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Die Erfindung betrifft ein elektrisches oder elektronisches Betriebsmittel wie Hochleistungsleuchte, Schaltgerät, Steuergerät, Transformator, Meldegerät, Anzeigegerät oder dergleichen. Solche Betriebsmittel erzeugen, wie auch andere kompakte elektronische Teile, Wärme, die abgeführt werden muss, um eine Beschädigung der entsprechenden Bauteile zu verhindern und insbesondere auch die Lebensdauer der Bauteile zu erhöhen. In explosionsgeschützten Bereichen gibt es zusätzliche Anforderungen an solche Betriebsmittel, wie beispielsweise die Begrenzung der Oberflächentemperatur oder eine sichere Kontrolle von Funken zur Vermeidung einer Explosion.
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D.h., für entsprechende Betriebsmittel ist eine Kühlung essentiell. Bisher erfolgte eine solche Kühlung beispielsweise durch eine passive Kühleinrichtung wie einen Kühlkörper mit entsprechenden Kühllamellen oder dergleichen oder auch durch eine aktive Kühlung wie beispielsweise eine Fluidkühlung insbesondere mit einer entsprechenden Flüssigkeit. Bei einer solchen Fluidkühlung wird einem Gehäuse des Betriebsmittels das Kühlfluid mittels einer Kühlfluidversorgungseinrichtung zugeführt. Diese weist in der Regel zumindest eine Kühlfluidzuleitungseinrichtung und eine Kühlfluidableitungseinrichtung auf. Über die Kühlfluidzuleitungseinrichtung wird das Kühlfluid in das Gehäuse hereingeführt und entsprechend über die Kühlfluidableitungseinrichtung wieder aus dem Gehäuse herausgeführt. Innerhalb des Gehäuses ist eine Kühlfluidzuleitungseinrichtung und Kühlfluidableitungseinrichtung verbindende Kühlfluidführungseinrichtung angeordnet, die das Kühlfluid durch das Gehäuse und insbesondere in enger Nachbarschaft zu entsprechenden Bauteilen des Betriebsmittels führt, die hauptsächlich die hohen Temperaturen erzeugen.
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Gerade im Zusammenhang mit entsprechenden Hochleistungsbauteilen ist die Wärmeentwicklung teilweise kritisch und die Kühlfluidversorgungseinrichtung muss entsprechend ausgelegt werden, um die Temperaturen des Betriebsmittels unterhalb einer maximalen zulässigen Temperatur zu halten.
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Es hat sich allerdings herausgestellt, dass bei bisher aus der Praxis bekannten Kühlfluidversorgungseinrichtungen beispielsweise im Falle eines Lecks im Kühlfluidkreislauf, einer hohen Temperatur innerhalb des Gehäuses des Betriebsmittels und dabei auftretender Verdampfung des Kühlmittels und dergleichen keine Kühlung oder zumindest keine ausreichende Kühlung mehr möglich ist. Außerdem kann ein mit zu hohen Temperaturen operierendes Betriebsmittel gerade in explosionsgefährdeten Bereichen eine Gefahr darstellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Betriebsmittel bzw. entsprechendes Verfahren zur Kühlung und Überwachung des Betriebsmittels dahingehend zu verbessern, dass mit einem kompakten und wettbewerbsfähigem Aufbau eine sichere Betätigung des Betriebsmittels bei gleichzeitig effizienter Kühlung insbesondere auch in explosionsgefährdeten Bereichen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe insbesondere dadurch gelöst, dass wenigstens der Kühlfluidzuleitungseinrichtung eine Sicherheitsschalteinrichtung zur Unterbrechung der Fluidzufuhr bei insbesondere Druckabfall im Fluid zugeordnet ist. Dies gilt analog auch für einen im Gehäuse vorliegenden höheren Druck als in der Fluidzuleitungseinrichtung, falls beispielsweise ein Teil des Kühlfluids im Gehäuse aufgrund der Wärmeentwicklung durch die Komponenten des Betriebsmittels verdampft.
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Die Sicherheitsschalteinrichtung verhindert in diesem Zusammenhang ein unzureichendes Zuführen des Kühlmittels und dient gleichzeitig zum Abschalten des Betriebsmittels, sodass keine weitere Wärme erzeugt wird.
