DE102013103823A1

DE102013103823A1 - Explosionsgeschützte Gehäuse und Verfahren zur Überwachung einer ausreichenden Dichtigkeit des explosionsgeschützten Gehäuses

Info

Publication number: DE102013103823A1
Application number: DE102013103823.9A
Authority: DE
Inventors: Holger Semrau
Original assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Current assignee: R Stahl Schaltgeraete De GmbH
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: DE102013103823B4; WO2014170332A3; WO2014170332A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse mit einer Überwachungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung eines explosionsgeschützten Gehäuses. Über einen Drucksensor (15) bzw. (15a) wird der Innendruck (PI) in einem Gehäuseinnenraum (11) des Gehäuses (10) bzw. ein Differenzdruck (PD) zwischen dem Innendruck (PI) und einem Umgebungsdruck (PU) in der Umgebung (12) außerhalb des Gehäuses (10) ermittelt. Ein entsprechendes Sensorsignal (SI, SD) wird an eine Überwachungseinrichtung (16) übermittelt. Die Überwachungseinrichtung (16) wertet den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals (PI, PD) aus. Optional kann der Überwachungseinrichtung (16) auch ein Temperatursignal (ST) eines Temperatursensors (21) übermittelt werden. Aus den Sensorsignalen kann die Überwachungseinrichtung (16) durch eine Auswertung feststellen, ob eine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuseinnenraums (11) gegenüber der Umgebung (12) vorliegt, insbesondere dahingehend, ob die Dichtigkeit den Voraussetzungen der Zündschutzart „Schwadensicherheit” entspricht. Die Auswertung erfolgt während des Betriebs der elektrischen und/oder elektronischen Betriebsmittel (13) im Gehäuse (10), so dass separate zusätzliche Wartungen zur Prüfung der ausreichenden Dichtigkeit des Gehäuses (10) entfallen können.

Description

Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse, das insbesondere in der Zündschutzart „Schwadensicherheit” ausgeführt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung der ausreichenden Dichtigkeit des explosionsgeschützten Gehäuses, insbesondere um festzustellen, ob die Dichtigkeit des Gehäuses die Anforderungen an die Zündschutzart „Schwadensicherheit” erfüllt.
Explosionsgeschützte Gehäuse sind bekannt und werden in verschiedenen Zündschutzarten ausgeführt. Die für einen explosionsgefährdeten Bereich zulässigen Zündschutzarten richten sich danach, wie hoch das Gefährdungspotenzial der Umgebung ist, in der das Gehäuse aufgestellt wird. Im Inneren des Gehäuses sind elektrische und/oder elektronische Betriebsmittel angeordnet, die eine Zündung einer explosionsfähigen Atmosphäre bewirken könnten. Um eine solche Gefährdung auszuschließen, werden an das Gehäuse den Explosionsschutz betreffende Anforderungen gestellt.
Bei der Zündschutzart „Schwadensicherheit” ist das Gehäuse gegenüber der Umgebung nicht hermetisch dicht ausgeführt. Die Zündschutzart „Schwadensicherheit” verlangt einen gewissen Grad der Abdichtung des Gehäuseinnenraums des Gehäuses gegenüber der Umgebung, um zu verhindern, dass kurzzeitig auftretende explosionsfähige Gaswolken bzw. Gasschwaden in den Gehäuseinnenraum eindringen und dort gezündet werden. Es darf somit kein unmittelbarer, schneller Gasaustausch zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung erfolgen, sondern das Gehäuse muss eine der Zündschutzart „Schwadensicherheit” ausreichende Dichtigkeit aufweisen, wie es in den einschlägigen Normen gefordert ist, z. B. IEC 60079-0 (Kennzeichnung „Ex nR”) oder EN 13463-1 (Kennzeichnung „fr”).
Aus DE 20 2005 009 625 U1 ist eine Dichtungseinrichtung für eine explosionsgeschützte Leuchte mit einem Leuchtengehäuse bekannt. Im Leuchtengehäuse ist eine Leitungsdurchführung angeordnet. Das Leuchtengehäuse weist eine abnehmbare Schutzwanne auf, die gegenüber dem übrigen Gehäuse durch eine Dichtung zur Gewährleistung der Schwadensicherheit abgedichtet ist. Die Dichtung hat einen Dichtungshohlraum, der über eine Verbindungsleitung mit einer Fluidzufuhreinrichtung verbunden ist. Durch Zufuhr eines Fluids in den Dichtungshohlraum kann die erforderliche Dichtheit bedarfsweise hergestellt werden.
Es ist vorgeschrieben, die Schwadensicherheit eines Gehäuses regelmäßig zu prüfen. Solche Wartungen sind aufwendig. Abhängig vom Einbauort des Gehäuses ist auch der Zugang zum Gehäuse nicht immer ohne weiteres möglich, was die Wartung weiter erschwert.
Es kann daher als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, ein verbessertes Gehäuse zu schaffen, das die Wartung vereinfacht bzw. unnötig macht.
Diese Aufgabe wird durch ein explosionsgeschütztes Gehäuse gemäß Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 3 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 oder Patentanspruch 15 gelöst.
Erfindungsgemäß weist das explosionsgeschützte Gehäuse einen Drucksensor auf. Der Drucksensor ist bei einer erfindungsgemäßen Ausführung dazu eingerichtet, den Innendruck im Gehäuseinnenraum des Gehäuses zu bestimmen. Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung ist der Drucksensor dazu vorgesehen, ein den Differenzdruck zwischen dem Gehäuseinnenraum des Gehäuses und der Umgebung außerhalb des Gehäuses angebendes Differenzdrucksignal zu erzeugen. Hierfür kann der Drucksensor entweder sowohl den Innendruck im Gehäuse, als auch den Umgebungsdruck der Umgebung ermitteln oder alternativ als Differenzdrucksensor ausgeführt sein, der unmittelbar die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck und dem Umgebungsdruck misst.
