DE102012110001A1

DE102012110001A1 - Explosionsgeschütztes Gehäuse mit einem Ventilator

Info

Publication number: DE102012110001A1
Application number: DE102012110001.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Rössler
Original assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Current assignee: R Stahl Schaltgeraete De GmbH
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-04-24
Also published as: WO2014060528A1; EP2909901B1; EP2909901A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse (10), das insbesondere in der Zündschutzart „druckfeste Kapselung” ausgeführt ist. Ein Innenraum (13) des Gehäuses (10) ist von der Umgebung (12) durch Gehäusewände (11) vollständig abgeschlossen. Im Innenraum (13) sind elektrische und elektronische Komponenten (14) angeordnet. Zur Kühlung dieser Komponenten ist im Innenraum (13) ein Ventilator (18) vorhanden, der eine Kühlungsströmung S im Innenraum (13) verursacht. Dadurch wird der Wärmeübergang des im Innenraum (13) vorhandenen Gases über wenigstens einen Kühlkörper (24, 30) und/oder über wenigstens eine Gehäusewand (11) nach außen zur Umgebung (12) hin verbessert. Außerdem wird vermieden, dass sich Gasschichten mit unterschiedlichen Temperaturen im Innenraum (13) bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse mit einem relativ zur Umgebung durch Gehäusewände des Gehäuses gekapselten Innenraum. Das Gehäuse ist insbesondere druckfest gekapselt gemäß DIN EN 60079-1.
In solchen Gehäusen werden elektrische bzw. elektronische Komponenten in explosionsgefährdeten Umgebungen angeordnet, die als Zündquelle für eine explosionsfähige Umgebung dienen könnte. Problematisch ist dabei, dass derartige elektrische bzw. elektronische Komponenten Wärme erzeugen, die aus dem gegenüber der Umgebung gekapselten Innenraum des Gehäuses nur unzureichend oder mit viel Aufwand abgeführt werden kann. Wird die Temperatur im Innenraum zu groß, kann die Funktionsfähigkeit der Komponenten beeinträchtigt werden.
Ein explosionsgeschützter Schaltschrank ist zum Beispiel aus DE 10 2008 009 552 A1 bekannt. An diesen Schaltschrank ist ein Kühlgerät mit explosionsgeschützten Kühlgerätekomponenten angekoppelt. Diese sind in einem weiteren Anreihschrank angeordnet, der mit dem explosionsgeschützten Schaltschrank verbunden ist. Der explosionsgeschützte Schaltschrank und der Anreiheschrank sind über Dichtelemente dicht miteinander gekoppelt. Im Anreiheschrank ist eine Schottwand vorhanden, durch die zwei Gruppen von Kühlgerätekomponenten im Anreiheschrank luftdicht voneinander getrennt werden. In einem Teil des Anreiheschrankes ist dadurch eine Überdruckkapselung für eine Gruppe von Kühlgerätekomponente gebildet. Die beiden Gruppen sind über luftdicht durch die Schottwand geführte Verbindungsleitungen miteinander verbunden. Aus dem explosionsgeschützten Schaltschrank kann Luft in einen Wärmetauscher im Anreiheschrank geführt, dort über eine Kältemittel gekühlt und wieder zurück in den Schaltschrank geführt werden.
DE 10 2008 022 000 A1 beschreibt ein Gehäuse, mit einem gegenüber der Umgebung gegen das Eindringen von Staub, Nässe oder Insekten dicht geschlossenen Innenraum. Zur Wärmeabfuhr ist das Gehäuse doppelwandig ausgeführt. Über Ventilatoren wird im Spalt zwischen den beiden Gehäusewänden ein Luftstrom zur Kühlung des abgeschlossenen Innenraums erzeugt.
Ein Schaltschrank mit einem Wärmetauscher ist auch aus DE 197 37 531 A1 bekannt. Die Wände des Schaltschrankes weisen Durchbrechungen für die Luftzirkulation auf. Die Wärmetauscherkassette hat zwei fluidisch voneinander getrennte Kreisläufe: durch den einen Kreislauf strömt die zu kühlende Luft aus dem Innenraum des Schaltschrankes. Durch den anderen Kreislauf strömt die Außenluft, die in der Wärmetauscherkassette Wärme aufnimmt. Die Luftströme werden von jeweils einem Ventilator erzeugt.
