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Die Erfindung betrifft eine Geräte-Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich.
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In sog. explosionsgefährdeten Bereichen, beispielsweise auf Bohrinseln, können die an äußeren elektronischen Schnittstellen eines elektronischen Geräts anliegenden elektrischen Energien ein im explosionsgefährdeten Bereich vorhandenes Gas-Luftgemisch zünden und somit zur Explosion bringen. Dies gilt in besonderem Maße für hochreaktive Gasgemische wie etwa Gemische aus Wasserstoff und Sauerstoff, für welche besagte elektrische Energie als Aktivierungsenergie zur Verfügung steht, um eine exotherme Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser zu initiieren. Ähnliches gilt für Gasgemische aus Azetylen-Sauerstoff.
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Vor diesem Hintergrund ist aus dem Stand der Technik die Bereitstellung von druckfesten Gehäusen bekannt, in welchen das im explosionsgefährdeten Bereich zu verwendende elektronische Gerät aufgenommen werden kann. Bekannt ist ferner die Verwendung von zusätzlichen Dämpfungselementen in besagten druckdichten Gehäusen, um den sich bei der Zündung des Gasgemisches entwickelnden und auf das Gehäuse wirkenden Explosionsdruck zu mindern. Dies gestattet es, das druckfeste Gehäuse mit dünneren und somit leichtgewichtigeren Gehäusewandungen zu versehen, was die Benutzerfreundlichkeit eines solchen Gehäuses in nicht unerheblichem Maße erhöht.
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So offenbart die
DE 198 60 383 A1 ein elektronisches Gerät in Form eines Bildschirms für ein EDV-System, der ein druckdichtes Gehäuse mit einer durchsichtigen Scheibe aufweist. In einem Innenraum des Gehäuses sind ein LCD-Display und ein Explosionsdruck-Dämpfungsmaterial vorgesehen.
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Ferner beschreibt die
DD 261 063 A3 eine Anordnung zum Reduzieren von Explosionsdrücken in geschlossenen Räumen. Die Anordnung umfasst ein Gehäuse, in welchem ein unbrennbares Material mit offenen durchgehende Poren oder Spalten weitestgehend frei zugänglich angeordnet ist. Ein solches Gehäuse eignet sich grundsätzlich auch zur Aufnahme eines elektronischen Geräts.
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Als problematisch bei solchen, herkömmlichen Gehäusen mit Vorrichtungen zur Druckverringerung im Explosionsfall erweist sich, dass mit ihnen nur eine begrenzte Druckminderung erzielt werden kann, so dass das Gehäuse nach wie vor dafür ausgelegt werden muss, dem geminderten, gleichwohl immer noch erhebliche Explosionsdruck standzuhalten. Dies ist in der Regel nur durch eine ausreichende Dimensionierung der Wandstärke der Gehäusewände möglich, was jedoch stets mit einem unvorteilhaft hohen Eigengewicht verbunden ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform einer Gehäuse-Anordnung mit einem elektronischen Gerät in einem explosionsgefährdeten Bereich zu schaffen.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein elektronisches Gerät, insbesondere einen Tablet-Computer, in ein druckfestes Gehäuse einzubauen und zusätzlich im Geräte-Gehäuse des elektronischen Geräts eine wenigstens ein Dämpfungselement umfassende Druckreduktionsvorrichtung vorzusehen.
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Kommt es im Geräte-Gehäuse des elektronischen Geräts zu einer Explosion, etwa weil das elektronisches Gerät fehlerbedingt zu stark erhitzt wird und ein aus der Umgebung in das Innere des elektronischen Geräts eingedrungenes, explosives Gas-Luftgemisch zündet, so lässt sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Dämpfungselements der bei der Explosion entstehende und letztlich sowohl auf das Geräte-Gehäuse als auch das Gehäuse der Geräte-Anordnung wirkende Explosionsdruck deutlich reduzieren.