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Bei Normalbetrieb erfolgt ansonsten eine entsprechende Zufuhr des Kühlfluids zum Gehäuse durch die Kühlfluidversorgungseinrichtung. Diese Zufuhr des Kühlfluids wird das Betriebsmittel ausreichend kühlen. Nur bei entsprechendem Druckabfall in der Kühlfluidzufuhr und/oder einem Temperaturanstieg innerhalb des Gehäuses bis oberhalb zu einem maximal zulässiger Temperaturwert wird dann entsprechend die Sicherheitsschalteinrichtung sowohl die Kühlfluidzufuhr als auch die Versorgung des Betriebsmittels unterbrechen.
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Dadurch ist ein sicherer Betrieb des Betriebsmittels möglich, da dieses bei Erreichen einer vorgegebenen maximalen Temperatur aufgrund einer Fehlfunktion oder unzureichender Kühlung automatisch abgeschaltet wird. Dadurch ist ebenfalls eine sichere Betätigung in explosionsgefährdeten Bereichen möglich. Aufgrund des Abschalten des Betriebsmittels bei Erreichen einer vorgegebenen maximalen Temperatur wird außerdem in Zusammenhang mit der sonst vorliegenden Kühlung die Lebensdauer der entsprechenden Komponenten des Betriebsmittels erhöht.
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Ein Beispiel für ein solches Betriebsmittel ist eine Hochleistungs-Leuchte mit wenigstens einer insbesondere Hochleistungs-LED, H-LED, als Leuchtmittel. Selbstverständlich können auch mehrere solcher H-LEDs in der Leuchte verwendet werden oder andere Betriebsmittel, wie bereits eingangs ausgeführt, können ebenfalls entsprechend gekühlt werden, siehe in diesem Zusammenhang Schaltgeräte, Steuergeräte, Transformatoren, Meldegeräte und dergleichen.
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Ebenfalls besteht die Möglichkeit, dass nicht nur eine Hochleistungs-Leuchte als Betriebsmittel gekühlt, sondern eine Mehrzahl solcher Betriebsmittel, die gegebenenfalls auch in einer größeren elektrischen Anlage enthalten sind. Die bisherigen und folgenden Ausführungen zur Kühlung gelten sowohl für ein einzelnes Betriebsmittel unterschiedlicher Arten als auch für Anordnung mehrerer Betriebsmittel oder elektrischer Anlagen mit solchen Betriebsmitteln.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Erfindung insbesondere auch für Betriebsmittel zum Einsatz kommen kann, die explosionsgeschützt sind und insbesondere mit Explosionsschutzarten Ex-d, Ex-m, Ex-o oder Ex-p ausgebildet sind.
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Ex-d kennzeichnet eine Zündschutzart, bei der Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden könnten, in einem Gehäuse angeordnet sind. Dieses wird bei einer Explosion im Inneren des Gehäuses dem Druck standhalten und eine Übertragung der Explosion auf die umgebende explosionsfähige Atmosphäre verhindern.
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Bei der Zündschutzart Ex-m liegt eine Verkapselung vor. D.h., dass die entsprechenden Teile des Betriebsmittels sind in einer Vergussmasse so eingebettet, dass diese eine explosionsfähige Atmosphäre außerhalb eines Gehäuses nicht entzünden könnten. Die entsprechende Vergussmasse ist resistent gegenüber elektrischen, thermischen, mechanischen oder chemischen Einflüssen.
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Bei der Zündschutzart Ex-o sind entsprechende Teile des Betriebsmittels in elektrisch isolierendes Öl oder eine andere nicht brennbare Flüssigkeit getaucht, sodass oberhalb des entsprechendes Flüssigkeitsspiegels innerhalb des Gehäuses oder auch außerhalb des Gehäuses befindliche Gase und Dämpfe nicht durch Funken oder dergleichen gezündet werden können.
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Die Explosionsschutzart Ex-p verwendet eine Überdruckkapselung, bei der ein Eindringen der umgebenden Atmosphäre in das Gehäuse des Betriebsmittels verhindert wird. Dazu ist innerhalb des Gehäuses ein entsprechendes Schutzgas wie Luft oder ein anderes geeignetes Gas angeordnet. Dies ist im Gehäuse unter Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre gehalten.
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Alle diese Schutzarten sind erfindungsgemäß in einfacher Weise realisierbar.
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Um die Kühlung gegebenenfalls zu verbessern und die Wärmeableitung von den entsprechenden Bauteilen des Betriebsmittels in Richtung Kühlfluid zu vereinfachen, kann eine passive Kühleinrichtung innerhalb des Gehäuses und/oder am Gehäuse angeordnet sein. Die passive Kühleinrichtung kann ebenfalls mit dem Kühlfluid in Kontakt sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass insbesondere bei Anordnung der passiven Kühleinrichtung außen am Gehäuse diese zusätzlich zum Kühlfluid für eine entsprechende Abkühlung des Betriebsmittels sorgt.