Ein Wärmetauscher für einen Schaltschrank mit zwei fluidisch voneinander getrennten Kreisläufen ist ferner in DE 197 01 100 A1 beschrieben. Dabei sind die Ventilatoren zur Erzeugung der Luftströme für die beiden Kreisläufe durch einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben.
US 2010/0288467 A1 beschreibt ein explosionsgeschütztes Gehäuse mit einem außen am Gehäuse angeordneten Wärmetauscher. Die das Wärmetauschermedium führenden Rohre durchdringen die Gehäusewand. Im Innenraum des Gehäuses ist eine Wärmetauscherplatte angeordnet. Ein Ventilator kann in der Nähe der Wärmetauscherplatte im Gehäuse oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind konstruktiv sehr aufwendig und dadurch teuer. Insbesondere das Anordnen von Kanälen oder Leitungen durch die Wand eines gekapselten, elektrische oder elektronische Komponenten aufweisenden Innenraums nach außen muss den Anforderungen des Explosionsschutzes gerecht werden, weshalb, wie etwa bei DE 10 2008 022 000 A1 , Anbaugehäuse notwendig werden, die wiederum zumindest teilweise explosionsgeschützt ausgeführt werden müssen.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein explosionsgeschütztes Gehäuse zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten zu schaffen, das eine ausreichende Kühlung mit konstruktiv einfachen Mitteln gewährleistet und den Anforderungen des Explosionsschutzes gerecht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein explosionsgeschütztes Gehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das Gehäuse weist eine im Innenraum angeordneten Ventilatoranordnung mit einem Ventilator auf. Der Ventilator erzeugt eine Kühlungsströmung im Innenraum. Um die Anforderungen des Explosionsschutzes zu gewährleisten, wird die Kühlungsströmung nicht aus dem explosionsgeschützten Innenraum des Gehäuses herausgeführt, so dass keine zusätzlichen Explosionsschutzmaßnahmen erforderlich sind. Durch das explosionsgeschützte Gehäuse müssen keine Strömungskanäle für ein Kühlmedium hindurch geführt werden und im einfachsten Fall kann das Gehäuse unverändert bleiben. Die Strömung wird durch die Ventilatoranordnung entlang eines seitlichen Gehäusewandabschnitts gelenkt. Dennoch wird eine erheblich verbesserte Kühlung erreicht, so dass in einem vorgegebenen Volumen des Innenraums mehr oder leistungsstärkere elektrische bzw. elektronische Komponenten angeordnet werden können als bisher.
Die von der Kühlungsströmung angeströmte seitliche Gehäusewand kann auch eine Tür oder Klappe aufweisen oder von einer Tür oder Klappe gebildet sein. Die seitliche Gehäusewand erstreckt sich im Wesentlichen vertikal zwischen einer unteren und einer oberen Gehäusewand.
Bei der Beschreibung der Erfindung wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Innenraum mit Luft gefüllt ist. Es versteht sich, dass anstelle von Luft auch ein anderes Gas oder Gasgemisch, z. B. zur Inertisierung des Innenraums, vorhanden sein kann.
Der Ventilator ist so ausgerichtet, dass die Kühlungsströmung entlang eines Gehäusewandabschnitts einer der Gehäusewände von oben nach unten strömt und dort für eine Konvektionskühlung sorgt. Dabei wird die Wärmeübertragung zwischen der Luft im explosionsgeschützt gekapselten Innenraum des Gehäuse und dem Gehäusewandabschnitt verbessert, so dass durch die Wärmeleitung des Gehäusewandabschnitts eine verbesserte Wärmeabfuhr nach außen zur Umgebung hin erfolgen kann. Die Ansaugöffnung der Ventilatoranordnung ist vertikal oberhalb der Ausströmöffnung der Ventilatoranordnung angeordnet. Dadurch wird warme, nach oben im Innenraum strömende Luft angesaugt und durch den Ventilator nach unten entlang des Gehäusewandabschnitts der seitlichen Gehäusewand ausgestoßen. Dabei kühlt sich die Luft ab und trifft schließlich auf die untere Gehäusewand bzw. den Gehäuseboden. Die kühlere Luft verteilt sich entlang des Bodens und strömt im gesamten Innenraum des Gehäuses wieder nach oben. Durch diese gleichmäßige Durchmischung von wärmerer und abgekühlter Luft im gekapselten Innenraum stellt sich eine relativ gleichmäßige Lufttemperaturverteilung im Innenraum ein.