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Das starke Dämpfungseigenschaften aufweisende Dämpfungselement bewirkt im Explosionsfall eine erhebliche Reduktion der Geschwindigkeit der Gas-Atome bzw. Gas-Moleküle, so dass der bei der Explosion auftretende Explosionsdruck erheblich reduziert wird. Eine solche Druckminderung durch das Dämpfungselement erfolgt dabei unabhängig von der Zusammensetzung des explodierten Gasgemisches, kann also etwa sowohl für explosive Azetylen-Sauerstoff-Gemische als auch für explosive Wasserstoff-Sauerstoff-Gemische erzielt werden.
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Erfindungswesentlich ist dabei eine das Dämpfungselement wenigstens teilweise umhüllende Stabilisierungsvorrichtung, welche eine Zerstörung des per se „weichen” Materials des Dämpfungselements – typischerweise Glas- oder Keramikwolle o. ä. – aufgrund der Expansion des gezündeten Gases verhindert, indem es die erforderliche strukturelle Festigkeit des Dämpfungselements gewährleistet.
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Wird das Geräte-Gehäuse im Explosionsfall trotz des mit Hilfe der Druckreduktionsvorrichtung geminderten Gasdrucks vom expandierenden Gas beschädigt oder gar zerstört, so vermag in jedem Falle das äußere Gehäuse der Geräte-Anordnung noch verbleibenden Gasdruck des gezündeten Gases standzuhalten.
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Eine weitere erfindungswesentliche Komponente der Druckreduktionsvorrichtung ist wenigstens ein im Dämpfungselement angeordnetes Katalysator-Element, welches wenigstens einen Basiskörper aus einem porösen Material aufweist, der wiederum mit einer Beschichtung aus einem Katalysator-Material beschichtet ist. Das Katalysator-Material bewirkt dabei eine katalytische Rekombination von in das Geräte-Gehäuse eingedrungenem Wasserstoff-Gas zu Wasser, wobei bei dieser exothermen Reaktion Reaktionswärme freigesetzt wird. Im Idealfall wird verhindert, dass das Wasserstoff-Gas die eine Explosion auslösende Konzentration von Wasserstoff und Sauerstoff erreicht. Für den Fall, dass die Leistungsfähigkeit des Katalysator-Elements nicht ausreicht, ein Erreichen besagter zündfähiger Konzentration zu verhindern, so vermag das zusätzliche Dämpfungselement eine Druckreduktion bei der Explosion zu bewirken.
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Die hier vorgestellte, erfindungsgemäße Geräte-Anordnung eignet sich daher in besonderem Maße zur Verwendung eines im Gehäuse der Geräte-Anordnung angebrachten elektronischen Geräts in einem explosionsgefährdeten Bereich.
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Mit Hilfe des Dämpfungselements lässt sich eine besonders starke Druckminderung des explodierten Gases erzielen, wenn als Material für das Dämpfungselement offenporige Metallschäume verwendet werden. Ein nochmals verbesserter Dämpfungseffekt wird erreicht, wenn offenporige Glas- oder Keramikwolle zum Einsatz kommt.
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Eine besonders effektive Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff kann indes erzielt werden, wenn als poröses Material für den Basiskörper eine Keramik, insbesondere eine Palladium-Keramik wie beispielsweise 0,5% PdAl2O3 verwendet wird. Die Intensität des Rekombinationsprozesses wird erhöht, wenn als Katalysator-Material für die Beschichtung Platin, Palladium oder Rhodium verwendet wird. In Varianten können auch andere geeignete Stoffe, insbesondere Edelmetalle, in Betracht kommen.
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Als vorteilhaft für einen möglichst ausgeprägten Rekombinationsprozess erweist sich darüber hinaus, das wenigstens eine Katalysator-Element mit einer im Wesentlichen kugelartigen Geometrie auszubilden, da auf diese Weise die für die Katalyse zur Verfügung stehende Reaktionsoberfläche am Katalysator-Element maximiert wird.
