesem Zweck in die Druckkabine verlegt wird und lediglich Versorgungs- und gegebenenfalls Datenleitungen zum Elektromotor führen.

Gemäß Patentanspruch 1, der die Verwendung eines bürstenlosen Elektromotors vorsieht, reicht allein diese Maßnahme aus, um einen bürstenlosen Elektromotor in explosionsgefährdeter Umgebung betreiben zu können, da bürstenlose Elektromotoren ohne Funkenbildung arbeiten. Bei Verwendung eines konventionellen Elektromotors mit Bürsten ist als zusätzliche Maßnahme gemäß Patentanspruch 2 ein druckgekapseltes Gehäuse vorgesehen, das den Elektromotor aufnimmt und das über eine Druckleitung an die Druckkabine angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Druckkabine eine Funktionskomponente des Explosionsschutzes, die den Überdruck im gekapselten Gehäuse aufrecht erhält. Gleichzeitig erfüllt die Druckkabine ihren originären Zweck, nämlich den Schutz des Geräteführers vor kontaminierter Luft durch Zufuhr gereinigter Luft. Durch die damit mögliche konstruktive Vereinfachung benötigt eine erfindungsgemäße Anlage weniger Bauraum und kann daher besser an einem mobilen Gerät untergebracht werden. Weiterhin führt die konstruktive Vereinfachung zu einer erheblichen Kostensenkung bei der Herstellung.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung kommt auch in dem gekapselten Gehäuse ein bürstenloser Elektromotor zum Einsatz. Da bürstenlose Elektromotoren ohne Funkenbildung laufen, ergibt sich daraus ein doppelter Explosionsschutz für besonders hohe Anforderungen.

Zur zusätzlichen Steigerung des Explosionsschutzes sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, auch die Versorgungsleitungen für den Elektromotor und die Datenleitungen für die Überwachungs- und Steuerungseinheit innerhalb der Druckleitung zwischen Druckkabine und gekapseltem Gehäuse zu führen. Zum einen ergibt sich daraus ein mechanischer Schutz dieser Leitungen durch die Druckleitung selbst. Zum anderen wird verhindert, dass im Falle von Beschädigungen der Versorgungs- und Datenleitungen Funken mit explosiven Gasen in Kontakt kommen.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Drucksensor vorgesehen, der einen Druckabfall in der Überdruckkabine, der Druckleitung oder dem gekapselten Gehäuse für den Elektromotor registriert. Dabei genügt ein Drucksensor für beide Schutzsysteme, da ein Druckausgleich zwischen der Druckkabine und dem gekapselten Gehäuse stattfindet. Dadurch ist es möglich, im Falle von Leckagen oder sonstigen Fehlfunktionen der Schutzsysteme den Elektromotor abzuschalten, um die Gefahr einer Explosion zu vermeiden.

Zur weiteren Überwachung kann zusätzlich ein Temperatursensor im Bereich des gekapselten Gehäuses angeordnet sein. Die Ursache für einen Temperaturanstieg kann ein Schaden am Elektromotor, beispielsweise ein Lagerschaden sein. Durch rechtzeitiges Erkennen dieses Mißstandes ist ein Abschalten des Elektromotors und damit Eliminieren einer Gefahrenquelle möglich.