Dies hat den Vorteil, dass die elektronischen oder elektrischen Komponenten abhängig von konstruktiven Erfordernissen oder Randbedingungen relativ frei im Innenraum des Gehäuses angeordnet werden können. Bei einer unbewegten Atmosphäre im Innenraum bilden sich Luft- bzw. Gasschichten mit verschiedenen Temperaturen, wobei die Temperatur vertikal von unten nach oben im Innenraum zunimmt. Durch die Kühlungsströmung wird eine relativ homogene Temperaturverteilung erreicht, so dass auch wärmeempfindliche Komponenten im oberen Bereich des Innenraums angeordnet werden können.
Zu der Ventilatoranordnung kann neben dem Ventilator eine Luftleitanordnung gehören, die beispielsweise einen Luftleitkanal bildet. Die Ansaugöffnung und/oder die Ausströmöffnung der Ventilatoranordnung kann dann vom Luftleitkanal gebildet sein. Es ist alternativ auch möglich, auf die Luftleitanordnung zu verzichten, so dass die Ventilatoranordnung vom Ventilator gebildet ist. In diesem letzten Fall ist die Ansaugöffnung an der Ansaugseite des Ventilators und die Ausströmöffnung an der Ausströmseite des Ventilators vorgesehen.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Ansaugöffnung der Ventilatoranordnung im oberen Drittel oder im oberen Viertel des Innenraums angeordnet, beispielsweise an einer seitlichen Gehäusewand. Dadurch ist das Ansaugen von nach oben strömender wärmerer Luft im Innenraum verbessert.
An die Ansaugseite und/oder die Ausströmseite des Ventilators schließt sich vorzugsweise ein Strömungsraum entlang des angeströmten Gehäusewandabschnitts an. Der Strömungsraum ist frei von zu kühlenden elektrischen und/oder elektronischen Komponenten. Dadurch kann die Wärmeabgabe über den angeströmten Gehäusewandabschnitt nach außen ungehindert erfolgen.
Im Innenraum des Gehäuses kann ein Innenkühlkörper vorhanden sein, der von der Kühlungsströmung durch den Ventilator beaufschlagt wird. Insbesondere ist der Innenkühlkörper an dem angeströmten Gehäusewandabschnitt des Gehäuses angeordnet und/oder durch den Gehäusewandabschnitt gebildet. Der Innenkühlkörper kann vom Gehäusewandabschnitt in den Innenraum hineinragende Vorsprünge bzw. Rippen aufweisen, um die angeströmte Oberfläche zu vergrößern und damit den Wärmetransport aus dem Innenraum nach außen zu verbessern.
Der Innenkühlkörper ist vorzugsweise in dem sich an den Ventilator anschließenden Strömungsraum angeordnet.
An dem Innenkühlkörper können in Strömungsrichtung der Kühlungsströmung verlaufende Kanäle vorhanden sein. Diese Kanäle können beispielsweise durch die quer vom Gehäusewandabschnitt wegragenden Rippen des Innenkühlkörpers gebildet sein. Die Kanäle können zumindest abschnittsweise auf ihrer dem Gehäusewandabschnitt abgewandten Seite geschlossen sein, um die Strömung bis zum Boden bzw. unteren Gehäusewandabschnitt zu leiten.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn zwischen dem Innenkühlkörper und dem Ventilator eine Luftleitanordnung angeordnet ist, um das an der Ausströmseite des Ventilators ausströmende Gas auf den Innenkörper und insbesondere in die Kanäle des Innenkühlkörpers zu richten. Die Luftleitanordnung kann beispielsweise mehrere Leitbleche aufweisen. Diese können ringförmig oder U-förmig am Rand der Ausströmseite des Ventilators angeordnet sein.
Vorteilhafterweise ist an der Außenseite des Gehäuses ein Außenkühlkörper vorhanden. Der Außenkühlkörper kann beispielsweise an der Außenseite einer Gehäusewand befestigt und als separater Körper ausgeführt sein und/oder durch die Gehäusewand bzw. einen Teil der Gehäusewand gebildet sein. Dadurch wird die Wärmeabgabe von der Gehäusewand an die Umgebung durch eine entsprechende vergrößerte Oberfläche verbessert.