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Zur Führung des Kühlfluids in das Gehäuse hinein, durch das Gehäuse hindurch und wieder aus dem Gehäuse heraus, kann die Fluidleitungsverbindung eine Mehrzahl von Fluidkanälen aufweisen. Diese sind beispielsweise innerhalb des Gehäuses und/oder auch innerhalb oder an der passiven Kühleinrichtung angeordnet. Je nach verwendetem Kühlfluid ist es ebenfalls denkbar, dass dieses bei entsprechender elektrischer Isoliereigenschaft direkt mit den verschiedenen Bauteilen des Betriebsmittels in Kontakt ist, siehe hierzu beispielsweise auch die Zündschutzart Ex-o, oder die Fluidkanäle zumindest teilweise insbesondere im Bereich der Wärmequelle angeordnet.
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Um das Zuführen und Abführen des Kühlfluids bei dem Gehäuse in einfacher Weise zu ermöglichen, kann die Kühlfluidzuleitungseinrichtung und/oder die Kühlfluidableitungseinrichtung zumindest einen vom Gehäuse nach außen vorstehenden Rohrstutzen aufweisen, welcher jeweils eine zum Gehäuseinneren offene Rohröffnung aufweist. Selbstverständlich sind andere Möglichkeiten zum Zuführen und Abführen des Kühlfluids möglich, wie beispielsweise entsprechende Bohrungen im Gehäuse, die mit Kühlfluidleitungen außen am Gehäuse verbunden sind.
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Um insbesondere im Bereich der Kühlfluidzufuhreinrichtung die Sicherheitsschalteinrichtung in einfacher Art aufbauen zu können, kann diese einen in Richtung Rohröffnung des Rohrstutzens druckbeaufschlagten und zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung bewegbar gelagerten Ventilkörper aufweisen. Bei Druckabfall der Kühlfluidzufuhr wird der Ventilkörper automatisch in die Schließstellung bewegt. Dies gilt analog auch bei einem hohen Druckaufbau im Inneren des Gehäuses, was beispielsweise bei einem zumindest teilweise verdampfenden Kühlfluid aufgrund einer zu hohen Temperatur möglich ist. Analog wird der Ventilkörper sich in Richtung Schließstellung bewegen, wenn beispielsweise durch ein Leck in der Kühlfluidzuleitung zu wenig Kühlfluid und damit ein zu geringer Kühlfluiddruck vorliegt.
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Eine einfache Möglichkeit zur Druckbeaufschlagung ist ein Federelement, das innerhalb des Gehäuses gelagert ist und den Ventilkörper in Richtung Rohröffnung des Rohrstutzens drückt.
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Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, die entsprechende Bewegung des Ventilkörpers oder den Zustand der Sicherheitsschalteinrichtung mit der elektrischen Versorgung des Betriebsmittels zu verknüpfen. Ist der Ventilkörper in Schließstellung oder die Sicherheitsschalteinrichtung ausgeschaltet, so wird gleichzeitig die elektrische Versorgung des Betriebsmittels unterbrochen. Dies gilt insbesondere deswegen, da in diesen Fällen immer die weitere Zufuhr von Kühlmittel unterbrochen ist und keine ausreichende Kühlung der Komponenten des Betriebsmittels sichergestellt ist.
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Eine einfache Möglichkeit, die Stellung des Ventilkörpers mit einer Unterbrechung der Stromversorgung des Betriebsmittels zu verknüpfen, kann darin gesehen werden, wenn dem Ventilkörper ein elektrisches Kontaktelement zugeordnet ist, welches insbesondere in Schließstellung des Ventilkörpers einen elektrischen Unterbrecherkontakt zur Unterbrechung der Stromversorgung des Betriebsmittels öffnet. Ist der Ventilkörper nicht in Schließstellung, wird der Unterbrecherkontakt durch das entsprechende Kontaktelement des Ventilkörpers geschlossen und die Stromversorgung des Betriebsmittels aufrechterhalten.
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Es besteht die Möglichkeit, dass direkt die Stromversorgung bei Öffnen des Unterbrecherkontaktes unterbrochen wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Unterbrecherkontakt mit einer Steuereinrichtung des Betriebsmittels in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung wird dann bei Öffnen des Unterbrecherkontaktes die Stromversorgung des Betriebsmittels unterbrechen. Die Steuereinrichtung kann ebenfalls übergeordnet sein, d.h. sie kann mehreren Betriebsmitteln zugeordnet sein. Bei Ausfalle eines entsprechenden Betriebsmittels kann dieses dann durch die Steuereinrichtung aufgrund des offenen Unterbrecherkontakts ausgeschaltet werden.
