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Explosionsgeschütztes Gehäuse mit wenigstens einem in einem Gehäuseinnenraum angeordneten Explosionsdruckwellenminderungselement.
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Derartige Gehäuse werden eingesetzt, um zu verhindern, dass eine Explosion, die auf Grund eines Zündfunkens oder von Wärmeentwicklung im Inneren des Gehäuses entsteht, nach außen gelangt und so den Umgebungsbereich gefährden kann. Hierzu ist es notwendig und in den entsprechenden Normen gefordert, an Schnittstellen des Gehäuses, an denen das Gehäuse geöffnet werden kann, Explosionsspalte auszuführen. Die Gestalt der Explosionsspalte, also die maximal zulässige Spaltbreite und minimal zulässige Spaltlänge, ist vom Volumen des Gehäuses abhängig und genau in den entsprechenden Normen definiert. Mit den Explosionsspalten wird verhindert, dass es aus dem Inneren des Gehäuses heraus zu einem Zünddurchschlag in die Umgebung kommen kann. Weiterhin ist es notwendig, das Gehäuse entsprechend einem möglichen Explosionsdruck auszulegen, um somit ein druckfestes Gehäuse vorliegen zu haben.
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Um den bei einer Explosion im Inneren des Gehäuses entstehenden maximalen Explosionsdruck zu verhindern, ist es bekannt, im Gehäuseinneren ein Explosionsdruckwellenminderungselement mit einer porösen Schwammstruktur anzuordnen. Die poröse Struktur bewirkt zum Einen eine Vergrößerung der Oberfläche und ist damit in der Lage, Energie aus dem Explosionsvorgang aufzunehmen, und zum Anderen nimmt Gas, welches sich in den Hohlräumen befindet, nicht am Explosionsvorgang teil.
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Durch die damit erreichte Dämpfung des Explosionsdrucks ist die Belastung auf das Gehäuse geringer, sodass es einfacher dimensioniert werden kann.
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Um eine verbesserte Explosionshemmung zu erzielen, ist es bekannt, im Gehäuseinneren ein Explosionsdruckwellenminderungselement mit einer Schwammstruktur anzuordnen. Die Hohlräume innerhalb der Schwammstruktur wirken dabei als Explosionsspalte. Die Schwammstruktur bietet viele verästelte Kanäle, die wie Explosionskanäle wirken. Auf die Ausbildung spezieller und langer Explosionskanäle am Gehäuse kann daher verzichtet werden. Durch die sehr wirkungsvolle Dämpfung verringert sich der Explosionsdruck wodurch das Gehäuse insgesamt kleiner und einfacher dimensioniert werden kann. Aufgrund der Temperatur- und Druckbelastung besteht das Explosionsdruckwellenminderungselement aus einem Metall mit Schwammstruktur. Die verwendeten Metall-Schwämme sind jedoch in der Herstellung sehr aufwändig und daher teuer. Darüber hinaus muss ein solches Metall-Element im Gehäuse aufwändig befestigt werden, damit es sich nicht löst und das im Gehäuse angeordnete Gerät beschädigt.
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Insbesondere muss dafür gesorgt werden, dass durch einen lockeren Metall-Schwamm keine Kurzschlüsse an elektrischen Leitern verursacht werden. Dazu ist es bekannt, den Metall-Schwamm mit einer isolierenden Schicht zu versehen, beispielsweise mit einem Lack. Dadurch wir die Herstellung zusätzlich verteuert.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein explosionsgeschütztes Gehäuse der vorgenannten Art zu schaffen, das wesentlich einfacher und kostengünstiger herstellbar ist und kompakter in den Abmessungen sein kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Demnach besteht das Explosionsdruckwellenminderungselement aus einem Schaumstein. Schaumstein kann als künstlich hergestellter Stein mit einer stark porösen Struktur charakterisiert werden. Ein Schaumstein wird in der Regel aus mehreren Ausgangsmaterialien hergestellt, wobei Eigenschaften wie Porenbeschaffenheit, Porengröße und anderes durch die Wahl der Materialien und des Aufschäumprozesses variierbar sind. Schaumstein ist in der Literatur auch als Geopolymer oder anorganisches Polymer bekannt.