Vorzugsweise sind sowohl der Innenkühlkörper, als auch der Außenkühlkörper an den von der Kühlungsströmung angeströmten Gehäusewandabschnitt angeordnet. Die Wärmeleitung vom Innenkühlkörper über den Gehäusewandabschnitt zum Außenkühlkörper ist dadurch verbessert. Vorzugsweise sind der Außenkühlkörper und/oder der Innenkühlkörper aus einem Material hergestellt, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Gehäuses. Die Wärmeübertragung zwischen dem Innenkühlkörper und dem Außenkühlkörper erfolgt vorzugsweise ausschließlich mittelbar über den Gehäusewandabschnitt durch Wärmeleitung, um die Kapselung des explosionsgeschützten Gehäuses nicht zu beeinträchtigen oder zusätzliche Explosionsschutzmaßnahmen vorsehen zu müssen.
Zwischen dem Innenkühlkörper und/oder dem Außenkühlkörper einerseits und dem Gehäusewandabschnitt andererseits kann eine unmittelbare, flächige Verbindung hergestellt sein. Alternativ kann auch eine Wärmeleitschicht, die beispielsweise Grafit aufweist oder aus Grafit besteht, zwischen dem Gehäusewandabschnitt und wenigstens einem der beiden Kühlkörper angeordnet sein. Eine solche Wärmeleitschicht kann die Wärmeverteilung in der Ebene des Gehäusewandanschnitts verbessern.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 bis 5 jeweils eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines explosionsgeschützten Gehäuses, wobei die dem Betrachter zugewandte Gehäusewand zur Veranschaulichung des Innenraums des Gehäuses weggelassen wurde,
6 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Anordnung eines Innenkühlkörpers und eines Außenkühlkörper an einem Gehäusewandabschnitt des explosionsgeschützten Gehäuses,
7 eine schematische Schnittdarstellung einer nicht-erfindungsgemäßen Ausgestaltung zur Verbindung eines Innenkühlkörpers mit einem Außenkühlkörper und
8 und 9 jeweils eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Ventilatoranordnung mit einem Ventilator und einer Luftleitanordnung, wobei das Gehäuse nur teilweise veranschaulicht ist.
In den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungen eines explosionsgeschützten Gehäuses 10 stark schematisiert veranschaulicht. Das explosionsgeschützte Gehäuse 10 kann zum Beispiel in der Zündschutzart „druckfeste Kapselung” ausgeführt sein. Das Gehäuse 10 weist einen durch Gehäusewände 11 von der Umgebung 12 explosionsgeschützt getrennten Innenraum 13 auf.
In den 1 bis 5 sind nicht alle Gehäusewände 11 dargestellt, um den Innenraum 13 veranschaulichen zu können. Eine oder mehrere Gehäusewände können verschließbare Türen aufweisen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
In dem Innenraum 13 ist wenigstens eine und sind vorzugsweise mehrere elektrische und/oder elektronische Komponenten 14 angeordnet. Diese Komponenten 14 sind beispielhaft und sehr schematisch in 5 veranschaulicht. Beim Betrieb erzeugen diese Komponenten 14 Wärme, wodurch sich die Atmosphäre im Innenraum 13 erwärmt. Um den Temperaturanstieg im Innenraum 13 zu begrenzen, ist eine Kühlung des explosionsgeschützten Gehäuses 10 notwendig.
Erfindungsgemäß ist hierfür im Innenraum 13 des Gehäuses 10 eine Ventilatoranordnung 17 mit einem Ventilator 18 angeordnet, der eine Kühlungsströmung S erzeugt. Die Kühlungsströmung S ist schematisch in den 1 bis 5 durch Pfeile illustriert. Die Kühlungsströmung S ist wegen der Kapselung des Gehäuses 10 auf den Innenraum 13 beschränkt. Die von der Ventilatoranordnung 17 erzeugte Kühlungsströmung S strömt entlang einer seitlichen Gehäusewand 11s. Diese angeströmte seitliche Gehäusewand 11s kann auch eine Tür oder Klappe aufweisen oder von einer Tür oder Klappe gebildet sein. Unter einer seitlichen Gehäusewand 11s ist eine Gehäusewand zu verstehen, die sich im Wesentlichen vertikal zwischen einer unteren Gehäusewand 11u und einer oberen Gehäusewand 11o erstreckt.
Die Ventilatoranordnung 17 weist eine Ansaugöffnung 17a und eine Ausströmöffnung 17b auf. Eine Ansaugseite 19 des Ventilators 18 ist der Ansaugöffnung 17a und eine Ausströmseite 20 des Ventilators 18 ist der Ausströmöffnung 17b zugeordnet. Die Ansaugöffnung 17a ist vertikal weiter oben angeordnet als die Ausströmöffnung 17b. Die Ansaugöffnung 17a und/oder die Ausströmöffnung 17b kann horizontal, schräg oder vertikal orientiert sein.