Das Sensorsignal des Drucksensors wird an eine Überwachungseinrichtung übermittelt. Die Überwachungseinrichtung kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Gehäuseinnenraum des explosionsgeschützten Gehäuses angeordnet sein. Alternativ hierzu kann das Sensorsignal des Drucksensors, das den Innendruck im Gehäuseinnenraum oder den Differenzdruck beschreibt, auch drahtlos oder drahtgebunden aus dem Gehäuseinnenraum zur Überwachungseinrichtung übermittelt werden.
Die Überwachungseinrichtung ist dazu vorgesehen und eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals auszuwerten. Hierfür kann die Überwachungseinrichtung beispielsweise einen Speicher und einen Mikrocontroller aufweisen. Anhand des Sensorsignals und mithin des sich zeitlich ändernden Innendrucks bzw. des sich zeitlich ändernden Differenzdrucks kann die Überwachungseinrichtung bewerten, ob das Gehäuse eine ausreichende Dichtigkeit aufweist, insbesondere im Hinblick auf die Vorschriften der Zündschutzart „Schwadensicherheit”. Hierzu kann beispielsweise ausgewertet werden, ob das Sensorsignal, das den Innendruck oder den Differenzdruck beschreibt, während einer vorgegebenen Zeitspanne ständig außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt. Drücke bzw. Sensorsignale, die während der vorgegebene Mindestzeitspanne stets außerhalb des Toleranzbandes liegen, treten nur auf, wenn der Gehäuseinnenraum gegenüber der Umgebung des Gehäuses ausreichend dicht ist.
Somit kann aus dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals eine Auswertung vorgenommen werden, ob eine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses vorliegt. Ist dies der Fall, kann durch die Überwachungseinrichtung beispielsweise ein entsprechendes Bestätigungssignal erzeugt werden. Dieses Bestätigungssignal kann gespeichert und/oder an eine entfernte Zentraleinheit übermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der der Auswertung zugrundeliegende zeitliche Verlauf des Sensorsignals gespeichert und/oder gemeinsam mit dem Bestätigungssignal an die Zentraleinheit übertragen werden. Die gespeicherten Daten, insbesondere das Bestätigungssignal und/oder der zeitliche Verlauf des Sensorsignals, können auch durch eine Bedienperson im Rahmen einer Kontrolle mit einem Lesegerät drahtgebunden oder drahtlos ausgelesen werden. Der Speicher ist vorzugsweise im Gehäuse angeordnet und kann Bestandteil der Überwachungseinrichtung sein.
Durch die Erfindung können zusätzliche separate Dichtigkeitsprüfungen entfallen. Es ist davon auszugehen, dass in einem Überwachungszeitraum bzw. Wartungsintervall von mehreren Monaten oder Jahren ein oder mehrmals ein ausreichend vom Umgebungsdruck abweichender Innendruck im Gehäuseinnenraum auftritt, wobei die Zeitdauer, während der dieser Innendruck anliegt, gemessen und zur Auswertung verwendet werden kann. Somit kann ohne manuelle Prüfung während des üblichen Betriebs des Gehäuses eine quasi kontinuierliche Überwachung und Bewertung der ausreichenden Dichtigkeit des Gehäuses erfolgen.
Außerdem besteht durch die Erfindung die Möglichkeit, eine verbesserte Kategorie des Explosionsschutzes für das Gehäuse zu erreichen, beispielsweise die Kategorie 2 bzw. eine „vereinfachte Überdruckkapselung”.
Zur Feststellung der ausreichenden Dichtigkeit des Gehäuses bzw. des Gehäuseinnenraums gegenüber der Umgebung des Gehäuses kann alternativ oder zusätzlich der Gradient des Sensorsignals ermittelt und ausgewertet werden. Der Gradient des Sensorsignals beschreibt die Druckänderung pro Zeiteinheit. Anhand des Sensorsignals kann beispielsweise die Zeitdauer ermittelt werden, die der Innendruck im Gehäuseinnenraum benötigt, um seine Druckdifferenz gegenüber dem Umgebungsdruck um 50% zu verringern. Ist diese Zeitdauer größer als eine vorgegebene Zeitspanne, so kann daraus geschlossen werden, dass das Gehäuse eine ausreichende Dichtigkeit aufweist. Denn die Änderung des Differenzdrucks zwischen dem Innendruck im Gehäuseinnenraum und dem Umgebungsdruck der Umgebung außerhalb des Gehäuses vollzieht sich in diesem Fall ausreichend langsam, um eine ausreichende Dichtigkeit zu gewährleisten und insbesondere die Voraussetzungen der Zündschutzart „Schwadensicherheit” zu erfüllen.