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Besonders zweckmäßig kann ein solches, kugelförmiges Katalysator-Element etwa einen Kugeldurchmesser von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise von ungefähr 3,5 mm aufweisen. Eine derartige Größenwahl gestattet die Anordnung einer Vielzahl solcher Katalysator-Kugeln im Dämpfungselement.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann nicht nur ein einziges Katalysator-Element im Dämpfungselement vorgesehen werden, sondern wenigstens zwei solche Katalysator-Elemente. Besonders bevorzugt kann eine Mehrzahl solcher Elemente, beispielsweise 10 bis 15, in jedem Dämpfungselement platziert werden.
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Eine besonders gute mechanische Stabilisierung des Dämpfungselements im Explosionsfall wird erzielt, wenn die Stabilisierungsvorrichtung eine gitterartige Struktur, insbesondere in der Art eines Drahtgitters, aufweist, an welcher sich das Dämpfungselement mit seiner Außenseite abstützen kann. Auf diese Weise lässt sich einerseits verhindern, dass das Material des Dämpfungselements im Zuge der explosionsartigen Expansion des gezündeten Gases dem Explosionsdruck nur unzureichend standzuhalten vermag und somit degradiert oder gar vollständig zersetzt wird; denn die gitterartige Struktur bewirkt eine erhebliche Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Dämpfungselements. Andererseits stellt die gitterartige Ausbildung der Stabilisierungsrichtung auch die zur Druckminderung erforderliche Expansion des explodierenden Gases durch die von der gitterartigen Struktur gebildeten Durchgangsöffnungen hindurch sicher.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, die Stabilisierungsvorrichtung derart auszubilden, dass sie das Dämpfungselement käfigartig umgibt. Auf diese Weise lässt sich die strukturelle Festigkeit des hinsichtlich seiner Festigkeit ”weich” ausgebildeten Dämpfungselements im Explosionsfall gegenüber herkömmlichen Dämpfungselementen in erheblichem Maße verbessern.
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Kostenvorteile bei der Herstellung ergeben sich, wenn die Gitterstruktur aus einem Metall, vorzugsweise aus einem Stahl, höchst vorzugsweise aus einem Edelstahl, hergestellt wird. Da Metalle typischerweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, entsteht bei der Verwendung eines Metalls als Material der vorteilhafte Nebeneffekt, dass die Gitterstruktur dem im Explosionsfall durch die Gitterstruktur hindurchtretenden Gasgemisch Wärme entziehen kann. Dadurch kann dessen Gasdruck weiter verringert werden. Ein zusätzlicher Rekombinationsprozess lässt sich in Gang setzen, wenn auch die Gitterstruktur der Stabilisierungsvorrichtung mit einer Beschichtung aus dem Katalysator-Material versehen wird. Vorzugsweise kommen auch hier Edelmetalle wie Platin, Rhodium oder Palladium in Betracht.
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In einem zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich geeigneten Gehäuse ist typischerweise wenigstens ein Durchgangsspalt – dem einschlägigen Fachmann als sog. ”Ex-Spalt” geläufig – vorgesehen, welcher den Gehäuseinnenraum fluidisch mit der Umgebung der Geräte-Anordnung verbindet. Vorzugsweise können auch mehrere solche Durchgangsspalte, besonders bevorzugt vier solche Durchgangsspalte, vorgesehen sein. Besagte Durchgangsspalte dienen dazu, im Innern des Gehäuses entstehende heiße Gase beim Durchtritt durch den Durchgangsspalt hindurch in die Umgebung des Gehäuses abzukühlen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich daher, auch die den Durchgangsspalt ausbildenden Gehäusewände des Gehäuses mit einer Beschichtung aus dem Katalysator-Material, also vorzugsweise Platin, Palladium oder Rhodium zu versehen, so dass in der Umgebung des Gehäuses vorhandenes Wasserstoff-Gas bereits beim Eintritt in das Gehäuse wenigstens teilweise zu Wasser rekombiniert wird.
