DE102005042565A1

DE102005042565A1 - Gehäuse für ein elektrisch betriebenes Gerät

Info

Publication number: DE102005042565A1
Application number: DE102005042565A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr. Opitz
Original assignee: FHF Funke and Huster Fernsig GmbH
Current assignee: FHF Funke and Huster Fernsig GmbH
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: DE102005042565B4; EP1922792A1; RU2409014C2; US20110002494A1; WO2007028492A1; WO2007028492B1; RU2008105078A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektrisch betriebenes Gerät, wobei sich dieses Gehäuse in einer explosionsgefährdeten Umgebung befindet. Das Gehäuse besteht aus einem Material, das gasdurchlässig und nicht brennbar ist. Als geeignetes Material kommt z. B. Metallschaum in Frage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Lautsprecher oder andere elektrisch betriebene Geräte, die mit elektrischer Energie versorgt werden, müssen in explosionsgefährdeter Umgebung auf besondere Weise geschützt werden. Ein besonders häufig anzutreffender Schutz besteht in der explosionsgeschützten Bauart „Druckfeste Kapselung", die einen Lautsprecherbetrieb in gefährlicher Gasatmosphäre gestattet. Fortschrittliche Versionen der „Druckfesten Kapselung" werden durch die neue europäische Norm IEC 60079-1:2003 (EN 60079-1:03.2004) ermöglicht.

Bei der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung d" ist die Zündung einer Explosion im Innern eines Betriebsmittels möglich und zulässig, jedoch muss die Druckfestigkeit gewährleisten, dass das Gehäuse nicht zerstört wird. Weiterhin darf es nicht zu einer Ausbreitung der Explosion aufgrund von konstruktionsbedingten Öffnungen im Gehäuse in die umgebende Atmosphäre kommen. Die Explosionen müssen durch eine geeignete Ausführung von Spaltöffnungen gewissermaßen eingesperrt werden, damit sich die Explosion nicht in die explosionsfähige Umgebung ausbreiten kann (D. Markus, U. Klausmeyer, F. Engelmann und A. Hillinger: Neue Materialien in der Druckfesten Kapselung, Ex-Zeitschrift 2004, S. 52–56).

Es ist bereits ein Verfahren zur Führung von im Innern eines explosionsgeschützten Gehäuses gebildeten Explosionsgasen bekannt, bei dem die Menge der in Spalten des Gehäuses eintretenden Gase durch Strömungsteiler vermindert wird ( DE 198 26 911 C2 ). Statt Strömungsteilern können auch mit Flammensperren versehene Entlastungsöffnungen vorgesehen werden.

Bei einem anderen bekannten Schutzgehäuse zur druckfesten Kapselung von elektrischen Betriebsmitteln ist ein Durchgang für Kühlwasser vorgesehen, wobei in diesem Durchgang eine druckfeste Sperre angeordnet ist ( DE 101 52 510 B4 ). Die druckfeste Sperre weist hierbei eine Vielzahl von Durchlasskanälen auf, deren Querschnitts- und Längenabmessungen so gewählt sind, dass ein Zündungsdurchschlag vom Gehäuseinnern durch die Sperre nach außen verhindert wird.

Weiterhin ist ein geschlossenes, explosionsgeschütztes Gehäuse zur Aufnahme elektrischer Bauteile bekannt, das eine Öffnung aufweist, die mittels eines porösen Verschlussstopfens verschlossen ist ( EP 0 157 285 B1 ).

Bei einer anderen elektrischen Schaltungsanlage in explosionsgeschützter Bauart ist eine Scheibe aus porösem Material als Druckausgleichsvorrichtung vorgesehen ( DE 84 09 870.8 U ). Eine solche Scheibe ist beispielsweise eine poröse Keramikscheibe, ein Sinterfilter oder ein engmaschiges Drahtgitter.

Bei den bekannten Anlagen und Anordnungen, die poröses Material aufweisen, bestehen indessen nur Teile aus diesem Material, während andere Teile aus herkömmlichem Material bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ganze Baugruppen in einem explosionsgefährdeten Raum so anzuordnen, dass sich eine in den Baugruppen eventuell entstehende Explosion nicht ausbreitet.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung betrifft somit ein Gehäuse für ein elektrisch betriebenes Gerät, wobei sich dieses Gehäuse in einer explosionsgefährdeten Umgebung befindet. Das Gehäuse besteht aus einem Material, das gasdurchlässig und nicht brennbar ist. Als geeignetes Material kommt z. B. Metallschaum in Frage.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass der Druckanstieg bei einer in einem Gehäuse stattfindenden Explosion durch das Gehäuse selbst abgeschwächt wird.