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Insbesondere bei einem Betriebsmittel in Form einer Hochleistungs-Leuchte ist es weiterhin von Vorteil, wenn gegebenenfalls das Gehäuse wenigstens eine dem entsprechenden Leuchtmittel zuweisende, transparente Abdeckung aufweist. Gehäuse und Abdeckung können miteinander durch Reibschweißen oder dergleichen verbunden sein. Eine solche entsprechende Verbindung ist ebenfalls vorteilhaft im Zusammenhang mit einer entsprechenden Zündschutzart des Betriebsmittels.
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Um den Ventilkörper in einfacher Weise innerhalb des Gehäuses verschieblich zwischen seinen verschiedenen Stellungen zu lagern, kann der Ventilkörper in einer Lagerhülse verschieblich gelagert sein, wobei insbesondere zwischen Lagerhülse und Ventilkörper das Federelement zur Druckbeaufschlagung des Ventilkörpers angeordnet ist.
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Im Zusammenhang mit dem Explosionsschutz ist weiterhin eine entsprechende Oberflächentemperatur des elektrischen/elektronischen Betriebsmittels zu beachten. Diese sollte stets geringer sein als eine Zündtemperatur eines möglicherweise vorhandenen Gas- bzw. Dampfgemisches. Durch diese Relation zwischen maximaler Oberflächentemperatur und Zündtemperatur wird ein Zünden eines explosionsfähigen Gemisches vermieden. Elektrischen Betriebsmitteln sind in diesem Zusammenhang Temperaturklassen zugeordnet. Die Temperaturklassen sind als T1 bis T6 gekennzeichnet, wobei beispielsweise die Temperaturklasse T6 eine höchstzulässige Oberflächentemperatur des Betriebsmittels von 85°C erlaubt und entsprechend die Zündtemperaturen der brennbaren Stoffe größer als 85°C sind. In der Temperaturklasse T3 ist die entsprechende höchstzulässige Oberflächentemperatur 200°C und entsprechend die Zündtemperaturen der brennbaren Stoffe größer als 200°C.
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Erfindungsgemäß ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn gegebenenfalls das Kühlfluid eine Siedetemperatur niedriger als eine entsprechende maximal zulässige Oberflächentemperatur bzw. Temperatur nach entsprechender Temperaturklasse des Betriebsmittels aufweist. D.h., bereits vor Erreichen der maximal zulässigen Oberflächentemperatur siedet das Kühlfluid, sodass sich der Druck im Inneren des Gehäuses erhöht und zusätzlich die Kühlleistung durch den Phasenübergang Flüssig zu Gasförmig kurzzeitig erhöht wird. Dies führt zu einem Abschalten der Sicherheitsschalteinrichtung bzw. einem Verschieben des Ventilkörpers in Schließstellung und entsprechend zu einer Unterbrechung der Stromversorgung des Betriebsmittels. Außerdem stellt sich hierdurch eine Zündschutzart Ex-p ein, da durch den entsprechend hohen Druck innerhalb des Gehäuses ein Eindringen von außerhalb des Gehäuses vorhandenen explosionsfähigen Gasen verhindert wird.
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Ohne einen solchen Überdruck im Gehäuse ist es allerdings von Vorteil, wenn ein Kühlmitteldruck im Bereich der Kühlfluidzuleitungseinrichtung höher als die Druckbeaufschlagung des Ventilkörpers in Richtung Schließstellung ist. Dadurch ist gewährleistet, dass bei Normalbetrieb des Betriebsmittels, d.h. keinem Druckabfall im Kühlfluid oder keinem Verdampfen des Kühlfluids, eine ausreichende Kühlung vorliegt.
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Das Kühlfluid kann entsprechend zu dem Einsatz des Betriebsmittels insbesondere im Hinblick auf möglicherweise vorhandene explosionsfähige Gase ausgewählt werden. Dies gilt insbesondere im Zusammenhang mit der Siedetemperatur des Kühlfluids, die immer geringer als die höchstzulässige Oberflächentemperatur des Betriebsmittels sein sollte. Solche Kühlmittel sind beispielsweise entsprechende isolierende Öle, 3M Novec™ oder auch destilliertes Wasser. Insbesondere 3M Novec™ zeichnet sich durch eine große Bandbreite an Siedepunkten aus, ist nicht entflammbar und weist weiterhin exzellente Isolationseigenschaften auf.
