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In explosionsgeschützten Umgebungen werden Gehäuse in der Zündschutzart druckfeste Kapselung verwendet, um zu verhindern, dass Zündfunken oder Flammen aus dem Inneren des Gehäuses in die Umgebung gelangen können. Elektrische Einrichtungen, die in einer explosionsgefährdeten Umgebung eingesetzt werden, sind in derartigen druckfesten Kapselungen angeordnet. Eine Schwierigkeit dabei ist die Sichtkontrolle von Teilen der Einrichtung im inneren der druckfesten Kapselung. Das Anbringen von Sichtfenstern gestaltet sich schwierig, da Scheiben weniger fest sind als das übrige Gehäusematerial. Je größer die Fläche der Scheibe ist, desto schwieriger und teuer ist deren Einbau, um die Druckfestigkeit der Kapselung auch im Falle einer Explosion im inneren des Gehäuses gewährleisten zu können.
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Es kann daher als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine optische Kontrolleinrichtung für ein Gehäuse in der Zündschutzart druckfeste Kapselung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine optische Kontrolleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Sie weist einen Füllkörper auf, der an seinem dem Gehäuseinneren zugeordneten Ende eine innere Linse, insbesondere eine Sammellinse und an seinem entgegengesetzten äußeren Ende eine äußere Linse trägt. Der Füllkörper und die beiden Linsen können gemeinsam eine Stablinse bilden. Hierfür können der Füllkörper und die beiden Linsen stoffschlüssig miteinander verbunden oder alternativ einstückig ohne Verbindungs- und Fügeflächen aus einem einheitlichen Material hergestellt sein. Der Füllkörper ist zumindest für einen Spektralbereich des sichtbaren Lichts durchlässig und vorzugsweise glasklar.
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Der im Gehäuse zu betrachtende Gegenstand, beispielsweise ein elektrisches Bauelement oder eine optische Anzeige, wie etwa ein Display, ist vorzugsweise vor dem Brennpunkt der inneren Linse angeordnet. Das heißt der Brennpunkt befindet sich zwischen der inneren Linse und dem zu betrachtenden Gegenstand. Die insbesondere als Sammellinse ausgeführte innere Linse nimmt die vom Gegenstand abgestrahlten oder reflektierten Lichtstrahlen auf und leitet diese durch einen insbesondere zylindrischen, mittleren Abschnitt des Füllkörpers zur äußeren Linse. Die dabei auftretenden Verluste sind sehr gering. Wenn der mit Hilfe der optischen Kontrolleinrichtung zu betrachtende Gegenstand kein Licht emittierendes Bauteil aufweist, kann im Gehäuseinneren ein Leuchtmittel zur Beleuchtung des Gegenstands angeordnet sein.
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Die äußere Linse kann als Zerstreuungslinse oder als Sammellinse ausgestaltet sein. Koaxial zur äußeren Linse ist außerdem eine Vergrößerungslinse angeordnet. Der Betrachter kann durch die Vergrößerungslinse über die äußere Linse, den Füllkörper und die innere Linse ins Innere des Gehäuses sehen und dort den Gegenstand einer Sichtkontrolle unterziehen. Die Vergrößerungslinse erzeugt ein vergrößertes virtuelles Bild aus einem reellen oder virtuellen Zwischenbild und erleichtert damit die Sichtkontrolle. Vorzugsweise ist die Vergrößerungslinse als Bikonvexlinse ausgeführt. Somit ist es möglich, das druckfest gekapselte Gehäuse mit der optischen Kontrolleinrichtung auszustatten und eine der Zündschutzart entsprechende Einsichtmöglichkeit ins Gehäuseinnere zu schaffen. Eine mit Display versehene elektrische Einrichtung kann daher vollständig im Inneren des Gehäuses angeordnet werden. Das Display muss nicht durch eine aufwendige Verkabelung aus dem Inneren des Gehäuses herausgeführt werden.
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Wenn als äußere Linse eine Zerstreuungslinse verwendet wird, wird ein virtuelles Zwischenbild des betrachteten Gegenstands zwischen der äußeren Linse und der inneren Linse, jedoch näher bei der äußeren Linse erzeugt. Blickt man durch die Vergrößerungslinse ins Gehäuseinnere entsteht ein großes virtuelles Bild, was eine gute Betrachtbarkeit des Gegenstands im Gehäuseinneren erlaubt. Das durch die Vergrößerungslinse erzeugte virtuelle Bild kann dabei auf dem, Kopf stehen.
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Als äußere Linse kann auch eine Sammellinse dienen. Diese erzeugt zwischen der äußeren Linse und der Vergrößerungslinse ein reelles Bild, das vorzugsweise auf einer Mattscheibe abgebildet wird und durch die Vergrößerungslinse für den Betrachter vergrößert wird. Die Mattscheibe befindet sich dabei innerhalb der Brennweite der Vergrößerungslinse. Diese Ausgestaltung der optischen Kontrolleinrichtung eignet sich besonders, wenn ein Display oder ein anderer Licht emittierender Gegenstand im Inneren des Gehäuses betrachtet werden soll.