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Um das hier vorgeschlagene Gehäuse in explosionsgefährdeten Bereichen als Behältnis für ein elektronisches Gerät verwenden zu können, wird vorgeschlagen, das Gehäuse der Geräte-Anordnung druckfest auszubilden. Dies mag etwa geschehen, indem das Gehäuse wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Metall hergestellt wird.
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Die druckmindernden Eigenschaften der hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Geräte-Anordnung lassen sich verbessern, wenn an geeigneten Stellen, beispielsweise in im Geräte-Gehäuse vorhandenen Leeräumen, im Geräte-Gehäuse weitere Dämpfungselemente, selbstverständlich mit jeweiligen Stabilisierungsvorrichtungen, platziert werden.
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Die hier vorgeschlagene Geräte-Anordnung bietet sich zur Aufnahme und Verwendung eines Tablet-Computers in einem explosionsgefährdeten Bereich an. Mit anderen Worten, in einem solchen Szenario ist das elektronische Gerät der erfindungsgemäßen Geräte-Anordnung ein mit einem berührungsempfindlichen Display ausgestatteter Tablet-Computer. In einem für einen solches ”Tablet” eingerichteten Gehäuse kann ein geeignet dimensioniertes und positioniertes Sichtfenster für das Display vorgesehen sein, welches mit einer in das Sichtfenster eingesetzten Fensterscheibe aus einem durchsichtigen Material, vorzugsweise aus Glas, höchst vorzugsweise aus gehärtetem Glas, verschlossen wird. Auch eine Kombination aus einem Glas und einer durchsichtigen Keramik ist denkbar.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Geräte-Anordnung in einem Querschnitt,
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2 ein Dämpfungselement der Geräte-Anordnung in separater Darstellung.
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1 illustriert schematisch und in einem Längsschnitt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Geräte-Anordnung 1. Die Anordnung 1 umfasst ein druckfest ausgelegtes Gehäuse 10, welches einen Gehäuseinnenraum 11 umgibt. Im Gehäuse 10 sind vier Durchgangsspalte 17 vorgesehen, die das Gehäuse 10 fluidisch mit der Umgebung U der Geräte-Anordnung 1 verbinden. Im Längsschnitt der 1 sind nur zwei der vier Spalte 17 gezeigt; in Varianten des Beispiels ist selbstverständlich auch eine andere Anzahl solcher Spalte 17 möglich.
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Im Gehäuseinnenraum 11 ist ein elektronisches Gerät 2 angeordnet, welches ein Geräte-Gehäuse 3 besitzt. Beim elektronischen Gerät 1 kann es sich um einen Tablet-Computer 4 mit einem berührungsempfindlichen Display 5 handeln.
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Wie 1 erkennen lässt, sind im Geräte-Gehäuse 3 weitere Komponenten des Tablet-Computers 4 wie z. B. ein Mikroprozessor, Arbeitsspeicher usw. vorgesehen, die teilweise auf geeigneten Trägerelementen wie beispielsweise einer Platine angebracht sein können. Alle diese Komponenten sind in 1 unter dem mit dem Bezugszeichen 6 bezeichneten und nur grobschematisch wiedergegebenen Bauteil zusammengefasst. Im Gehäuse 10 ist ferner ein Sichtfenster 12 angeordnet, welches von einer Fensterscheibe 13 aus einem durchsichtigen Material, beispielsweise aus gehärtetem Glas, verschlossen wird. Der Tablet-Computer 4 ist dabei derart im Gehäuse 10 angeordnet, dass das Sichtfenster 12 im Wesentlichen mit dem Display 5 des Tablet-Computers 4 fluchtet. Dies gestattet einem Benutzer die Bedienung des berührungsempfindlichen Displays 5 auch dann, wenn das Gerät 1 im Gehäuseinnenraum 11 des Gehäuses 10 montiert ist.