Es wird also bereits entzündetes und auch noch nicht entzündetes Gas oder Gasgemisch, das sich in einem geschlossenen Gehäuse befindet, durch offenporige Wände eines Gehäuses nach außen geleitet, verteilt und abgekühlt. Hierdurch wird eine Zündung der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses vermieden. Die während der Explosion in dem Gehäuse befindlichen und noch nicht verbrauchten Gasanteile werden ebenfalls allseitig nach außen verdrängt, sodass sie an einer Explosion nicht mehr teilnehmen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein zylindrisches Gehäuse aus porösem offenporigem Material;
2 einen Schnitt durch das Gehäuse gemäß 1;
3 eine Leuchte mit einem druckfesten Gehäuse.
In der 1 ist ein zylindrisches Gehäuse 1 dargestellt, das einen zylindrischen Teil 2 aufweist, der mit einem Deckel 3 abgeschlossen ist. Der zylindrische Teil 2 und der Deckel 3 bestehen aus einem porösen offenporigen Material, beispielsweise aus Sintermetall oder einem Metallschaum. Der Deckel 3 ist mittels zweier Schrauben 4, 5 mit dem zylindrischen Teil 2 verbunden. Statt zweier Schrauben können selbstverständlich auch mehrere Schrauben vorgesehen sein. An dem Deckel 3 ist ein Anschluss 6 für die Zuführung einer elektrischen Spannung vorgesehen.
In der 2 ist ein Längsschnitt durch das Gehäuse 1 dargestellt. Man erkennt hierbei, dass sich im Innern des Gehäuses 1 ein Lautsprecher 7 befindet, der mit einem elektrischen Bauteil 8 über Leitungen 9, 10 verbunden ist. Das Bauteil 8 selbst ist über Leitungen 11, 12 mit dem Anschluss 6 verbunden. Der druckfeste Innenraum 13 des Gehäuses 1 ist somit durch das Gehäuse 1 von dem explosionsgefährdeten Außenraum 14 getrennt. Schallwellen 15 deuten darauf hin, dass das Material des zylindrischen Teils 2 schalldurchlässig ist. Statt eines Lautsprechers können auch andere Schallgeber, z. B. Klingeln oder andere elektrisch wirkende Geräte vorgesehen sein.
Damit die Schallwellen 15 weitgehend ungeschwächt nach außen dringen können, muss die Materialstärke, Porengröße und Dichte entsprechend optimiert werden, jedoch ausschließlich unter Beachtung der bereits beschriebenen Funktionalität des Explosionsschutzes. Die Verfahren zur Bestimmung der Porengröße und Dichte sind in ISO 4003 und ISO 4892 festgelegt. Die sichere Wandstärke ist in Abhängigkeit der Porengröße gemäß IEC 60079-1:2003 (EN 60079-1:03.2004) nachzuweisen.
Bei dem Material kann es sich um Aluminium oder Nickelschäume oder Stahlschaum handeln. Die Herstellungsverfahren für Metallschäume werden unterteilt in schmelz- und pulvermetallurgische Verfahren sowie in Beschichtungsverfahren. Aluminiumschäume sind beispielsweise unter den Namen Duocel, Alporas und Formgrip bekannt, während Nickel- bzw. Nickelchromschäume unter dem Namen Incofoam bekannt sind. Die Porosität kann offen oder geschlossen sein. Duocel hat eine offene Porosität von 88% bis 98%. Incofoam hat ebenfalls eine offene Porosität von 91% bis 98%. Dagegen hat Alporas eine geschlossene Porosität von 91% bis 93%.
Entsteht in dem Bauteil 8, das unter anderem einen Verstärker enthalten kann, oder zwischen den Leitungen 9, 10 ein Kurzschluss, so entzünden sich zunächst Teile des im Innenraum 13 befindlichen Gases. Hierdurch entsteht im Innenraum 13 ein Druckanstieg. Dieser Druckanstieg bewirkt, dass Gase, die sich im Innenraum 13 des Gehäuses 1 befinden, durch die porösen offenporigen Wände des Gehäuses 1 in den Außenraum 14 gedrückt werden. Es erfolgt also bereits während der Explosion ein Abbau des Explosionsdrucks, wobei dieser Abbau relativ rasch erfolgt, weil die Gase durch praktisch die gesamte Innenfläche des Gehäuses 1 nach außen gedrückt werden. Das Material, aus dem das Gehäuse besteht, hat außerdem eine abkühlende Wirkung auf die entweichenden Gase, die so groß ist, dass im Außenraum 14 die Zündtemperatur des dort befindlichen Gases nicht erreicht wird.
In der Trennebene 16 zwischen dem zylindrischen Teil 2 und dem Deckel 3 befindet sich ein Flächenspalt 17, 18, der als Klebespalt entsprechend der Normen IEC 60079-1:2003 (EN 60079-1:03.2004) ausgeführt sein kann.
In der 3 ist eine Blitzleuchte 30 dargestellt, die eine Blitzröhre 31 mit einer diese umgebenden Glaskalotte 45 aufweist. Die Blitzröhre 31 ist mit einem elektrischen Einbauteil 32 verbunden, das in vertikaler Richtung von einem zylindrischen Gehäuse 33 umschlossen ist, das auf seiner Unterseite einen Deckel 34 aufweist. Mit 35 ist eine Kabeleinführung bezeichnet, von der elektrische Leitungen 36, 37 zum Einbauteil 32 führen. Durch die Glaskalotte 45, den Deckel 34 und das Gehäuse 33 wird ein druckfester Raum 38 gebildet. Der normative bekannte zünddurchschlagsichere Spalt wird auch hier durch die Form und Größen der Poren bestimmt. Die Glaskalotte 45 weist am unteren Ende einen ringförmigen horizontalen Fortsatz 39 auf, zwischen dem und dem Gehäuse 33 sich eine fest haftende Nahtstelle 40 befindet. Der Deckel 34 weist einen in den Raum 38 gerichteten Ansatz 41 auf, wobei sich zwischen diesem Ansatz 41, dem Deckel 34 und dem Gehäuse 33 eine Trennebene 42 bildet. Der Deckel 34 ist über Schrauben 43, 44 mit dem Gehäuse 33 verbunden.
Das Gehäuse 33 und der Deckel 34 bestehen aus geschäumten, gepressten oder porösen offenporigen Materialien. Wird z. B. ein Metallschaum verwendet, so kann dieser etwa dadurch hergestellt werden, dass ein vernetzter Polyurethanschaum mit Nickel beschichtet und sodann das Polyurethan durch thermische Zersetzung entfernt wird. Fakultativ kann dann das Nickel in eine Nickel-Chrom-Legierung umgewandelt werden.
Als Gehäusematerial kann auch SRSS-Eisen (SRSS=Schlicker-Reaktions-Schaum-Sinter) mit einem Anteil von mindestens 15% Chrom verwendet werden. Das Aufschäumen wird hierbei durch eine chemische Reaktion, die bei Raumtemperatur abläuft, erzeugt.
Zuerst werden die festen Bestandteile, ein Metallpulver und ein Dispergiermittel, z.B. Schichtsilikat, vermischt. In Abhängigkeit vom Legierungsgehalt des Metallpulvers wird ein Treibmittel in Form eines sehr feinen reaktiven Metallpulvers, z.B. Carbonyleisen, zugegeben. Danach wird konzentrierte Phosphorsäure dem Lösungsmittel-Wasser und/oder Alkohol- zugegeben, wobei die Säure in Wasser dissoziiert. Nach dem Vermischen der festen und den flüssigen Bestandteilen entsteht eine Schlickartige Suspension, in der zwei Reaktionen parallel ablaufen:
Zum einen entstehen bei der chemischen Reaktion zwischen den reinen Metallteilchen und der Säure Wasserstoffbläschen, die ein direktes Aufschäumen des Schlicks bewirken und zum anderen bildet sich ein Metallphosphat, welches die Aufgabe eines Bindemittels über nimmt und zum Einfrieren der Schaumstruktur führt. Die Schaumstruktur ist zunächst geschlossenporig und erst während des Verdunstens des Lösungsmittels entsteht eine offenporige Struktur. Der so erhaltene Grünling wird unter reduzierender Atmosphäre zu einem offenporigen Metallschaum gesintert.
Der Einbauteil 32 kann Zündquelle für in dem druckfesten Raum 38 befindliche Gasgemische sein. Im Fall einer internen Explosion kommt es nicht zum Aufbau des maximalen Bezugsdrucks, sondern zu einem sofortigen Abbau des Explosionsdrucks, weil die Gerätewandungen gasdurchlässig sind.