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Die äußere Linse und/oder die innere Linse können sphärische oder asphärische Linsen sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der inneren Linse um eine plan-konvexe Sammellinse und bei der äußeren Linse entweder um eine plan-konkave Zerstreuungslinse oder eine plan-konvexe Sammellinse.
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Der Füllkörper wird in zünddurchschlagsicherer Weise in das Gehäuse eingefügt. Dazu weist der Füllkörper vorzugsweise einen zylindrischen Abschnitt auf, der mit dem umgebenden Material der Gehäusewand oder einer Aufnahmehülse einen zünddurchschlagsicheren Spalt definierter Länge und Weite bildet oder verklebt ist. Die Aufnahmehülse kann ein Außengewinde zur Befestigung am Gehäuse aufweisen. Dadurch wird ein einfacher Aufbau erreicht, der sich sehr gut für eine druckfeste Kapselung eignet. Auch die Vergrößerungslinse und/oder die Mattscheibe können mit der Aufnahmehülse verbunden sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform der optischen Kontrolleinrichtung,
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2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform der optischen Kontrolleinrichtung,
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3 eine schematische Prinzipdarstellung der Ansicht auf die äußere Linse beim ersten Ausführungsbeispiel,
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4 eine schematische Prinzipdarstellung der Draufsicht auf die Vergrößerungslinse beim ersten Ausführungsbeispiel,
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5 eine Prinzipdarstellung der Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels nach 1,
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6 eine Prinzipdarstellung der Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels nach 2 und
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7 eine schematische Querschnittsdarstellung der ersten oder zweiten Ausführungsform der optischen Kontrolleinrichtung im Bereich des inneren Endes mit einem Leuchtmittel.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer optischen Kontrolleinrichtung 10. Die Kontrolleinrichtung 10 weist eine Aufnahmehülse 11 mit einem Außengewinde 12 auf, das an einem hohlzylindrischen Abschnitt 13 der Aufnahmehülse 11 vorgesehen ist. Das Außengewinde 12 dient zum Einschrauben der Aufnahmehülse 11 in eine Gehäuseöffnung 14 in eine Wand 15 des druckfestgekapselten Gehäuses.
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Die Aufnahmehülse 11 weist zwei axial aufeinander folgende zylindrische Bohrungen 16, 17 unterschiedlichen Durchmessers auf, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die erste zylindrische Bohrung 16 größeren Durchmesser grenzt an das dem Gehäuseinneren zugeordnete freie Ende der Aufnahmehülse 11 an. Die erste Bohrung 16 ist vom hohlzylindrischen Abschnitt 13 umgeben. Zwischen der ersten Bohrung 16 und der zweiten Bohrung 17 ist eine Ringschulter 18 vorhanden. Die zweite Bohrung 17 ist in einem Montageteil der Aufnahmehülse 11 vorgesehen, der sich an den hohlzylindrischen Abschnitt anschließt und einen Flansch 19 aufweist. In an einem Gehäuse montierter Einbaulage der optischen Kontrolleinrichtung 10 liegt der Flansch 19 an der Wand 15 um die Gehäuseöffnung 14 herum zumindest abschnittsweise an.
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In der Aufnahmehülse 11 ist ein Füllkörper 25 befestigt und beispielsgemäß eingeklebt. Der Füllkörper 25 weist ein dem Gehäuseinneren zugeordnetes inneres Ende 26 und entgegengesetztes äußeres Ende 27 auf. Der Füllkörper 25 weist einen zylindrischen Abschnitt 28 auf, der in der ersten zylindrischen Bohrung 16 sitzt. Die Bohrung 16 und der zylindrische Abschnitt 28 bilden einen zündungsdurchschlagsicheren Spalt oder sind verklebt. Am inneren Ende 26 befindet sich eine innere Linse 29 und am äußeren Ende 27 eine äußere Linse 30. Um die äußere Linse 30 herum ist eine stirnseitige Ringfläche 31 am Füllkörper 25 und beispielsgemäß am zylindrischen Abschnitt 28 vorgesehen, die vorzugsweise flächig mit der Ringschulter 18 in Anlage gebracht ist. Die äußere Linse 30 ist in der zweiten Bohrung 17 angeordnet.