Der Überwachungseinrichtung kann außerdem ein Überwachungszeitraum vorgegeben sein. Der Überwachungszeitraum kann einige Monate oder Jahre betragen. Wurde innerhalb eines Überwachungszeitraumes kein Bestätigungssignal durch die Überwachungseinrichtung erzeugt, das die Schwadensicherheit bestätigt, kann die Überwachungseinrichtung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Ausgangssignal erzeugen, das eine unzureichende Dichtigkeit des Gehäuses anzeigt. Das Ausgangssignal kann beispielweise dazu verwendet werden, eine Warnmeldung für eine Bedienperson zu erzeugen, beispielsweise über eine Warneinrichtung oder die Zentraleinheit, und/oder es kann eine Trenneinrichtung angesteuert werden, um die Versorgung der elektrischen und/oder elektronischen Betriebsmittel im Gehäuse mit elektrischer Energie bei vorliegen des Ausgangssignals zu unterbrechen.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn ein Temperatursensor vorhanden ist, der ein Temperatursignal an die Überwachungseinrichtung übermittelt. Der Temperatursensor ist vorzugsweise im Gehäuseinnenraum angeordnet. Insbesondere wertet die Überwachungseinrichtung den zeitlichen Verlauf des Temperatursignals aus. Bei einer Temperaturänderung, deren Gradient zumindest einem Gradientenschwellenwert entspricht, kann daraus geschlossen werden, dass sich der Innendruck im Gehäuseinnenraum oder der Differenzdruck zwischen dem Innendruck und dem Umgebungsdruck entsprechend ändern muss. Wird über den Drucksensor bzw. das Sensorsignal eine entsprechende Druckänderung des Innendrucks bzw. des Differenzdrucks festgestellt, kann daraus wiederum geschlossen werden, ob eine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses vorliegt und ein die ausreichende Dichtigkeit – beispielsweise Schwadensicherheit – bestätigendes Bestätigungssignal erzeugt werden. Andernfalls kann ein Ausgangssignal erzeugt werden, das die unzureichende Dichtigkeit des Gehäuses anzeigt.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine Druckbeeinflussungseinheit vorhanden sein. Die Druckbeeinflussungseinheit dient dazu, den Druck im Gehäuseinnenraum, beispielsweise mit Hilfe einer Pumpe, zu erhöhen oder zu senken. Zur Erhöhung der Verringerung des Drucks im Gehäuseinnenraum können auch andere Druckquellen, beispielsweise ein Druckspeicher, oder Drucksenken verwendet werden. Die Druckbeeinflussungseinheit kann insbesondere durch die Überwachungseinrichtung angesteuert werden. Das Sensorsignal des Drucksensors wird durch die Überwachungseinrichtung anschließend im zeitlichen Verlauf bewertet und daraus auf die ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses geschlossen. Dementsprechend kann die Überwachungseinrichtung dann ein Bestätigungssignal erzeugen, dass die ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses bestätigt oder ein Ausgangssignal erzeugen, das die unzureichende Dichtigkeit des Gehäuses angibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüche sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 3 jeweils eine blockschaltbildähnliche, schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines explosionsgeschützten Gehäuses mit einer Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer ausreichenden Dichtigkeit des Gehäuses,
4 einen beispielhaften, schematischen zeitlichen Verlauf eines Sensorsignals, das den Innendruck im Gehäuseinnenraum des Gehäuses beschreibt,
5 und 6 jeweils einen beispielhaften, schematischen zeitlichen Verlauf eines Sensorsignals, das die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck und dem Umgebungsdruck beschreibt,
7 einen stark vereinfachten, beispielhaften zeitlichen Verlauf für ein Temperatursignal sowie für ein die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck und dem Umgebungsdruck beschreibendes Sensorsignal und
8 einen stark vereinfachten, beispielhaften, schematischen, Verlauf für ein die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck und dem Umgebungsdruck beschreibendes Sensorsignal.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines explosionsgeschützten Gehäuses 10. Das Gehäuse 10 begrenzt einen Gehäuseinnenraum 11 gegenüber einer Umgebung 12 um das Gehäuse 10. Der Gehäuseinnenraum 11 ist gegenüber der Umgebung 12 nicht hermetisch abgeriegelt, sondern es findet ein Gasaustausch zwischen dem Gehäuseinnenraum 11 und der Umgebung 12 statt. Das Gehäuse 10 muss allerdings eine ausreichende Dichtigkeit aufweisen, um Explosionsschutzvorschriften erfüllen zu können. Der Gasaustausch zwischen dem Gehäuseinnenraum 11 und der Umgebung 12 muss daher ausreichend langsam erfolgen. Anders ausgedrückt muss sich eine auftretende Druckdifferenz zwischen dem Gehäuseinnenraum 11 und der Umgebung 12 ausreichend langsam abbauen. Das Gehäuse 10 ist beim Ausführungsbeispiel in der Zündschutzart „Schwadensicherheit” ausgeführt.
Im Gehäuse 10 sind elektrische und/oder elektronische Betriebsmittel 13 angeordnet, die als Zündquelle für eine explosionsgefährdete Atmosphäre dienen könnten. Die Betriebsmittel 13 werden über eine in den Gehäuseinnenraum 11 geführte Versorgungsleitung 14 an eine elektrische Energiequelle angeschlossen und beispielsweise mit einer Versorgungsspannung UV versorgt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist im Gehäuseinnenraum 11 ein Drucksensor 15 angeordnet, der beispielsgemäß den Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 des Gehäuses 10 bestimmt oder misst. Der Drucksensor 15 erzeugt ein Sensorsignal SI, das beim Ausführungsbeispiel den erfassten Innendruck PI beschreibt. Das Sensorsignal SI des Drucksensors 15 wird an eine Überwachungseinrichtung 16 übermittelt. Bei einer alternativen Ausführungsform (2 und 3) erzeugt der Drucksensor 15 ein Sensorsignal SD, das die Druckdifferenz zwischen dem Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 und dem Umgebungsdruck PD in der Umgebung 12 außerhalb des Gehäuses 10 beschreibt. Dabei kann der Drucksensor 15 als Differenzdrucksensor 15a ausgeführt sein und unmittelbar den Differenzdruck PD = PI – PU messen oder den Innendruck PI und den Umgebungsdruck PU gesondert messen und entsprechende Messwerte als Sensorsignal SD an die Überwachungseinrichtung 16 übermitteln.