Claims

Gehäuse für ein elektrisch betriebenes Gerät, wobei sich dieses Gehäuse in einer explosionsgefährdeten Umgebung befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus einem Material besteht, das gasdurchlässig und nicht brennbar ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material offenporig porös ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus Sintermetall besteht.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus SRSS-Eisen mit mindestens 15% Chrom besteht.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Metallschaum besteht.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betriebene Gerät ein Lautsprecher (7) ist, dem von einem elektrischen Bauteil (8) Spannung zugeführt ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen zylindrischen Körper (2) und einen Deckel (3) enthält.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Deckel (3) eine Zuführung (6) für elektrische Energie vorgesehen ist.
Gehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) mit dem zylindrischen Körper (2) verschraubt ist.
Verfahren für die Herstellung eines Metallschaums nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, dass ein vernetzter Polyurethanschaum mit Nickel beschichtet wird, sodann das Polyurethan durch thermische Zersetzung entfernt wird und hierauf das Nickel in eine Nickel-Chrom-Legierung umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung des Nickels in eine Nickel-Chrom-Legierung durch Diffusion aus der Gasphase erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum verdichtet wird.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betriebene Gerät eine Blitzleuchte (30) ist, wobei im Wesentlichen nur das elektrische Einbauteil (32) der Blitzleuchte (30) von einem gasdurchlässigen und nichtbrennbaren Gehäuse (33) umgeben ist.
Gehäuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzröhre (31) von einer Glaskalotte (45) umgeben ist, die an ihrem unteren Rand einen ringförmigen konzentrischen Fortsatz (39) aufweist, wobei das Gehäuse (33) über diesem Fortsatz (39) abschließt.