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Der Füllkörper 25 besteht aus dem zylindrischen Abschnitt 28 der inneren Linse 29 sowie der äußeren Linse 30. Er kann einstückig aus einem einheitlichen Material ohne Naht- und Fügestellen hergestellt sein und ist vorzugsweise glasklar. Der Füllkörper 25 und die beiden Linsen 29, 30 bilden dabei eine Stablinse. Alternativ können die innere Linse 29 und/oder die äußere Linse 30 stoffschlüssig am zylindrischen Abschnitt 28 angebracht sein. Der Füllkörper 25 besteht vorzugsweise aus mineralischem Glas oder einem Kunststoff, beispielsweise Acryl oder Polykarbonat. Der Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 28 ist an den Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnitts 13 der Aufnahmehülse 11 angepasst und größer als die Durchmesser der beiden Linsen 29, 30. Die optischen Achsen O der beiden Linsen 29, 30 entsprechen der Längsachse L des Füllkörpers 25. Der Füllkörper 25 ist rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse L bzw. seiner optischen Achse O. Der maximale Durchmesser des Füllkörpers 25 beträgt 10 bis 20 mm und ist kleiner als die Länge des Füllkörpers 25 in Richtung seiner Längsachse L bzw. seiner optischen Achse O gemessen.
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Die innere Linse 29 ist als plan-Konvexe Sammellinse ausgestaltet. Beim ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist die äußere Linse 30 ebenfalls als plan-Konvexe Sammellinse aufgeführt. Die Linsen 29, 30 können sphärisch oder auch asphärisch sein. Beispielsweise können die Linsen 29, 30 als asphärische Parabollinsen realisiert werden, was aus optischen Gründen vorteilhaft ist.
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An der Umfangseite des Flansches 19 ist ein beispielsgemäß hülsenförmiges Trägerelement 33 angeordnet. Das Trägerelement 33 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf den Flansch 19 aufgeschraubt, kann aber alternativ auch anderweitig lösbar oder unlösbar mit diesem verbunden sein. Das Trägerelement 33 dient zur Aufnahme einer Vergrößerungslinse 34, die beispielsgemäß das Okular der optischen Kontrolleinrichtung 10 bildet. Die Vergrößerungslinse 34 ist eine bikonvexe Sammellinse mit kleiner Brennweite. Innerhalb der Brennweite der Vergrößerungslinse 34 ist beim ersten Ausführungsbeispiel eine Mattscheibe 35 angeordnet. Deren Projektionsebene ist rechtwinkelig zur optischen Achse O des Füllkörpers 25 ausgerichtet. Die Mattscheibe 35 ist zwischen der Vergrößerungslinse 34 und der äußeren Linse 30 angeordnet. Beispielsgemäß ist sie am Trägerelement 33 befestigt.
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Das erste Ausführungsbeispiel der optischen Kontrolleinrichtung 10 dient beim dargestellten Beispiel zur Betrachtung eines Displays 36 oder einer anderen optischen Anzeigeinrichtung, die innerhalb des druckfest gekapselten Gehäuses angeordnet ist. Die Funktionsweise wird nachfolgend anhand der 3 bis 5 erläutert:
In einem bestimmten Abstand vor dem Brennpunkt der inneren Linse 29 befindet sich das Display 36. Auf dem Display 36 wird ein Bild 37 angezeigt, das in 5 schematisch durch einen Pfeil und in den 3 und 4 durch die Zahl „123” symbolisiert ist. Die innere Linse 29 nimmt die vom Display 36 abgestrahlten Lichtstrahlen auf. Innerhalb des Füllkörpers 25 entsteht ein reelles Zwischenbild 38, das über die äußere Linse 30 als reelles Bild 39 auf der Mattscheibe 35 abgebildet wird. Beim Blick in Blickrichtung B durch die Vergrößerungslinse 34 entsteht für den Betrachter ein vergrößertes virtuelles Bild 40, das sich in Blickrichtung B hinter der Mattscheibe 35 befindet. Das virtuelle Bild 40 ist größer als das reelle Bild 39 auf der Mattscheibe 35. Dies ist schematisch auch in den 3 und 4 dargestellt. 3 zeigt den Blick in Blickrichtung B auf die äußere Linse 30 in stark schematisierter Darstellung. Im Hintergrund ist schematisch das Display 36 mit dem Bild 37 dargestellt. Das beim Blick durch die Vergrößerungslinse erzeugte virtuelle Bild 40 ist der Prinzipdarstellung nach 4 zu entnehmen.
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In Abwandlung zur dargestellten bevorzugten Ausführungsform könnte die Mattscheibe 35 auch entfallen. Die Mattscheibe 35 macht das reelle Bild 39 jedoch besser sichtbar.
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Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der optischen Kontrolleinrichtung 10 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die äußere Linse 30 als Zerstreuungslinse ausgeführt ist. Der virtuelle Brennpunkt der Zerstreuungslinse liegt nahe der Ebene, in der sich die Ringfläche 31 des zylindrischen Abschnitts 28 des Füllkörpers 25 befindet. Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass keine Mattscheibe 35 vorgesehen ist, da hier zwischen Vergrößerungslinse 34 und äußerer Linse 30 kein reelles Bild erzeugt wird. Diese Ausführungsform wird beispielsgemäß zur Betrachtung eines oder mehrerer elektrischer Bauteile 43 im Gehäuseinneren eingesetzt. Auf diese Weise kann eine Sichtkontrolle eines oder mehrerer elektrischer Bauteile 43 erfolgen. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform nach 1, so dass auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann.