Bei den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ist die Überwachungseinrichtung 16 im Gehäuseinnenraum 11 angeordnet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Überwachungseinrichtung 16 außerhalb des Gehäuseinnenraums 11 anzuordnen und das Sensorsignal SI, SD des Drucksensors 15 drahtgebunden oder drahtlos an die Überwachungseinrichtung 16 zu übertragen.
Die Überwachungseinrichtung 16 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals SI, SD auszuwerten und optional zusätzlich abzuspeichern bzw. zu protokollieren. Wenn das Gehäuse 10 eine ausreichende Dichtigkeit aufweist und insbesondere den Anforderungen an die Zündschutzart „Schwadensicherheit” entspricht liefert die Überwachungseinrichtung 16 als Ergebnis der Bewertung des Sensorsignals SI, SD ein Bestätigungssignal B das angibt, dass das Gehäuse 10 eine ausreichende Dichtigkeit aufweist. Ist dies nicht der Fall, erzeugt die Überwachungseinrichtung 16 ein Ausgangssignal A, das angibt, dass keine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 vorliegt.
Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen werden das Bestätigungssignal B sowie das Ausgangssignal A an eine Zentraleinheit 17 übermittelt, die beispielweise durch einen zentralen Rechner außerhalb des Gehäuses 10 gebildet sein kann. Die Zentraleinheit 17 kann entfernt vom Gehäuse 10 angeordnet und beispielsweise über eine herkömmliche drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, wie etwa LAN, WLAN, WAN oder dergleichen angebunden sein. Die Zentraleinheit 17 kann einer Bedienperson das Auswerteergebnis anzeigen und mithin entweder bestätigen, dass die ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 gegeben ist oder dass eine solche ausreichende Dichtigkeit nicht vorliegt. Die Bedienperson kann dann entsprechende Maßnahmen einleiten. Die Zentraleinheit 17 kann somit als Warneinrichtung dienen und der Bedienperson eine Warnung anzeigen, wenn das Ausgangssignal A der Überwachungseinrichtung 16 empfangen wird, das eine unzureichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 anzeigt.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das die unzureichende Dichtigkeit anzeigende Ausgangssignal A der Überwachungseinrichtung 16 optional auch dafür verwendet werden, eine Trenneinrichtung 18 anzusteuern. Als Trenneinrichtung 18 kann beispielsweise ein gesteuerter Halbleiterschalter oder ein Relais verwendet werden. Das Ausgangssignal A kann die Trenneinrichtung 18 ansteuern und bei einer unzureichenden Dichtigkeit des Gehäuses 10 die Versorgung der Betriebsmittel 13 mit elektrischer Energie unterbrechen. Hierfür ist die Trenneinrichtung 18 in die Leitung 14 bzw. in zumindest einen Leiter der Leitung 14 in bekannter Weise eingesetzt (1 bis 3).
Das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel des Gehäuses 10 mit dem Drucksensor 15 und der Überwachungseinrichtung 16 arbeitet wie folgt:
Während des Betriebs der Betriebsmittel 13 im Gehäuse 10 wird kontinuierlich der Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 durch den Drucksensor 15 erfasst und ein entsprechendes Sensorsignal SI erzeugt. Ein lediglich beispielhafter, schematischer zeitlicher Verlauf des Sensorsignals SI für den Innendruck PI ist in 4 veranschaulicht. Der Überwachungseinrichtung 16 sind ein erster Schwellenwert G1 und ein zweiter Schwellenwert G2 vorgegeben. Die beiden Schwellenwerte G1, G2 definieren ein erstes Toleranzband D1. Dieses Toleranzband D1 bzw. der erste und zweite Schwellenwert G1, G2 geben einen Wertebereich für das Sensorsignal SI und mithin für den Innendruck PI an, der bei üblicherweise auftretenden Luftdrücken in der Umgebung 12 auch im Gehäuseinnenraum 11 auftritt. Beispielsweise kann das erste Toleranzband D1 übliche, zu erwartende Luftdruckwerte umfassen, so dass beispielsweise der erste Schwellenwert G1 = 750 hPa und der zweite Schwellenwert G2 = 1100 hPa betragen kann.
Durch Erwärmung, beispielsweise Sonneneinstrahlung oder auch Aufheizung des Innenraums durch eine Wärmeabgabe von den Betriebsmitteln 13, kann der Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 ansteigen. In 4 ist beispielhaft angenommen, dass der Innendruck PI zu einem ersten Zeitpunkt t1 derart angestiegen ist, dass das den Innendruck PI anzeigende Sensorsignal SI das erste Toleranzband D1 verlässt. Es kann daher daraus geschlossen werden, dass zum ersten Zeitpunkt t1 eine Druckerhöhung im Gehäuseinnenraum 11 auftritt, die nicht durch übliche Luftdruckschwankungen in der Umgebung 12 bewirkt wurde, sondern eine andere Ursache, beispielsweise eine Erwärmung des Gehäuses 10 bzw. des Gehäuseinnenraums 11 hat.