In diesem Sinne wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Sensor zur Erfassung der Drehzahl des Elektromotors vorgesehen. Ein Abfall in der Drehzahl des Elektromotors kann auf einen ernsten Schaden dieses Bauteils hinweisen. In Verbindung mit anderen Daten wie z.B. der Betriebsspannung oder Stromaufnahme können Fehlfunktionen wie z.B. ein Lagerschaden des Elektromotors diagnostiziert und rechtzeitig darauf reagiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung.
Man sieht in stark vereinfachter Darstellung eine mobile Einheit 1, beispielsweise einen Lastkraftwagen, eine Walze, einen Radlader, Bagger Gabelstapler oder dergleichen, wie sie in explosionsgefährdeter Umgebung wie z.B. Deponien oder industriellen Produktionsanlagen eingesetzt sind. Die Einheit 1 zeichnet sich durch ihre Mobilität aus, d.h. sie ist an keinen festen Ort gebunden. Diese Tatsache soll durch die Räder 2 zum Ausdruck gebracht werden.
Die mobile Einheit 1 besitzt eine Druckkabine 3, die gegenüber der Umgebung abgedichtet ist und von der aus ein Geräteführer die Einheit 1 bedient. Der übrige Fahrzeugteil, wie zum Beispiel Rahmen, Karosserie etc. ist mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Auf dem Dach der Druckkabine 3 sieht man eine Schutzbelüftungsanlage 5, die genauso gut an einer anderen Stelle an der mobilen Einheit 1 befestigt sein könnte. Die Schutzbelüftungsanlage 5 saugt mittels eines Gebläses kontaminierte oder explosive Umgebungsluft 6 an und leitet diese zur Reinigung durch einen Filter 7. Die so gereinigte Luft wird schließlich unter Druck über die Leitung 8 der Druckkabine 3 zugeführt, um den Geräteführer mit Frischluft zu versorgen. In der Druckkabine 3 besteht somit ein kontinuierlicher Überdruck gegenüber der Umgebung, der verhindert, dass kontaminierte oder explosive Luft bzw. Gase in die Druckkabine 3 eindringen.
Für bestimmte Zwecke kann es notwendig sein, einen Elektromotor außerhalb der geschützten Druckkabine 3 zu betreiben. Beispielhaft für solche Anwendungen seien der Elektroantrieb einer Klimaanlage, einer Pumpe für ein hydraulischen Systems oder auch der Schutzbelüftungsanlage 5 erwähnt. Exemplarisch für diese und andere Anwendungen zeigt die Figur einen Elektromotor 9, der an einer dem Anwendungszweck entsprechenden Stelle auf der mobilen Einheit 1 angeordnet ist. Der Elektromotor 9 ist im vorliegenden Fall ein bürstenloser Scheibenläufermotor; andere Elektromotoren liegen im Rahmen der Erfindung.
Der Elektromotor 9 ist von einem gekapselten Gehäuse 10 umgeben, durch das lediglich die Antriebswelle 11 dichtend hindurchgeführt ist. Das gekapselte Gehäuse 10 ist über eine Druckleitung 12 an die Druckkabine 3 angeschlossen, d.h. Druckkabine 3, Druckleitung 12 und das gekapselte Gehäuse 10 bilden ein kommunizierendes System, das von der Schutzbelüftungsanlage 5 mit gereinigter Luft versorgt wird und zwar bei einem gegenüber der Umgebung höheren Druck. Somit ist sichergestellt, dass weder in die Druckkabine 3 noch in die Druckleitung 12 noch in das gekapselte Gehäuse 10 kontaminierte oder explosive Umgebungsluft eindringen kann.
In der Druckkabine 3 befindet sich ferner eine elektronische Überwachungs- und Steuerungseinheit 13, die mit einem Anzeigefeld 14 und einem Bedienfeld 15 ausgestattet sein kann. Von der Überwachungs- und Steuerungseinheit 13 führt eine Versorgungsleitung 16 durch die Druckleitung 12 hindurch zum Elektromotor 9 und versorgt diesen mit elektrischer Energie. Parallel dazu können eine oder mehrere Datenleitungen 17 die Überwachungs- und Steuerungseinheit 13 mit dem Elektromotor 9 verbinden, wobei auch diese wiederum in der Druckleitung 12 verlaufen. Die Datenleitungen 17 können beispielsweise Betriebsdaten des Elektromotors 9 wie z.B. dessen Drehzahl erfassen und an die Überwachungs- und Steuerungseinheit 13 übermitteln. Weitere Parameter können beispielsweise über nicht dargestellte Druck- oder Temperatursensoren im gekapselten Gehäuse 10 oder der Druckkabine 3 ermittelt und ebenfalls an die Überwachungs- und Steuerungseinheit 13 übermittelt werden. In der Überwachungs- und Steuerungseinheit 13 findet dann die Auswertung dieser Daten statt, wobei in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis Steuerungsimpulse an den Elektromotor 9 gegeben werden. Beispielsweise kann bei einem Druckabfall im gekapselten Gehäuse 10 oder der Druckkabine 3, was ein Indiz für eine Leckage ist, der Elektromotor abgeschaltet werden. Eine sinkende Drehzahl kann hingegen auf einen Defekt am Elektromotor 9 selbst oder auf einen Lagerschaden hinweisen. Bleiben solche Anzeichen unbeachtet, kann dies Ursache für die Entzündung explosiver Gase oder Stäube sein.

1: Mobile Geräteeinheit
2: Rad
3: Druckkabine
4: Fahrzeugteil
5: Schutzbelüftungsanlage
6: Umgebungsluft
7: Filter
8: Druckleitung
9: Elektromotor
10: Gekapseltes Gehäuse
11: Antriebswelle
12: Druckleitung
13: Überwachungs- und Steuerungseinheit
14: Anzeigefeld
15: Bedienfeld
16: Versorgungsleitung
17: Datenleitung

Claims

Mobile Anordnung zum Betreiben eines Elektromotors (9) in explosionsgefährdeter Umgebung – mit einer Überdruckkabine (3) für den Geräteführer, – mit einer Druckluftzufuhr (5), die die Überdruckkabine (3) mit Druckluft versorgt, – mit einem Elektromotor (9) zum Betreiben weiterer Funktionskomponenten, wie zum Beispiel einer Klimaanlage, Schutzbelüftungsanlage, Hydraulikpumpe und dergleichen, – mit einer elektronischen Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) zur Überwachung und Steuerung des Elektromotors (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine bürstenloser Elektromotor (9) ist und die elektronische Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) in der Überdruckkabine (3) angeordnet und über Versorgungs- und/oder Datenleitungen (16, 17) mit dem bürstenlosen Elektromotor (9) verbunden ist.
Mobile Anordnung zum Betreiben eines Elektromotors (9) in explosionsgefährdeter Umgebung – mit einer Überdruckkabine (3) für den Geräteführer, – mit einer Druckluftzufuhr (5), die die Überdruckkabine (3) mit Druckluft versorgt, – mit einem Elektromotor (9) zum Betreiben weiterer Funktionskomponenten, wie zum Beispiel einer Klimaanlage, Schutzbelüftungsanlage, Hydraulikpumpe und dergleichen, – mit einer elektronischen Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) zur Überwachung und Steuerung des Elektromotors (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (9) in einem gekapselten Gehäuse (10) angeordnet und über eine Druckleitung (12) mit der Druckkabine (3) verbunden ist und die elektronische Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) in der Druckkabine (3) angeordnet und über Versorgungs- und/oder Datenleitungen (16, 17) mit dem Elektromotor (9) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein bürstenloser Elektromotor (9).
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (16) für den Elektromotor (9) und die Datenleitungen (17) der Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) innerhalb der Druckleitung (12) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftzufuhr eine mobile Schutzbelüftungsanlage (5) umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftzufuhr einen oder mehrere mobile Druckluftbehälter umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) einen Drucksensor in der Druckkabine (3) und/oder in dem gekapselten Gehäuse (10) umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur innerhalb des gekapselten Gehäuses (10) oder des Elektromotors (9) umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (13) einen Sensor zur Erfassung der Drehzahl des Elektromotors (9) besitzt.