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Die zweite Ausführungsform der optischen Kontrolleinrichtung 10 wird anhand von 6 erläutert. Das Bauteil 43 ist in 6 schematisch als Pfeil dargestellt. Die als Sammellinse ausgeführte innere Linse 29 erzeugt zu nächst ein reelles Zwischenbild 38 zwischen innerer Linse 29 und äußerer Linse 30. Dies entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel. Da allerdings die äußere Linse 30 als Zerstreuungslinse ausgestaltet ist, wird in einer Ebene zwischen der äußeren Linse 30 und dem reellen Zwischenbild 38 ein virtuelles Zwischenbild 44 erzeugt. Aus diesem virtuellen Zwischenbild 44 entsteht ein virtuelles Bild 40 beim Blick in Blickrichtung B durch die Vergrößerungslinse 34. Das virtuelle Bild 40 ist beim zweiten Ausführungsbeispiel vom Betrachter weiter entfernt als das Bauteil 43.
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Die optische Kontrolleinrichtung 10 kann auch über wenigstens ein Leuchtmittel 45, beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), verfügen, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Dies ist dann zweckmäßig, wenn ansonsten keine ausreichende Beleuchtung im Gehäuseinneren vorhanden ist. Das Leuchtmittel kann stirnseitig am inneren Ende der Aufnahmehülse 11 angeordnet sein. Die elektrischen Leiter 46 zur Versorgung des Leuchtmittels 45 können durch die Aufnahmehülse 11 nach außen geführt werden, z. B. durch eine Kabeldurchführung in der Aufnahmehülse 11 oder in einer Fuge – insbesondere Klebefuge – oder Ausnehmung zwischen dem Füllkörper 25 und der Aufnahmehülse 11. Beide Alternativen sind schematisiert in 7 veranschaulicht. Es kann jeweils eine zünddurchschlagsichere Verkabelung auf einfache Weise erfolgen.
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Die optische Kontrolleinrichtung 10 eignet sich besonders für Gehäuse der Zündschutzart druckfeste Kapselung. Sie kann alternativ jedoch auch für Gehäuse mit Sandkapselung eingesetzt werden, wenn in den Bereich zwischen dem zu betrachtenden Teil 36 oder 43 und der inneren Linse 29 kein Sand gelangen kann. Gegebenenfalls ist eine entsprechende Abschirmung vorzusehen.
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Die Erfindung betrifft eine optische Kontrolleinrichtung 10 für ein Gehäuse, das insbesondere der Zündschutzart druckfeste Kapselung entspricht. Die optische Kontrolleinrichtung weist einen lichtdurchlässigen Füllkörper 25 mit einer inneren Sammellinse 29 und einer äußeren Linse 30 auf. Der Füllkörper 25 ist in einer Aufnahmehülse 11 mit Außengewinde angeordnet und vorzugsweise eingeklebt. In Blickrichtung B ist zwischen dem Betrachter und der äußeren Linse 30 eine Vergrößerungslinse 34 angeordnet, mit deren Hilfe ein vergrößertes virtuelles Bild 40 des zu betrachtenden Gegenstands oder Bauteils 36 bzw. 43 erzeugt wird. Die optische Kontrolleinrichtung 10 kann mit Hilfe der Aufnahmehülse 11 in eine Wandöffnung 14 einer Wand 15 eines Gehäuses in druckfester Kapselung zündungsdurchschlagsicher eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- optische Kontrolleinrichtung
- 11
- Aufnahmehülse
- 12
- Außengewinde
- 13
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 14
- Gehäuseöffnung
- 15
- Wand
- 16
- erste Bohrung
- 17
- zweite Bohrung
- 18
- Ringschulter
- 19
- Flansch
- 25
- Füllkörper
- 26
- inneres Ende
- 27
- äußeres Ende
- 28
- zylindrischer Abschnitt
- 29
- innere Linse
- 30
- äußere Linse
- 31
- Ringfläche
- 33
- Trägerelement
- 34
- Vergrößerungslinse
- 35
- Mattscheibe
- 36
- Display
- 37
- Bild
- 38
- reelles Zwischenbild
- 39
- reelles Bild
- 40
- virtuelles Bild
- 43
- Bauteil
- 44
- virtuelles Zwischenbild
- 45
- Leuchtmittel
- 46
- elektrische Leiter
- L
- Längsachse
- O
- optische Achse
- B
- Blickrichtung