Die Überwachungseinrichtung 16 wertet nunmehr das Sensorsignal SI aus. Beim Ausführungsbeispiel wird ab dem ersten Zeitpunkt t1 das Sensorsignal S1 dahingehend bewertet, ob es ohne Unterbrechung, durchgehend während einer vorgegebenen ersten Zeitspanne T1 außerhalb des ersten Toleranzbandes D1 liegt. Bei dem beispielhaften Verlauf des Sensorsignals SI in 4 ist dies der Fall. Daraufhin kann zu einem zweiten Zeitpunkt t2 nach Ablauf der ersten Zeitspanne T1 ein Bestätigungssignal B erzeugt werden, das angibt, dass das Gehäuse 10 eine ausreichende Dichtigkeit aufweist. Denn ansonsten hätte sich über die vorgegebene erste Zeitspanne T1 kein stets außerhalb des ersten Toleranzbandes D1 liegender Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 aufbauen können.
In 2 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Der Drucksensor 15 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 zur Ermittlung des Differenzdruckes PD zwischen dem Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 und dem Umgebungsdruck PU in der Umgebung 12 außen um das Gehäuse 10 vorgesehen. Insbesondere kann der Drucksensor 15 als Differenzdrucksensor 15a ausgeführt sein und unmittelbar ein den Differenzdruck PD beschreibendes Sensorsignal SD erzeugen. Alternativ hierzu wäre es auch möglich, sowohl den Innendruck PI, als auch den Außendruck PU separat zu bestimmen und daraus den Differenzdruck PD zu ermitteln. Die Ermittlung des Differenzdruckes PD könnte in einer abgewandelten Drucksensoreinrichtung oder alternativ in der Überwachungseinrichtung 16 erfolgen. Im Übrigen entspricht das zweite Ausführungsbeispiel des Gehäuses 10 gemäß 2 dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1, so dass auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Das Gehäuse 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 arbeitet wie folgt:
In 5 ist ein beispielhafter, zeitlicher Verlauf für das den Differenzdruck PD zwischen dem Innendruck PI und dem Umgebungsdruck PU beschreibendes Sensorsignal SD veranschaulicht. Der Überwachungseinrichtung 16 ist ein zweites Toleranzband D2 für das Sensorsignal SD vorgegeben. Das zweite Toleranzband D2 ist durch einen dritten Schwellenwert G3 und einen vierten Schwellenwert G4 begrenzt. Beim Ausführungsbeispiel nach 5 sind der dritte Schwellenwert und der vierte Schwellenwert betragsmäßig gleich groß, wobei der dritte Schwellenwert G3 negativ und der vierte Schwellenwert G4 positiv ist. Der Betrag für den dritten bzw. vierten Schwellenwert G3, G4 kann beispielsweise zumindest 1 bis 5 hPa betragen.
Befindet sich das den Differenzdruck PD angebende Sensorsignal SD innerhalb des zweiten Toleranzbandes D2 wird daraus geschlossen, dass der Innendruck PI im Wesentlichen den Umgebungsdruck PU entspricht. Zu einem dritten Zeitpunkt t3 verlässt das Sensorsignal SD das zweite Toleranzband D2 und überschreitet beispielsgemäß den vierten Schwellenwert G4. Bleibt das den Differenzdruck PD beschreibende Sensorsignal SD während einer vorgegebenen zweiten Zeitspanne T2 außerhalb des zweiten Toleranzbandes D2 wird daraus geschlossen, dass die Druckdifferenz PD zwischen dem Innendruck PI und dem Umgebungsdruck PU ausreichend lange aufrechterhalten werden kann und mithin ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 vorliegt. Ab einem vierten Zeitpunkt t4 nach Ablauf der zweiten Zeitspanne T2 seit dem dritten Zeitpunkt t3 kann daher die Überwachungseinrichtung 16 ein Bestätigungssignal B erzeugen, das die ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 angibt.
In 6 ist ein weiterer beispielhafter Verlauf für das den Differenzdruck PD anzeigende Sensorsignal SD lediglich beispielhaft schematisch veranschaulicht. Dort ist angenommen, dass während eines Überwachungszeitraumes TU, der mehrere Monate bis zu mehrere Jahre betragen kann, das Sensorsignal SD stets innerhalb des zweiten Toleranzbandes D2 verläuft oder lediglich kürzer als die zweite Zeitspanne T2 außerhalb des zweiten Toleranzbandes D2 verläuft. Innerhalb eines längeren Überwachungszeitraumes TU ist statistisch zu erwarten, dass zumindest einmal eine Druckänderung im Gehäuseinnenraum 11 gegenüber dem Umgebungsdruck PU stattfindet, so dass das den Differenzdruck PD anzeigende Sensorsignal SD zumindest einmal ausreichend lange außerhalb des zweiten Toleranzbandes D2 verlaufen muss. Da dies beim dargestellten Beispiel nach 6 nicht der Fall ist, wird nach Ablauf des Überwachungszeitraumes TU das Ausgangssignal A erzeugt, das angibt, dass keine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 vorliegt.
Wie eingangs beschrieben, kann das Ausgangssignal A über die Zentraleinheit 17 oder eine andere Warneinrichtung eine Warnung an eine Bedienperson ausgeben. Zusätzlich oder alternativ kann das Ausgangssignal A die Trenneinrichtung 18 ansteuern und die elektrische Energieversorgung der Betriebsmittel 13 im Gehäuse 10 automatisch unterbrechen.
Die beiden in den 1 und 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiele können bei einer abgewandelten Ausführungsform zusätzlich einen Temperatursensor 21 aufweisen, der im Gehäuseinnenraum 11 angeordnet ist und die Temperatur im Gehäuseinnenraum 11 misst. Ein entsprechendes Temperatursignal ST wird vom Temperatursensor 21 an die Überwachungseinrichtung 16 übermittelt.