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Da der Schaumstein im Wesentlichen aus flüssigen Ausgangsstoffen aufgeschäumt wird, ist die Herstellung von Explosionsdruckwellenminderungselementen in nahezu beliebiger Form und Größe sehr einfach möglich. Eine Aufwändige Nachbearbeitung und Formgebung entfällt daher.
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Zudem besitzt der Schaumstein im Vergleich zu den meisten Metallen eine höhere Schmelztemperatur, so dass ein daraus geformtes Explosionsdruckwellenminderungselement selbst bei hohen Explosionstemperaturen formstabil und intakt bleibt.
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In einer Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Explosionsdruckwellenminderungselement im Wesentlichen aus porösem Siliziumdioxid besteht. Ein Schaumstein aus Siliziumdioxid ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar, da die benötigten Rohstoffe und Ausgangsmaterialien einfach und günstig verfügbar sind.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2014 002 594 A1 ist ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines solchen Schaumsteins bekannt. Der Prozess läuft entweder exotherm oder temperaturgeführt endotherm ab. Das Aufschäumen des Schaumsteins erfolgt selbsttätig während der Reaktion. Ein mechanisches oder anderweitiges Aufschäumen ist daher nicht notwendig. Die Prozesstemperaturen liegen dabei in der Regel unter 200°C, weshalb die Anwendung unkritisch ist. Als Nebenprodukt der Reaktion fällt nur Sauerstoff ab, so dass keine besonderen Sicherheitsvorkehrungen vorhanden sein müssen. Der Aufschäumprozess kann in einer nahezu beliebigen Form stattfinden, die mehrfach wiederverwendbar ist. Aufgrund der niedrigen Temperaturen kann die Form auch aus Kunststoff, Silikon oder Metall bestehen. Durch eine einstellbare Schwindung von bis zu 5% kann der Schaumstein einfach entformt werden. Dies kann durch die Verwendung von Silikonöl zusätzlich erleichtert werden. Der so erzeugte Schaumstein ist sehr hart und kann mit allen gängigen Fertigungsverfahren bearbeitet werden.
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Durch geeignete Zusatzstoffe kann auch die Farbe des Schaumsteins oder andere Eigenschaften eingestellt werden, wie beispielsweise aus der
DE 10 2014 216 500 A1 bekannt.
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Darüber hinaus besitzt ein Schaumstein eine sehr hohe mechanische Festigkeit und eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit von mehr als 1200°C. Der Schaumstein ist daher sehr gut geeignet um die mechanische und thermische Belastung einer Explosion zu überstehen.
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Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn der Schaumstein offenporig ausgebildet ist, da dadurch die Länge der durch die Poren gebildeten Explosionskanäle maximal ist.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Explosionsdruckwellenminderungselement als vorgeformtes Schaumsteinelement ausgebildet. Das Explosionsdruckwellenminderungselement kann in nahezu jeder Form und Größe hergestellt werden und innerhalb des Gehäuseinnenraums beliebig angeordnet sein. Es kann beispielsweise einen eventuell vorhandenen Hohlraum ausfüllen. Es können auch mehrere Explosionsdruckwellenminderungselemente vorhanden sein, die an verschiedenen Positionen im Gehäuseinnenraum angeordnet sind, um so Explosionsdruckwellen in verschiedenen Richtungen zu dämpfen.
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Dabei ist es auch möglich, dass das Explosionsdruckwellenminderungselement formschlüssig in einer passenden Ausnehmung am Gehäuse angeordnet ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Explosionsdruckwellenminderungselement direkt im Gehäuseinnenraum hergestellt. Es wird dabei aus den Ausgangsmaterialien direkt im Gehäuseinnenraum aufgeschäumt. Dadurch entsteht ein Form- und Stoffschluss zwischen Explosionsdruckwellenminderungselement und Gehäuse. Das Explosionsdruckwellenminderungselement ist daher fest im Gehäuse gehalten und benötigt keine zusätzliche Befestigung mehr. Darüber hinaus entfällt hier auch das Vorfertigen des Explosionsdruckwellenminderungselements in einer Form, auf diese vollständig verzichtet werden kann. Diese Ausführung ist daher noch kostengünstiger und einfacher.