Zu der Ventilatoranordnung 17 gehört bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 4, 5, 8 und 9 neben dem Ventilator 18 eine Luftleitanordnung 15, die beispielsweise einen Luftleitkanal 16 bildet. Die Ansaugöffnung 17a und/oder die Ausströmöffnung 17b der Ventilatoranordnung 17 ist vom Luftleitkanal 16 gebildet. Der Luftleitkanal 16 kann sich gerade entlang der seitlichen Gehäusewand 11s erstrecken (8) oder einen Bogen oder Knick aufweisen (9). Zumindest ein Abschnitt des Luftleitkanals 16 erstreckt sich unmittelbar entlang eines Gehäusewandabschnitts 22 einer seitlichen Gehäusewand 11s.
Es ist alternativ auch möglich, auf die Luftleitanordnung 15 zu verzichten (1 bis 3), so dass die Ventilatoranordnung 17 vom Ventilator 18 gebildet ist. In diesem letzten Fall ist die Ansaugöffnung 17a an der Ansaugseite 19 des Ventilators 18 und die Ausströmöffnung 17b an der Ausströmseite 20 des Ventilators 18 vorgesehen.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die im Innenraum 13 des Gehäuses 10 vorhandene und von der Umgebung 12 getrennte Atmosphäre aus Luft. Alternativ kann auch ein anderes Gas oder ein Gasgemisch im Innenraum vorhanden sein, wenn dieser beispielsweise inertisiert werden soll.
Wie in den 1 bis 5 und 8 veranschaulicht, ist der Ventilator 18 bevorzugt an einer seitlichen Gehäusewand 11s befestigt. Die seitliche Gehäusewand 11s ist ohne ein Strömungsmedium führende Kanäle, Durchbrechungen oder Öffnungen ausgeführt und besteht vorzugsweise aus einem naht- und fügestellenfrei hergestellten Teil aus einheitlichem Material, insbesondere Metall oder einer Metalllegierung. Die Ansaugöffnung 17a oder die Ansaugseite 19 des Ventilators 18 ist im oberen Bereich des Innenraums 13 angeordnet und beispielsweise im oberen Dritten oder im oberen Viertel des Innenraums 13. Die vom Ventilator 18 verursachte Luftströmung ist derart orientiert oder durch die Luftleitanordnung 15 geführt, dass die Kühlungsströmung S parallel oder schräg zu dem angeströmten Gehäusewandabschnitt 22 der seitlichen Gehäusewand 11s ausgerichtet ist.
Der Gehäusewandabschnitt 22 befindet sich an einer der seitlichen Gehäusewände 11s, an der beispielsweise auch der Ventilator 18 befestigt sein kann und schließt sich bei den Ausführungsformen nach den 1 bis 5 und 9 an die Ausströmseite 20 an. Im Bereich dieses angeströmten Gehäusewandabschnitts 22 sind keine zu kühlenden Komponenten 14 im Innenraum 13 angeordnet, so dass ein komponentenfreier Strömungsraum 23 für die Kühlungsströmung S gebildet ist, um den Wärmeübergang von der Kühlungsströmung S über das Gehäuse 10 zur Umgebung 12 zu verbessern. Beim Ausführungsbeispiel nach 8 sitzt der Ventilator 18 in einem Luftleitkanal 16 am Gehäusewandabschnitt 22.
Die Kühlungsströmung S trifft nach der Strömung durch den Strömungsraum 23 auf die untere Gehäusewand 11u auf, die den Boden des Gehäuses darstellt. Dort prallt die Kühlungsströmung S auf die Innenseite der untere Gehäusewand 11u und wird abgelenkt. Die durch die Kühlungsströmung S transportierte gekühlte Luft verteilt sich im Bereich der unteren Gehäusewand 11u. Wegen der im oberen Bereich des Innenraums 13 an der Ansaugöffnung 17a vom Ventilator 18 angesaugten warmen Luft strömt die kühlere Luft im Innenraum 13 nach oben und durchmischt sich dabei mit der wärmeren Luft. Im Innenraum entsteht dadurch eine relativ gleichmäßige Temperaturverteilung ohne Bereiche mit einer deutlich höheren Lufttemperatur. Dadurch erhöhen sich für die Konstrukteure die Freiheitsgrade bei der Anordnung von zu kühlenden Komponenten 14. Insbesondere können auch temperaturempfindlichere Komponenten 14 im oberen Bereich des Innenraums angeordnet werden, da sich dort keine deutlich höhere Temperatur einstellt als im unteren Bereich des Innenraums.