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Wird beispielsweise Öl oder ein anderes Fluid verwendet, ergibt sich gleichzeitig die entsprechende Zündschutzart Ex-o.
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Um das Kühlfluid in einfacher Weise insbesondere außerhalb des Gehäuses zu kühlen, kann ein Wärmetauscher an entsprechender Stelle außerhalb des Gehäuses zwischen Kühlfluidzuleitungseinrichtung und Kühlfluidableitungseinrichtung angeordnet sein. Dies gilt analog auch für mehrere Betriebsmittel mit entsprechender Kühlung, wobei in diesem Zusammenhang gegebenenfalls ein Wärmetauscher ausreichend sein kann.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass bei Ventilkörper in Schließstellung eine entsprechende Überdruckkapselung nach Ex-p des Gehäuses vorliegt, siehe das Verdampfen des Kühlfluids bei entsprechend höherer Temperatur des Betriebsmittels. Erfindungsgemäß erfolgt in der Regel die Zufuhr des Kühlfluids zum Kühlen des Gehäuses mittels der entsprechenden Kühlfluidversorgungseinrichtung. Allerdings wird die Kühlfluidzuleitungseinrichtung verschlossen, falls ein Druckabfall im Kühlfluid auftritt und/oder ein Temperaturanstieg innerhalb des Gehäuses vorliegt, der über eine vorgegebene Temperatur erfolgt. Das Verschließen erfolgt dabei durch entsprechende Druckbeaufschlagung eines Ventilkörpers, siehe entsprechendes Federelement. Gleichzeitig mit Verschieben des Ventilkörpers in Schließstellung erfolgt eine Unterbrechung der Stromversorgung des Betriebsmittels. D.h., es wird sowohl bei Druckabfall im Kühlfluid als auch bei einem zu hohen Temperaturanstieg innerhalb des Gehäuses sichergestellt, dass das Betriebsmittel abgeschaltet wird.
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Bei dem entsprechenden Kühlfluid ist weiterhin zu beachten, dass dieses zusätzlich das Betriebsmittel durch Verdampfen kühlt, sodass auch bei einer sehr hohen Oberflächentemperatur des Betriebsmittels zuerst die Kühlung verbessert wird, siehe Verdampfungswärme, und gleichzeitig durch den sich aufbauenden Überdruck innerhalb des Gehäuses die Sicherheitsschalteinrichtung dahingehend betätigt wird (Schließstellung), dass die Stromversorgung des Betriebsmittels ausgeschaltet wird.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Sicherheitsschalteinrichtung nach der vorangehend beschriebenen Art.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf ein elektrisches/elektronisches Betriebsmittel gemäß Erfindung mit angedeutetem Verlauf eines Kühlfluids;
- 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus 1;
- 3 eine vergrößerte Darstellung des Details „X“ aus 1;
- 4 Ventilkörper einer Sicherheitsschalteinrichtung gemäß Erfindung in Öffnungsstellung, und
- 5 Ventilkörper nach 4 in Schließstellung.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein elektrisches/elektronisches Betriebsmittel 1 gemäß Erfindung. Dieses Betriebsmittel ist eine Hochleistungsleuchte 8 mit zumindest einer Hochleistungs-LED 26, im Folgenden als H-LED bezeichnet. Die Leuchte weist ein Gehäuse 2 auf, das in der dargestellten Ansicht im Wesentlichen quadratisch ist, wobei auch andere Gehäuseformen möglich sind. Im Inneren des Gehäuses ist die H-LED 26 angeordnet. Dieser und insbesondere auch dem Gehäuse 2 ist eine Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 zugeordnet. Von dieser sind nur eine Kühlfluidzuleitungseinrichtung 4 und eine Kühlfluidableitungseinrichtung 5 in Form von Rohrstutzen an diagonal gegenüberliegenden Enden des Gehäuses dargestellt. Kühlfluidzuleitungseinrichtung und Kühlfluidableitungseinrichtung sind außerhalb des Gehäuses mit anderen Gehäusen und mit dem Rest der Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 verbunden. Diese kann beispielsweise auch einen Wärmetauscher 23 aufweisen, siehe 3.
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Im Inneren des Gehäuses fließt entsprechendes Kühlfluid durch eine Kühlfluidführungseinrichtung 6 beispielsweise in Form von einer Anzahl von Fluidkanälen 10. Die Kühlfluidführungseinrichtung 6 ist Teil der Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 des Betriebsmittels 1.