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Die Befestigung des elektronischen Geräts 2 im Gehäuse 10 kann mit Hilfe geeigneter Befestigungselemente, etwa in Form von Rastelementen (nicht gezeigt), erfolgen. Alternativ dazu ist es aber auch vorstellbar, das elektronische Gerät 1, beispielsweise im Bereich dessen Displays 5, mit der Fensterscheibe 13 oder auch einer das Sichtfenster 12 einfassenden Gehäusewand 10a des Gehäuses 10 zu verkleben. Auch eine Fixierung mittels einer dem Fachmann bekannten Klemmverbindung ist vorstellbar.
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Im Geräte-Gehäuse 4 ist eine erfindungswesentliche Druckreduktionsvorrichtung 7 vorgesehen, welche im Falle einer Zündung eines durch das Gehäuse 10 in das Innere des elektronischen Geräts 1 eingedrungenen Gasgemisches den im Zuge der Explosion auftretenden Gasdruck reduziert. Hierzu umfasst die Druckreduktionsvorrichtung 7 wenigstens ein Dämpfungselement 8, welches wiederum wenigstens teilweise von einer Stabilisierungseinrichtung 9 umhüllt wird. Als Material für das Dämpfungselement 8 dient eine offenporige Glas- oder Keramikwolle. In Betracht kommen für das Dämpfungselement 8 generell offenporige Metallschäume. Das starke Dämpfungseigenschaften aufweisende Dämpfungselement 8 bewirkt im Explosionsfall eine deutliche Reduktion der Geschwindigkeit der Gas-Atome bzw. Gas-Moleküle, wenn diese die Wolle des Dämpfungselements 8 durchdringen. Dadurch wird der Druck des gezündeten Gases reduziert. Auf diese Weise wird aber auch erreicht, dass das Gehäuse 10 der Geräte-Anordnung 1 auch im Falle einer relativ dünnwandigen Dimensionierung seiner Gehäusewände dem verbleibenden, reduzierten Explosionsdruck standzuhalten vermag.
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Erfindungswesentlich ist nun ferner eine die Wolle des Dämpfungselements 8 umhüllende Stabilisierungsvorrichtung 9, welches eine Zerstörung der Wolle im Zuge der Explosion verhindert, indem sie die strukturelle Festigkeit der Wolle erhöht. Dies gilt selbstverständlich auch, wenn anstelle der Wolle ein anderes geeignetes Material gewählt wird.
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Ein weiterer erfindungswesentlicher Bestandteil der Geräte-Anordnung 1 ist – als Teil der Druckreduktionsvorrichtung 7 – eine Mehrzahl von Katalysator-Elementen 18, welche jeweils einen Basiskörper 19 aus einer porösen Keramik aufweisen. Jeder Basiskörper 19 besitzt wie in 1 gezeigt eine im Wesentlichen kugelförmige Geometrie mit einem Kugeldurchmesser von ungefähr 3,5 mm. Jeder Basiskörper 19 ist auf der seiner Kugeloberfläche mit einer Beschichtung 20 aus Platin versehen. Dem einschlägigen Fachmann ist geläufig, dass auch andere Werte für den Kugeldurchmesser des Basiskörpers 19, beispielsweise im Bereich zwischen 3 mm und 8 mm, möglich sind, und unabhängig davon auch eine von einer Kugelgestalt abweichende geometrische Formgebung der Basiskörper 19 möglich ist. Als Katalysator-Material für die Beschichtung 20 kommen auch andere Edelmetalle mit hoher katalytischer Aktivität wie beispielsweise Palladium oder Rhodium in Frage.