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Das Explosionsdruckwellenminderungselement kann prinzipiell beliebig im Gehäuseinnenraum angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Explosionsdruckwellenminderungselement an einer Gehäuseinnenwand anliegend angeordnet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann die gesamte Gehäuseinnenwand mit einem Explosionsdruckwellenminderungselement ausgekleidet sein, wodurch eine besonders einfache und in alle Richtungen effektive Explosionsdämpfung gegeben ist.
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Aufgrund der in den Poren eingeschlossenen Luft ist der Schaumstein auch ein sehr guter Wärmeisolator. Eine solche allseitige Anordnung des Explosionsdruckwellenminderungselements bewirkt daher zusätzlich eine ausgezeichnete Wärmeisolation des Gehäuses. Eine Wärmedämmung kann beispielsweise hilfreich sein, wenn ein Stellantrieb mit einem solchen Gehäuse in sehr kalten oder sehr heißen Umgebungen eingesetzt werden soll. Insbesondere in sehr kalten Umgebungen ist es üblich, den Innenraum des Gehäuses zu heizen, damit bewegbare Teile nicht einfrieren oder sich festsetzen. Die Wärmeisolation hilft hier Heizenergie und damit Kosten zu sparen.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das Gehäuse einen druckfesten Gehäusekörper auf, der einen Gehäuseinnenraum umfasst und einen Gehäusedeckel zum druckfesten verschließen des Gehäuseinnenraums. Das Explosionsdruckwellenminderungselement ist dann im Gehäusedeckel und/oder im Gehäuseinneren angeordnet.
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Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn das Explosionsdruckwellenminderungselement im Gehäusedeckel angeordnet ist, da es hier einfach montierbar ist und auch keinen Bauraum im Gehäuseinneren in Anspruch nimmt.
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Zweckmäßigerweise weist der Gehäusedeckel wenigstens eine Ausnehmung zur formschlüssigen Aufnahme eines Explosionsdruckwellenminderungselements auf.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, den Schaumstein des Explosionsdruckwellenminderungselements direkt im Gehäuse herzustellen.
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Dazu sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren vor, dass an wenigstens einer Gehäuseinnenwand Ausgangsmaterial für Schaumstein angebracht wird und das Ausgangsmaterial dann zu Schaumstein aufschäumt.
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Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn das Ausgangsmaterial flüssig ist und auf die Gehäuseinnenwand gepinselt und/oder gespritzt wird. Das flüssige Ausgangsmaterial ermöglicht eine nahezu beliebige Formgebung für das Explosionsdruckwellenminderungselement, wobei auch Hinterschnitte und komplizierte Formen ohne zusätzlichen Aufwand möglich sind.
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Es ist insbesondere zweckmäßig, wenn das Gehäuse einen Gehäusedeckel aufweist und das Ausgangsmaterial an der Innenwand des Gehäusedeckels angebracht wird und aufschäumt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1: eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses eines Stellantriebes,
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2: eine Innenansicht des Gehäusedeckels mit vorgeformten Explosionsdruckwellenminderungselementen aus Schaumstein,
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3: eine Innenansicht eines Gehäusedeckels mit aufgebrachten Ausgangsmaterial zum Aufschäumen und
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4: der Gehäusedeckel der 3 mit eingeschäumten Schaumstein.
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Die 1 zeigt exemplarisch ein Gehäuse 1 für einen Stellantrieb. Das Gehäuse 1 weist einen hohlzylinderförmigen Gehäusekörper 2 mit einem verschraubten Boden 3 und einem verschraubten Gehäusedeckel 4 auf. Im Gehäuse 1 ist beispielsweise ein Stellantrieb mit einem Elektromotor und einem Getriebe (beides nicht gezeigt) angeordnet.