Im Anschluss an die Abströmseite 20 des Ventilators 18 und insbesondere im Strömungsraum 23 ist bei den Ausführungsformen gemäß der 3 bis 5 ein Innenkühlkörper 24 angeordnet. Der Innenkühlkörper 24 kann als separates Element ausgeführt und am angeströmten Gehäusewandabschnitt 22 befestigt sein. Es ist alternativ hierzu auch möglich, den Innenkühlkörper 24 durch den Gehäusewandabschnitt 22 auszubilden, so dass der Innenkühlkörper 24 ohne Naht- und Fügestelle aus demselben Material einstückig durch den Gehäusewandabschnitt 22 gebildet ist.
Der Innenköhlkörper 24 weist vom Gehäusewandabschnitt 22 quer in den Innenraum 13 hineinragende Rippen 25 auf, die mit Abstand zueinander angeordnet sind. In den Zwischenräumen sind Kanäle 26 gebildet (6) und durch jeweils zwei benachbarte Rippen 25 begrenzt, die in Strömungsrichtung der Köhlungsströmung S verlaufen und beim Ausführungsbeispiel in etwa vertikal ausgerichtet sind. Die Kühlungsströmung S kann ausgehend von der Ausströmseite 20 des Ventilators durch die Kanäle 26 des Innenkühlkörpers 24 durchströmen und an der dem Ventilator 18 entgegengesetzten Seite des Innenkühlkörpers 24 wieder austreten. Durch diesen Innenkühlkörper 24 ist der durch Konvektionskühlung bewirkte Wärmeübergang von der im Innenraum 13 vorhandenen Luft über den Innenkühlkörper 24 auf den Gehäusewandabschnitt 22 verbessert.
Eine weitere Verbesserung des Wärmetransports vom Innenraum 13 zur Umgebung 12 kann dadurch erreicht werden, dass an der Außenseite des Gehäuses 10 ein Außenkühlkörper 30 vorhanden sein kann (2 bis 5). Auch der Außenkühlkörper 30 kann mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Rippen 31 aufweisen. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß der 2 bis 5 deckt der Außenkühlkörper 30 die gesamte Außenseite der seitlichen Gehäusewand 11s ab, an der sich der angeströmte Gehäusewandabschnitt 22 befindet. Dadurch wird die zur Wärmeabgabe verfügbare Oberfläche deutlich vergrößert. Es ist in Abwandlung hierzu auch möglich, den Außenkühlkörper 30 kleiner auszuführen als die Außenfläche der seitlichen Gehäusewand 11s. Wie der Innenkühlkörper 24 kann der Außenkühlkörper 30 durch ein separates Bauteil und/oder durch die seitliche Gehäusewand 11s gebildet sein.
Vorzugsweise sind sowohl der Innenkühlkörper 24, wie auch der Außenkühlkörper 30 als separate Bauelemente aus einem Material hergestellt, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der Gehäusewände 11. Es ist möglich nur den Innenkühlkörper 24 oder nur den Außenkühlkörper 30 oder beide Kühlkörper 24, 30 vorzusehen.
Zwischen dem Gehäusewandabschnitt 22 und dem Innenkühlkörper 24 bzw. dem Außenkühlkörper 30 ist eine unmittelbare, flächige Verbindung hergestellt. Wie in 6 gestrichelt dargestellt, kann optional eine Wärmeleitschicht 33 zwischen dem Gehäusewandabschnitt 22 und einem oder beiden Kühlkörpern 24, 30 angeordnet sein, die beispielsweise von einer Grafitfolie gebildet ist. Eine solche Wärmeleitschicht 33 kann die flächige Wärmeverteilung verbessern.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 4 und 5 ist die Luftleitanordnung 15 zwischen der Ausströmseite 20 des Ventilators 18 und dem Innenkühlkörper 24 angeordnet. Die Luftleitanordnung 15 dient hier dazu, das an der Ausströmseite 20 vom Ventilator 18 ausströmende Gas – beispielsweise Luft – zum Innenkühlkörper 24 und insbesondere 24 durch die dort vorhandenen Kanäle 26 zu lenken. Hierfür kann die Luftleitanordnung 15 wenigstens ein Leitblech aufweisen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach 4, 5 und 9 umschließen die Leitbleche den Rand der Ausströmseite 20 des Ventilators 18 an mehreren Seiten und bilden beispielsweise gemeinsam mit der Gehäusewand 11, an der der Ventilator 18 angebracht ist, den Luftleitkanal 16.