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In jedem Fall bewirkt das Katalysator-Material der Katalysator-Elemente 18 eine wenigstens teilweise Rekombination von in das Geräte-Gehäuse 4 eingedrungenem Wasserstoff-Gas zu Wasser. Bei dieser exothermen Reaktion wird Reaktionswärme freigesetzt. Im Extremfall wird somit verhindert, dass das Wasserstoff-Gas eine eine Explosion auslösende Konzentration von Wasserstoff und Sauerstoff erreicht. Für den Fall, dass die Leistungsfähigkeit der Katalysator-Elemente 18 nicht ausreicht, ein Erreichen einer zündfähigen Konzentration zu verhindern, wird zumindest der bei der Explosion des Wasserstoff-Gases auftretende Explosionsdruck maßgeblich reduziert.
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Wie 1 erkennen lässt, wird die Stabilisierungsvorrichtung 9 im Beispielszenario der 1 aus einem das Dämpfungselement 8 umhüllenden Drahtgitter 14 gebildet, d. h. die Stabilisierungsvorrichtung 9 besitzt eine gitterartige Struktur. Als Material für das Drahtgitter eignet sich ein Metall, insbesondere ein Stahl oder ein Edelstahl. Besagtes Drahtgitter 14 bewirkt eine erhebliche mechanische Stabilisierung des ”weichen” Materials des Dämpfungselements 8. Mittels des Drahtgitters 14 wird also einerseits verhindert, dass das Material des Dämpfungselements 8 im Zuge der explosionsartigen Expansion des gezündeten Gases dem sich entwickelnden Explosionsdruck nur unzureichend oder gar nicht standzuhalten vermag. Andererseits erlauben die im Drahtgitter 14 gebildeten Durchgangsöffnungen 15 die zur Druckminderung erforderliche Expansion des explodierenden Gases durch das Drahtgitter 14 hindurch.
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Ein zusätzlicher Rekombinationsvorgang – in Ergänzung zu den im Dämpfungselement 8 vorgesehenen Katalysator-Elementen 18 – lässt sich in Gang setzen, indem auch die Gitterstruktur der Stabilisierungsvorrichtung 9 mit einer Beschichtung aus dem Katalysator-Material, also beispielsweise Platin, Palladium oder Rhodium, versehen wird.
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Eine besonders gute Druckminderung mit Hilfe des Dämpfungselements 8 kann indes erreicht werden, wenn das Dämpfungselement 8 vollständig von der Stabilisierungseinrichtung 9 – im Falle des Beispielszenarios also vom Drahtgitter 14 – umhüllt wird. Dies ist in der Darstellung der 2 gezeigt, welche das Dämpfungselement 12 in separater Darstellung und in einer Draufsicht entlang einer in 1 eingezeichneten Blickrichtung B zeigt. Man erkennt, dass das Dämpfungselement 8 aus der offenporigen Glas- oder Keramikwolle mit seinen Außenseiten 16 am Drahtgitter 14 anliegt. Mit anderen Worten, die in 2 gezeigte die Stabilisierungsvorrichtung 9 umgibt das Dämpfungselement 8 käfigartig.
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In nicht gezeigten Varianten des Beispiels lassen sich die druckmindernden Eigenschaften der Druckreduktionsvorrichtung 7 weiter verbessern, indem an weiteren geeigneten Stellen, beispielsweise an im Geräte-Gehäuse 3 vorhandenen Leerräumen, weitere Dämpfungselemente 8 mit jeweiligen Stabilisierungsvorrichtungen 9 angeordnet werden.
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Soll in der Umgebung U des Gehäuses 2 vorhandenes Wasserstoff-Gas bereits beim Eintritt in den Gehäuseinnenraum 11 zu Wasserdampf wenigstens teilweise rekombiniert werden, so können die die Durchgangsspalte 17 ausbildenden Gehäusewände 21 des Gehäuses 4 mit einem Edelmetall wie beispielsweise Platin, Palladium oder Rhodium oder mit einem anderen geeigneten Katalysator-Material beschichtet werden.