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Kühlmittel wird dem Gehäuse 2 über die Kühlfluidzuleitungseinrichtung 4 zugeführt, strömt in den entsprechenden Fluidkanäle 10 durch das Gehäuse, kühlt dabei Einrichtungen des Betriebsmittels und tritt über die Kühlfluidableitungseinrichtung 5 aus dem Gehäuse wieder aus. Die entsprechenden Rohrstutzen 11 und 12 sind in 1 vom Betrachter weg gerichtet, siehe auch die folgenden 3, 4 und 5.
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In 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II aus 1 durch das Betriebsmittel 1 dargestellt. Das Gehäuse 2 ist auf einer offenen Lichtaustrittsseite mittels einer Abdeckung 21 aus einem transparenten Material verschlossen. Die Verbindung zwischen Abdeckung 21 und Gehäuse 2 kann beispielsweise über Reibschweißen oder dergleichen erfolgen. Innerhalb des Gehäuses ist die in etwa kreisförmige, siehe auch 1, H-LED 26 angeordnet. Diese ist mit ihrer Rückseite an einer passiven Kühleinrichtung 9 in Form eines Kühlkörpers mit einer Mehrzahl von Kühllamellen angeordnet. Die Zwischenräume der Kühllamellen dienen als entsprechende Fluidkanäle 10.
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Das Betriebsmittel 1 bzw. die entsprechende Hochleistungsleuchte 8 ist nach entsprechenden Explosionsschutzbedingungen auslegbar. Zündschutzarten in diesem Zusammenhang sind Ex-d, Ex-m, oder insbesondere Ex-o, welches im Fehlerfall zu Ex-p wird.
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Die H-LED 26 kann als einzelnes Leuchtmittel oder auch mit mehreren Leuchtmitteln innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein. Die Anordnung der H-LEDs kann auch als LED-Anordnung aus Spalten und Reihen aufgebaut sein. Die H-LED zeichnet sich durch eine hohe Stromaufnahme und hohe Lichtabgabe aus.
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Es besteht die Möglichkeit, dass das Kühlfluid nicht nur entlang der Fluidkanäle 10 läuft, sondern insgesamt durch entsprechende Hohlräume des Gehäuses 2. Dazu ist das Kühlmittel elektrisch isolierend und schwer entflammbar ausgewählt.
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In 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III aus 4 dargestellt, wobei 4 eine vergrößerte Darstellung des Details „X“ aus 1 ist.
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In 3 ist insbesondere eine Sicherheitsschalteinrichtung 7 dargestellt. Diese dient zum Öffnen und Verschließen des Rohrstutzens 11 und insbesondere einer zum Gehäuseinneren 24 weisenden Rohröffnung 13 des Rohrstutzens 11. Der Rohrstutzen 11 ist Teil der Kühlfluidzuleitungseinrichtung 4. Diese ist außerhalb des Gehäuses mit nicht weiter dargestellten Kühlfluidleitungen verbunden, die beispielweise in Richtung eines Wärmetauschers 23 verlaufen. Dieser kann dann wiederum mit einer entsprechenden Kühlfluidableitungseinrichtung 5 verbunden sein.
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Die Sicherheitsschalteinrichtung 7 umfasst einen Ventilkörper 17, ein elektrisches Kontaktelement 19 und ein Federelement 18 zur Druckbeaufschlagung des Ventilkörpers in Schließstellung. Die Schließstellung 16 ist beispielsweise in den 3 und 5 dargestellt. Eine entsprechende Öffnungsstellung 15 ist in 4 dargestellt. In der Schließstellung 16 nach 3 bzw. 5 ist das elektrische Kontaktelement 19 des Ventilkörpers 17 von einem elektrischen Unterbrecherkontakt 20 im Inneren des Gehäuses 2 getrennt. In Öffnungsstellung 15 nach 4 schließt das elektrische Kontaktelement den elektrischen Unterbrecherkontakt.
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Im Inneren des Gehäuses 2 ist außerdem, siehe 1, eine Steuereinrichtung 25 angeordnet. Diese kann bei Trennung von Kontaktelement und Unterbrecherkontakt die Stromversorgung der H-LED 26 unterbrechen. Die entsprechende Unterbrechung der Stromversorgung kann auch direkt durch Trennung von Kontaktelement und Unterbrecherkontakt erfolgen.
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Die Steuereinrichtung kann außerdem nicht nur die dargestellte Leuchte 8, sondern auch andere mit derselben Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 verbundene Betriebsmittel 1 ausschalten.