Anhand von 7 wird die Funktionsweise eines abgewandelten Ausführungsbeispiels mit Temperatursensor 21 erläutert. Die 7 bezieht sich dabei auf die Ausführungsform mit dem als Differenzdrucksensor 15a ausgeführten Drucksensors 15. Die prinzipielle Funktion lässt sich allerdings auch auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 übertragen.
Die Sensorsignale ST, SD sind in 7 stark vereinfacht, schematisch und lediglich beispielhaft dargestellt. Es sei angenommen, dass zu einem fünften Zeitpunkt t5 die Temperatur im Gehäuseinnenraum 11 ansteigt, was durch das Temperatursignal ST des Temperatursensors 21 angezeigt wird. Entsprechend steigt auch der Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 und mithin der Differenzdruck PD an, was durch das Sensorsignal SD angezeigt wird.
Zu einem sechsten Zeitpunkt t6 verlässt das den Differenzdruck PD angebende Sensorsignal SD das zweite Toleranzband D2. Diese Erhöhung des Differenzdruckes PD ist auf die Temperaturänderung zum fünften Zeitpunkt t5 zurückzuführen. Bleibt der Differenzdruck PD bzw. das den Differenzdruck angebende Sensorsignal SD zumindest während der zweiten Zeitspanne T2 ab dem sechsten Zeitpunkt t6 außerhalb des zweiten Toleranzbandes D2, wird daraus geschlossen, dass eine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 vorliegt. Nach Ablauf der zweiten Zeitspanne T2 ab dem sechsten Zeitpunkt t6 kann daher durch die Überwachungseinrichtung 16 das Bestätigungssignal B erzeugt werden.
Tritt eine Temperaturänderung im Gehäuseinnenraum 11 auf, die zumindest einem Änderungsschwellenwert entspricht und/oder einen Temperaturgradienten aufweist, der größer ist als ein Mindesttemperaturgradient, kann daraus geschlossen werden, dass sich der Innendruck PI gegenüber dem Umgebungsdruck ändern muss. Würde in diesem Fall, anders als in 6 beispielhaft veranschaulicht, das den Differenzdruck PD angebende Sensorsignal SD das zweite Toleranzband D2 nach dem fünften Zeitpunkt t5 nicht verlassen, kann daraus geschlossen werden, dass der Gehäuseinnenraum 11 gegenüber der Umgebung 12 nicht ausreichend dicht ist. Dann kann ein entsprechendes Ausgangssignal A erzeugt werden.
Somit dient die Messung der Temperatur im Gehäuseinnenraum 11 dazu, ein Ereignis zu erkennen, das zu einer Änderung des Innendrucks PI im Gehäuseinnenraum 11 führen müsste. Entsprechend muss sich der Innendruck PI bzw. der Differenzdruck PD zumindest für eine bestimmte Zeitdauer ändern, bevor sich der Innendruck PI und der Umgebungsdruck PU durch Gasaustausch wieder angleichen. Die Temperaturmessung durch den Temperatursensor 21 kann daher dazu verwendet werden, ein auslösendes Ereignis für eine Änderung des Innendrucks PI im Gehäuseinnenraum 11 festzustellen und nach der Auswertung und des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals oder SD ein Ausgangssignal A bzw. ein Bestätigungssignal B zu erzeugen.
Eine weitere alternative Ausführung des Gehäuses 10 ist in 3 veranschaulicht. Gegenüber den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist dort zusätzlich eine Druckbeeinflussungseinheit 22 vorhanden, die über eine Fluidleitung 23 mit dem Gehäuseinnenraum 11 verbunden ist. Über die Fluidleitung 23 kann durch die Druckbeeinflussungseinheit 22 ein Gas, beispielsweise Luft, in den Gehäuseinnenraum 11 gefördert oder aus dem Gehäuseinnenraum 11 entnommen werden. Dadurch kann der Innendruck PI im Gehäuseinnenraum 11 entsprechend erhöht oder verringert werden. Um ein zusätzliches Gasvolumen in den Gehäuseinnenraum 11 einzubringen oder aus dem Gehäuseinnenraum 11 zu entnehmen, kann die Druckbeeinflussungseinheit 22 beispielsweise eine Pumpe aufweisen. Anstelle der Pumpe kann zur Erhöhung des Innendrucks PI auch eine andere Druckquelle, beispielsweise ein Druckgasspeicher vorhanden sein.
Die Druckbeeinflussungseinheit 22 wird beispielsgemäß durch die Überwachungseinrichtung 16 angesteuert. Die Überwachungseinrichtung 16 kann somit gezielt eine Druckänderung des Innendrucks PI veranlassen und dann durch das Sensorsignal SI bzw. SD des Drucksensors 15 den zeitlichen Verlauf des Innendrucks PI bzw. des Differenzdruckes PD bewerten. Diese Funktionsweise wird beispielhaft anhand von 8 erläutert.
Es sei angenommen, dass die Überwachungseinrichtung 16 zu einem siebten Zeitpunkt t7 eine Druckänderung des Innendrucks PI über die Druckbeeinflussungseinrichtung 22 veranlasst. Beim Ausführungsbeispiel wird der Innendruck PI durch Zuführen eines zusätzlichen Gasvolumens in den Gehäuseinnenraum 11 ab dem siebten Zeitpunkt t7 erhöht, so dass der Differenzdruck PD ansteigt, was durch das Sensorsignal SD angezeigt wird. Zu einem achten Zeitpunkt t8 wird die Druckbeeinflussung des Innendrucks PI durch die Druckbeeinflussungseinheit 22 gestoppt. Die Druckänderung ist vorzugsweise derart, dass sich das Sensorsignal SD außerhalb des zweiten Toleranzbandes D2 befindet. Ab dem achten Zeitpunkt t8 wird der zeitliche Verlauf des Sensorsignals SD und mithin des Differenzdruckes PD durch die Überwachungseinrichtung 16 ausgewertet. Dies kann wie bei den anderen Ausführungsbeispielen oben beschrieben, dadurch erfolgen, dass ausgewertet wird, ob das den Differenzdruck PD charakterisierende Sensorsignal SD zumindest während einer zweiten Zeitspanne T2 ständig außerhalb des zweiten Toleranzbandes D2 bleibt.