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Am Gehäusedeckel 4 ist eine Eingangswelle 5 zur Anbringung eines Antriebs (nicht gezeigt) nach außen geführt, für einen manuellen Notantrieb des Stellantriebs. Am Boden 3 ist der Abtrieb 6 zum Anschließen an ein Stellglied nach außen geführt.
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Die 2 zeigt nun eine Ansicht der Innenseite des Gehäusedeckels 4. Die Innenwand 15 des Gehäusedeckels 4 weist mehrere radiale Stege 7 auf, die an der Innenwand 15 kreissektorförmige Vertiefungen 8 definieren. In diese Vertiefungen 8 sind vorgefertigte Explosionsdruckwellenminderungselemente 9 aus Schaumstein formschlüssig eingelegt. Eine zusätzliche der Befestigung Explosionsdruckwellenminderungselemente 9 ist daher nicht unbedingt notwendig. Die Explosionsdruckwellenminderungselemente 9 können jedoch zusätzlich auch verklebt oder auf andere Weise befestigt sein.
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Die Explosionsdruckwellenminderungselemente 9 können in beliebigen Formen gefertigt und nachbearbeitet werden, so dass sie nicht auf die hier gezeigte Kreissektor-Form beschränkt sind. Bei anderen Gehäuseformen können auch anders geformte Explosionsdruckwellenminderungselemente verwendet werden.
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Der Vorteil bei dieser Anordnung ist, dass die Explosionsdruckwellenminderungselemente 9 sehr kostengünstig und einfach herstellbar sind.
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Neben der Verwendung von vorgefertigten Explosionsdruckwellenminderungselementen 9 können diese auch direkt im Gehäuse 1 erstellt werden, so dass eine Anpassung an beliebige Formen noch einfacher möglich ist. Dabei sind auch Hinterschnitte und komplizierte Formen ohne zusätzlichen Aufwand möglich. Das Gehäuse dient in diesem Fall als Form zum Aufschäumen des Schaumsteins.
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3 zeigt exemplarisch, wie das Ausgangsmaterial 10 für den Schaumstein im Gehäusedeckel 4 angebracht werden kann. Der Gehäusedeckel 4 ist hier identisch zu dem Gehäusedeckel 4 der 2. Er weist daher auch die kreissektorförmigen Vertiefungen 8 an der Innenwand 15 auf, wobei jeder dritte Steg 11 eine geringere Höhe aufweist.
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Da das Ausgangsmaterial 10 in der Regel flüssig ist, kann es mit Pinsel 12 oder Spritzpistole 13 in die Vertiefungen 8 eingebracht werden. Nach dem Aufschäumen füllen die Explosionsdruckwellenminderungselemente 9 die Vertiefungen 8 aus und sind stoffschlüssig mit dem Gehäusedeckel 4 verbunden. An den weniger hohen Stegen 11 wurde aus den beiden zu diesem Steg 11 benachbarten Kreissektoren ein großes Explosionsdruckwellenminderungselement 14.
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Es ist jedoch auch möglich, den Gehäusedeckel 4 vollständig mit Schaumstein zu füllen, so dass im Wesentlichen ein großes Explosionsdruckwellenminderungselemente entsteht.
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Neben den hier gezeigten Beispielen sind das Gehäuse und die Explosionsdruckwellenminderungselemente in nahezu beliebigen Formen gestaltbar, so dass die Erfindung in keiner Weise auf die hier gezeigte Ausführung beschränkt ist. Beispielsweise sind auch andere Gehäuseteile oder die gezeigten Gehäuseteile mit anderen Formen jeweils in der beschriebenen Weise mit einem Schaumstein versehbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gehäusekörper
- 3
- Gehäuseboden
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Welle
- 6
- Abtrieb
- 7
- radiale Stege
- 8
- Vertiefungen
- 9
- Explosionsdruckwellenminderungselement
- 10
- Ausgangsmaterial
- 11
- Steg mit geringerer Höhe
- 12
- Pinsel
- 13
- Spritzpistole
- 14
- großes Explosionsdruckwellenminderungselement
- 15
- Innenwand
- 16
- Gehäuseinnenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014002594 A1 [0012]
- DE 102014216500 A1 [0013]