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Das entsprechende Kontaktelement 19 des Ventilkörpers 17 kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein und sich um den Ventilkörper 17 erstrecken. Der entsprechende elektrische Unterbrecherkontakt weist zumindest an zwei Stellen in Richtung Ventilkörper und gerät mit dem ringförmigen elektrischen Kontaktelement 19 in Berührung, wenn der Ventilkörper in Öffnungsstellung 15 ist. In den Figuren sind außerdem die entsprechenden Rohröffnungen 13 und 14 der Rohrstutzen 11 und 12 dargestellt, siehe beispielsweise 1 oder auch 3 bis 5.
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Der Ventilkörper weist einen durchmesservergrößerten Ventilkopf auf, der in Schließstellung 16 die entsprechende Rohröffnung 13 verschließt. Außerdem weist der Ventilkörper 17 einen Schaft mit geringerem Durchmesser als der Ventilkopf auf, wobei dieser Ventilschaft in einer Lagerhülse 22 verschieblich gelagert ist. In dieser Lagerhülse 22 ist das entsprechende Federelement 18 zur Druckbeaufschlagung des Ventilkörpers in Richtung Schließstellung 16 angeordnet.
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Fließt Kühlfluid über die Kühlfluidzuleitungseinrichtung 4, d.h. über den Rohrstützen 11 und Rohröffnung 13 in das Gehäuse mit entsprechendem Kühlfluiddruck, so wird der Ventilkörper 16 gegen die Druckbeaufschlagung des Federelements 18 in die Öffnungsstellung verschoben, siehe 4. Dadurch kann das Kühlfluid über die Rohröffnung 13 in das Gehäuse und insbesondere die Fluidkanäle 10 strömen. Es fließt entlang der entsprechenden Komponenten des Betriebsmittels, wie beispielsweise H-LED oder auch Steuereinrichtung. Dadurch werden diese direkt oder zumindest über die passive Kühleinrichtung 8 gekühlt. Anschließend tritt das erwärmte Kühlmittel über Rohröffnung 14 und Rohrstutzen 12 der Kühlfluidableitungseinrichtung 5 aus dem Gehäuse 2 wieder aus. Außerhalb des Gehäuses 2 wird es dann über den Wärmetauscher 23 gekühlt und kann seinen Kreislauf fortsetzen. Dabei kann es auch weitere Betriebsmittel 1 durchfließen, die zur Vereinfachung in den Figuren nicht dargestellt sind. Insgesamt kann die Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 für eine Reihe von Betriebsmitteln auch unterschiedlicher Art einer elektrischen Anlage eingesetzt werden.
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Tritt ein Verlust von Kühlfluid auf, so erfolgt ein Druckabfall im Kühlfluidfluss. Dieser kann so groß werden, dass die Druckbeaufschlagung des Ventilkörpers 17 ausreicht, um den Ventilkörper in Schließstellung 16 zu verschieben. In dieser Stellung erfolgt eine Trennung des elektrischen Kontaktelements vom Unterbrecherkontakt und dadurch ein Abschalten des Betriebsmittels durch Abschalten der Stromversorgung. Es ist weiterhin möglich, dass auch bei Ventilkörper in Öffnungsstellung die Temperatur des Betriebsmittels einen vorbestimmten kritischen Maximalwert überschreitet, weil beispielsweise das Betriebsmittel defekt ist oder in anderer Weise beschädigt wurde. Wird diese Temperatur überschritten, erfolgt ein Verdampfen des Kühlfluids. In der Regel ist bei dem erfindungsgemäßen Betriebsmittel festgelegt, dass eine zulässige Oberflächentemperatur des Betriebsmittels bzw. der H-LED geringer als eine Siedetemperatur des Kühlfluids ist. Nur bei einem Fehler wird die Siedetemperatur durch die entsprechende Oberflächentemperatur überschritten, sodass ein Verdampfen des Kühlfluids einsetzt. Dieses Verdampfen führt dazu, dass innerhalb des Gehäuses der Druck ansteigt und somit zusätzlich zur Federbeaufschlagung des Ventilkörpers durch den angestiegenen Innendruck der Ventilkörper in Schließstellung 16 verschoben wird. Dadurch wird ebenfalls die Stromversorgung des Betriebsmittels unterbrochen.
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Wie bereits ausgeführt, wird in der Regel die Siedetemperatur des Kühlfluids so ausgewählt, dass diese geringer und in der Regel erheblich geringer als die erlaubte Oberflächentemperatur des Betriebsmittels ist. Diese Oberflächentemperatur ist beispielsweise durch entsprechende Temperaturklassen festgelegt. Diese Temperaturklassen sind durch die Buchstaben T1 bis T6 gekennzeichnet. T6 entspricht einer maximalen Oberflächentemperatur von 85°C und T1 einer maximalen Oberflächentemperatur von 450°C.