Zusätzlich oder alternativ zu den beschriebenen Möglichkeiten der Auswertung des Sensorsignals SI, SD, kann auch der Gradient des Sensorsignals SI, SD, also die zeitliche Änderung des Sensorsignals, ermittelt und ausgewertet werden, um festzustellen, ob eine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses vorliegt.
Anhand von 8 ist eine weitere alternative Bewertungsmöglichkeit zur Bewertung des zeitlichen Verlaufs des den Differenzdruck PD beschreibenden Sensorsignals SD veranschaulicht. Das den Differenzdruck PD beschreibende Sensorsignal SD wird beispielsgemäß dahingehend bewertet, ob die durch ein Ereignis bewirkte Änderung des Differenzdruckes PD sich innerhalb einer vorgegebenen dritten Zeitspanne T3 um zumindest 50% abgebaut hat oder nicht. Baut sich die durch das Ereignis, beispielsweise durch die Druckbeeinflussungseinheit 22, bewirkte Druckänderung ab dem achten Zeitpunkt t8 langsamer ab, so dass innerhalb der vorgegebenen dritten Zeitspanne T3 die Druckänderung um weniger als 50% zurückgegangen ist, so wird daraus auf einer ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses 10 geschlossen und nach Ablauf der dritten Zeitspanne T3 kann die Überwachungseinrichtung 16 ein entsprechendes Betätigungssignal B erzeugen. Andernfalls, wenn die Druckänderung innerhalb der vorgegebenen dritten Zeitspanne T3 um zumindest 50% oder mehr zurückgeht, wird daraus geschlossen, dass der Gehäuseinnenraum 11 gegenüber der Umgebung 12 nicht ausreichend dicht ist und durch die Überwachungseinrichtung 16 wird ein Ausgangssignal A erzeugt, dass die unzureichende Dichtigkeit anzeigt.
Diese Bewertung, wie sie anhand von 7 beispielhaft erläutert wurde, kann auch bei den anderen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden. Diese Auswertung eignet sich insbesondere dann, wenn der Differenzdruck PD zwischen dem Innendruck PI und dem Umgebungsdruck PU ermittelt wird. Denn der Differenzdruck PD tendiert stets dazu, sich auf null zu reduzieren, da der Gehäuseinnenraum 11 nicht hermetisch dicht ist gegenüber der Umgebung 12.
Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse 10 mit einer Überwachungseinrichtung 16 sowie ein Verfahren zur Überwachung eines explosionsgeschützten Gehäuses. Über einen Drucksensor 15 bzw. 15a wird der Innendruck PI in einem Gehäuseinnenraum 11 des Gehäuses 10 bzw. ein Differenzdruck PD zwischen dem Innendruck PI und einem Umgebungsdruck PU in der Umgebung 12 außerhalb des Gehäuses 10 ermittelt. Ein entsprechendes Sensorsignal SI, SD wird an eine Überwachungseinrichtung 16 übermittelt. Die Überwachungseinrichtung 16 wertet den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals PI, PD aus. Optional kann der Überwachungseinrichtung 16 auch ein Temperatursignal ST eines Temperatursensors 21 übermittelt werden. Aus den Sensorsignalen SI, SD, ST kann die Überwachungseinrichtung 16 durch eine Auswertung feststellen, ob eine ausreichende Dichtigkeit des Gehäuseinnenraums 11 gegenüber der Umgebung 12 vorliegt, insbesondere dahingehend, ob die Dichtigkeit den Voraussetzungen der Zündschutzart „Schwadensicherheit” entspricht. Die Auswertung erfolgt während des Betriebs der elektrischen und/oder elektronischen Betriebsmittel 13 im Gehäuse 10, so dass separate zusätzliche Wartungen zur Prüfung der ausreichenden Dichtigkeit des Gehäuses 10 entfallen können.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
11: Gehäuseinnenraum
12: Umgebung
13: Betriebsmittel
14: Versorgungsleitung
15: Drucksensor
15a: Differenzdrucksensor
16: Überwachungseinrichtung
17: Zentraleinheit
18: Trenneinrichtung
21: Temperatursensor
22: Druckbeeinflussungseinheit
23: Fluidleitung
A: Ausgangssignal
B: Bestätigungssignal
D1: erstes Toleranzband
D2: zweites Toleranzband
G1: erster Schwellenwert
G2: zweiter Schwellenwert
G3: dritter Schwellenwert
G4: vierter Schwellenwert
PI: Innendruck
PU: Umgebungsdruck
PD: Differenzdruck
SI: Sensorsignal, das den Innendruck PI angibt
SD: Sensorsignal, das den Differenzdruck PD angibt
ST: Temperatursignal
T1: erste Zeitspanne
T2: zweite Zeitspanne
T3: dritte Zeitspanne
TU: Überwachungszeitraum
t1: erster Zeitpunkt
t2: zweiter Zeitpunkt
t3: dritter Zeitpunkt
t4: vierter Zeitpunkt
t5: fünfter Zeitpunkt
t6: sechster Zeitpunkt
t7: siebter Zeitpunkt
t8: achter Zeitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005009625 U1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 60079-0 [0003]
EN 13463-1 [0003]

Claims

Explosionsgeschütztes Gehäuse (10), dessen Gehäuseinnenraum (11) nicht hermetisch gegenüber einer Umgebung (12) außerhalb des Gehäuses (10) abgedichtet ist, mit einem Drucksensor (15) zur Messung des Innendrucks (PI) in einem Gehäuseinnenraum (11) des Gehäuses (10), wobei der Drucksensor (15) ein Sensorsignal (SI) an eine Überwachungseinrichtung (16) übermittelt, wobei die Überwachungseinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals (SI) auszuwerten, um eine für eine zu erfüllende Zündschutzart ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses (10) zu überwachen.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, ein die ausreichende Dichtigkeit bestätigendes Bestätigungssignal (B) zu erzeugen, wenn der Sensorsignal (SI) während einer vorgegebenen Zeitspanne (T1) ständig außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes (D1) liegt.