Der Ventilator 18 kann im Prinzip an jeder beliebigen Stelle innerhalb eines Luftleitkanals 16 angeordnet sein. Wesentlich ist, dass ein Abschnitt des Luftleitkanals 16 entlang des Gehäusewandabschnitts 22 verläuft und die Ansaugöffnung 17a weiter oben angeordnet ist als die Ausströmöffnung 17b.
Um den Wärmeübergang zwischen dem Gehäusewandabschnitt 22 und zumindest einem der beiden Kühlkörper 24, 30 zu verbessern, kann bei einer Ausführung (6) wenigstens ein Wärmeleitelement 34 vorhanden sein, das in dem Gehäusewandabschnitt 22 fluiddicht bzw. in einer dem Explosionsschutz entsprechenden Weise angeordnet ist und den Innenkühlkörper 24 und den Außenkühlkörper 30 verbinden kann. Vorzugsweise sind innen und/oder außen in den Gehäusewandabschnitt 22 Sacklöcher eingebracht, die den Gehäusewandabschnitt 22 nicht vollständig durchsetzen, sondern lediglich Vertiefungen bilden, in denen die Wärmeleitelemente 34 angeordnet sind.
Die Form, die Kontur, die Anzahl und die Anordnung solcher Wärmeleitelemente 34 kann beliebig gewählt werden. Die Wärmeleitelemente 34 sind aus einem Material hergestellt, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Gehäusewände 11. Die Wärmeleitelemente 34 sind beispielsgemäß massiv ohne Hohlräume ausgeführt und weisen kein Strömungsmedium auf. Bei der Ausführungsform nach 6 sind außen und innen in der Gehäusewand 11 angeordneten Wärmeleitelemente 34 versetzt angeordnet. Alternativ könnten die außen und innen angeordneten Wärmeleitelemente 34 auch unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sein.
7 zeigt schematisch eine alternative nichterfindungsgemäße Ausführungsmöglichkeit zur Anordnung des Innenkühlkörpers 24 und des Außenkühlkörpers 30. Um die Wärmeleitung zwischen den beiden Kühlkörper 24, 30 zu verbessern, ist eine unmittelbare, flächige Verbindung zwischen dem Innenkühlkörper 24 und dem Außenkühlkörper 30 vorgesehen. Hierfür muss in dem abgeströmten Gehäusewandabschnitt 22 eine Wandaussparung 35 eingebracht sein. Wenigstens einer der beiden Kühlkörper 24, 30 durchgreift die Wandaussparung 35, so dass seine dem Innenraum 13 abgewandte Rückfläche 36 an der dem Gehäuse 10 bzw. dem Gehäusewandabschnitt 22 zugewandten Rückfläche 37 des Außenkühlkörpers 30 anliegen kann. Die beiden Rückflächen 36, 37 können wie in 7 veranschaulicht unmittelbar aneinander anliegen oder über eine wärmeleitende Schicht, beispielsweise eine Grafitschicht flächig miteinander verbunden sein.
Zur Aufrechterhaltung des Explosionsschutzes wird die Wandaussparung 35 beim Ausführungsbeispiel fluiddicht verschlossen. Dies geschieht beispielsgemäß dadurch, dass die Rückfläche 37 des Außenkühlkörpers 30 ringsumlaufend mit einem Rand 38 über die Wandaussparung 35 hinausragt. Mithilfe des Randes 38 wird die Wandaussparung 35 verschlossen. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist zur Erreichung eines fluiddichten Abschlusses ein Dichtungselement 39 zwischen dem Rand 38 des Außenkühlkörpers 30 und der die Wandaussparung 35 aufweisenden Gehäusewand 11 angeordnet.
Allerdings würde bei dem in 7 dargestellten Verbindungsmöglichkeit zwischen dem Innenkühlkörper 24 und dem Außenkühlkörper 30 der Explosionsschutz des Gehäuses 10 beeinträchtigt oder es wäre zusätzlicher Aufwand erforderlich. Dies soll erfindungsgemäß gerade vermieden werden. Deswegen erfolgt die wärmeleitende Verbindung erfindungsgemäß unter Zwischenschaltung des Gehäusewandabschnitts 22.
Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse 10, das insbesondere in der Zündschutzart „druckfeste Kapselung” ausgeführt ist. Ein Innenraum 13 des Gehäuses 10 ist von der Umgebung 12 durch Gehäusewände 11 vollständig abgeschlossen. Im Innenraum 13 sind elektrische und elektronische Komponenten 14 angeordnet. Zur Kühlung dieser Komponenten ist im Innenraum 13 ein Ventilator 18 vorhanden, der eine Kühlungsströmung S im Innenraum 13 verursacht. Dadurch wird der Wärmeübergang des im Innenraum 13 vorhandenen Gases über wenigstens eine Gehäusewand 11 und optional über wenigstens einen Kühlkörper 24, 30 nach außen zur Umgebung 12 hin verbessert. Außerdem wird vermieden, dass sich Gasschichten mit unterschiedlichen Temperaturen im Innenraum 13 bilden.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
11: Gehäusewand
11o: obere Gehäusewand
11s: seitliche Gehäusewand
11u: untere Gehäusewand
12: Umgebung
13: Innenraum
14: Komponente
15: Luftleitanordnung
16: Luftleitkanal
17: Ventilatoranordnung
17a: Ansaugöffnung
17b: Ausströmöffnung
18: Ventilator
19: Ansaugseite
20: Ausströmseite
22: Gehäusewandabschnitt
23: Strömungsraum
24: Innenkühlkörper
25: Rippe
26: Kanal
30: Außenkühlkörper
31: Rippe
33: Wärmeleitschicht
34: Wärmeleitelement
35: Wandaussparung
36: Rückfläche des Innenkühlkörpers
37: Rückfläche des Außenkühlkörpers
38: Rand
39: Dichtungselement
S: Kühlungsströmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009552 A1 [0003]
DE 102008022000 A1 [0004, 0008]
DE 19737531 A1 [0005]
DE 19701100 A1 [0006]
US 2010/0288467 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60079-1 [0001]

Claims

Explosionsgeschütztes Gehäuse (10) mit einem relativ zur Umgebung (12) durch Gehäusewände (11) gekapselten, explosionsgeschützten Innenraum (13), in dem elektrische und/oder elektronische Komponenten (14) angeordnet sind, mit einem im Innenraum (13) angeordneten Ventilatoranordnung (17) mit einem Ventilator (18), wobei die Ventilatoranordnung (17) eine Ansaugöffnung (17a) und eine unterhalb der Ansaugöffnung (17a) angeordnete Ausströmöffnung (17b) aufweist, und wobei die Ventilatoranordnung (17) im Innenraum (13) eine vertikal nach unten gerichtete Kühlungsströmung (S) entlang eines Gehäusewandabschnitts (22) einer seitlichen Gehäusewand (11) hervorruft, die frei ist von kühlungsmediumdurchströmten Öffnungen.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (17a) in dem oberen Drittel oder dem oberen Viertel des Innenraums (13) angeordnet ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ventilator (18) ein Strömungsraum (23) im Innenraum (13) des Gehäuses (10) entlang des Gehäusewandabschnitts (22) anschließt, der frei ist von zu kühlenden elektrischen und/oder elektronischen Komponenten (14).
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühlungsströmung (S) im Innenraum (13) ein Innenkühlkörper (24) vorhanden ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkühlkörper (24) an dem Gehäusewandabschnitt (22) angeordnet ist und/oder durch den Gehäusewandabschnitt (22) gebildet ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 4 oder 5 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkühlkörper (24) in dem sich an den Ventilator (18) anschließenden Strömungsraum (23) angeordnet ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkühlkörper (24) in Strömungsrichtung der Kühlungsströmung (S) verlaufende, zumindest an drei Seiten begrenzte Kanäle (26) aufweist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenkühlkörper (24) und dem Ventilator (18) eine Leiteinrichtung (42) angeordnet ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des Gehäuses (10) ein Außenkühlkörper (30) vorhanden ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkühlkörper (30) an der Gehäusewand (11) befestigt ist und/oder durch die Gehäusewand (11) gebildet ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkühlkörper (30) und der Innenkühlkörper (24) an dem Gehäusewandabschnitt (22) angeordnet und durch die seitliche Gehäusewand (11) voneinander getrennt sind.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausführung in der Zündschutzart „druckfeste Kapselung”.