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Durch das Verdampfen des Kühlfluids ergibt sich als weiterer Vorteil gemäß Erfindung, dass die entsprechende Verdampfungsenergie beim Phasenübergang zusätzlich zum Kühlen des Betriebsmittels einsetzbar ist. Dadurch wird der Kühleffekt vor tatsächlichem Ausfall des Betriebsmittels durch Defekt erhöht und die Stromversorgung des Betriebsmittels dann in der oben genannten Weise unterbrochen. D.h., erfindungsgemäß wird sichergestellt, dass selbst bei einer erhöhten Oberflächentemperatur eine ausreichende Kühlung vorliegt bis das Betriebsmittel abgeschaltet wird.
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Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ist, dass durch das Verdampfen der Innendruck im Gehäuse 2 ansteigt, was beispielsweise der Explosionsschutzart Ex-p entspricht.
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D.h., durch den erhöhten Druck im Inneren des Gehäuses wird das Eindringen von gegebenenfalls explosionsfähigen Gasen oder dergleichen verhindert. Dies wird durch das Schließen der entsprechenden Rohröffnung 13 durch Ventilkörper 17 in Schließstellung 16 unterstützt.
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Aus dem Vorangehenden ergibt sich, dass die Erfindung insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen bei entsprechenden explosionsgeschützten Betriebsmitteln einsetzbar ist.
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D.h., erfindungsgemäß ergibt sich sowohl eine Aufrechterhaltung des Explosionsschutzes durch beispielsweise Begrenzen der möglichen Oberflächentemperaturen und gleichzeitig eine Verbesserung der Betriebssicherheit, indem ein Überhitzen der entsprechenden Bauteile des Betriebsmittels vermieden wird. Wird beispielsweise als Kühlmittel Öl oder ein anderes Fluid verwendet, so ist das Gehäuse in der Explosionsschutzart Ex-o ausbildbar. Dadurch ergibt sich eine ausgezeichnete Kühlung des Betriebsmittels und gleichzeitig die Realisierung der entsprechenden Explosionsschutzart.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlfluidversorgungseinrichtung erhält das Betriebsmittel einen kompakten Aufbau mit im Vergleich zu bekannten Betriebsmitteln vermindertem Gewicht beispielsweise des Kühlkörpers, d.h. der passiven Kühleinrichtung. Statt die Größe der Kühleinrichtung zu vermindern, können beispielsweise auch mehr Bauteile in einem bestimmten Bereich angeordnet werden, da diese erfindungsgemäß ausreichend gekühlt werden können. Dadurch lassen sich beispielsweise die Dimensionen von Leuchten und entsprechenden elektronischen Einrichtungen verringern.
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Erfindungsgemäß ergibt sich eine Integration von Kühl- und Schutzfunktion, die zu einem effizienten Design bei geringen Kosten führt.
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Durch die gute Kühlwirkung und das Verhindern eines Überhitzens der gekühlten Bauteile des Betriebsmittels ergibt sich außerdem eine verlängerte Lebensdauer für die entsprechenden Komponenten.
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Erfindungsgemäß besteht weiterhin die Möglichkeit, die entsprechenden Betriebsmittel aufgrund der Vorteile der Erfindung gegebenenfalls mit einer höheren Leistung zu versorgen und diese trotzdem sicher zu betreiben. Selbstverständlich ist die entsprechende Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 nicht nur für explosionsgeschützte Betriebsmittel, sondern auch für andere Betriebsmittel einsetzbar, bei denen einen effektive und sichere Kühlung von Vorteil ist. Es wurde auch bereits darauf hingewiesen, dass die Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 nicht nur ein Betriebsmittel 1, sondern eine Mehrzahl von diesen und gegebenenfalls auch eine gesamte Anlage mit einer Vielzahl von Betriebsmitteln versorgen kann. Die entsprechenden Betriebsmittel 1 dieser Anlage können parallel und/oder seriell mit der entsprechenden Kühlfluidversorgungseinrichtung 3 verbunden sein. Die Sicherheitsschalteinrichtung 7 kann den besonders kritischen Betriebsmitteln zugeordnet sein oder kann bei allen Betriebsmitteln vorhandeln sein.
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Mögliche Kühlfluids sind beispielsweise Öl, destilliertes Wasser, 3M Novec™ oder dergleichen. Die Kühlfluids sind an die maximale zulässige Oberflächentemperatur des entsprechenden Betriebsmittels anpassbar, siehe hierzu die Ausführungen im Hinblick auf Siedetemperatur.