Explosionsgeschütztes Gehäuse (10), dessen Gehäuseinnenraum (11) nicht hermetisch gegenüber einer Umgebung (12) außerhalb des Gehäuses (10) abgedichtet ist, mit einem Drucksensor (15, 15a) zur Ermittlung des Differenzdrucks (PD) zwischen dem Gehäuseinnenraum (11) des Gehäuses (10) und der Umgebung (12), wobei der Drucksensor (15, 15a) ein den Differenzdruck (PD) beschreibendes Sensorsignal (SD) an eine Überwachungseinrichtung (16) übermittelt, wobei die Überwachungseinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals (SD) auszuwerten, um eine für eine zu erfüllende Zündschutzart ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses (10) zu überwachen.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, ein die ausreichende Dichtigkeit bestätigendes Bestätigungssignal (B) zu erzeugen, wenn der Differenzdrucksignal (PD) während einer vorgegebenen Zeitspanne (T2) ständig außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes (D2) liegt.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, ein die ausreichende Dichtigkeit bestätigendes Bestätigungssignal (B) zu erzeugen, wenn das Sensorsignal (SD) außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes (D2) liegt und die Änderung des Differenzdrucks (PD) zwischen dem Innendruck (PI) und dem Umgebungsdruck (PD) während einer vorgegebenen Zeitspanne (T3) weniger als 50% beträgt.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, ein die unzureichende Dichtigkeit des Gehäuses (10) anzeigendes Ausgangssignal (A) zu erzeugen, wenn innerhalb eines vorgegebenen Überwachungszeitraumes (TU) kein die ausreichende Dichtigkeit bestätigendes Bestätigungssignal (B) erzeugt wurde.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (21) vorhanden ist, der ein Temperatursignal (ST) an die Überwachungseinrichtung (16) übermittelt.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (21) im Gehäuseinnenraum (11) angeordnet ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, ein die ausreichende Dichtigkeit bestätigendes Bestätigungssignal (B) zu erzeugen, wenn das Temperatursignal (ST) eine vorgegebene Mindesttemperaturänderung anzeigt und sich daraufhin das Sensorsignal (PD) ändert und während einer vorgegebenen Zeitspanne (T2) ständig außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes (D2) liegt.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warneinrichtung (17) und/oder eine Trenneinrichtung (18) vorhanden ist, die durch das Ausgangssignal (A) aktiviert wird.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (18) die Versorgung der im Gehäuseinnenraum (11) angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Betriebsmittel (13) mit elektrischer Energie unterbricht, wenn die Trenneinrichtung (18) durch das Ausgangssignal (A) aktiviert wird.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckbeeinflussungseinheit (22) zur Druckerhöhung und/oder Drucksenkung des Drucks im Gehäuseinnenraum (11) vorhanden ist.
Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeeinflussungseinheit (22) durch die Überwachungseinrichtung (16) angesteuert wird, um den Druck im Gehäuseinnenraum (11) gegenüber der Umgebung (12) zu verändern.
Verfahren zur Überwachung einer ausreichenden Dichtigkeit für ein explosionsgeschütztes Gehäuse (10), dessen Gehäuseinnenraum (11) nicht hermetisch gegenüber einer Umgebung (12) außerhalb des Gehäuses (10) abgedichtet ist, mit einem Drucksensor (15) zur Messung des Innendrucks (PI) in einem Gehäuseinnenraum (11) des Gehäuses (10), wobei der Drucksensor (15) ein Sensorsignal (SI) an eine Überwachungseinrichtung (16) übermittelt, wobei die Überwachungseinrichtung (16) den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals (SI) auswertet, um die für eine zu erfüllende Zündschutzart ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses (10) zu überwachen.
Verfahren zur Überwachung einer ausreichenden Dichtigkeit für ein explosionsgeschütztes Gehäuse (10), dessen Gehäuseinnenraum (11) nicht hermetisch gegenüber einer Umgebung (12) außerhalb des Gehäuses (10) abgedichtet ist, mit einem Drucksensor (15, 15a) zur Ermittlung des Differenzdrucks (PD) zwischen einem Gehäuseinnenraum (11) des Gehäuses (10) und der Umgebung, wobei der Drucksensor (15, 15a) ein den Differenzdruck (PD) beschreibendes Sensorsignal (SD) an eine Überwachungseinrichtung (16) übermittelt, wobei die Überwachungseinrichtung (16) den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals (SD) auswertet, um die für eine zu erfüllende Zündschutzart ausreichende Dichtigkeit des Gehäuses (10) zu überwachen.