DE102017112162A1 - Flammenschutzfilter - Google Patents

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Abstract

Ein erfindungsgemäßer Flammenschutzfilter (10) weist zwei aus verschiedenen Drahtgewebelagen (11,13) bestehende Teilkörper (12,14) auf, die untereinander durch eine Zwischenlage (15) aus besonders grobmaschigem Drahtgewebe verbunden sind. Das grobmaschige Drahtgewebe besteht vorzugsweise aus einem dicken Draht. Sowohl Drahtdurchmesser als auch die Maschenweite dieser Zwischenlage (15) sind vorzugsweise deutlich größer als die Maschenweiten und Drahtdurchmesser der für die Teilkörper (12,14) verwendeten Drähte.Der erfindungsgemäße Druckentlastungskörper (10) verbindet eine hohe mechanische Stabilität mit hoher Flammendurchschlagssicherheit und zugleich sehr niedrigem Strömungswiderstand.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Flammenschutzfilter, insbesondere ein Flammenschutzfilter zur Anwendung als Druckentlastungskörper in explosionsgeschützten Gehäusen der Schutzart Ex-d.
  • Aus der DE 10 2014 116 149 A1 ist ein Flammenschutzfilter bekannt, das eine größere Anzahl Drahtgewebeschichten unterschiedlicher Maschenweite und Drahtstärke und vorzugsweise auch unterschiedlicher Orientierung aufweist. Durch die wechselnde Maschenweite und den Winkelversatz der einzelnen Lagen gegeneinander entstehen labyrinthhafte Durchgänge, die einerseits einen Flammendurchschlag verhindern und andererseits eine gute Gasdurchlässigkeit bieten. Die einzelnen Lagen sind miteinander beispielsweise durch Sintern verbunden. Es zeigt sich aber, dass derartige Flammenschutzfilter bei impulsartiger Druckbelastung, wie sie infolge von in einem Gehäuse stattfindenden Explosionen auftreten können, mittig stärker durchströmt werden als in randnahen Zonen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Flammenschutzfilter mit verbesserter Durchströmbarkeit anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Flammenschutzfilter nach Anspruch 1 gelöst:
  • Das erfindungsgemäße Flammenschutzfilter weist eine Anzahl von Drahtgewebelagen auf, deren Maschenweite über einen Grenzwert dmax nicht hinausgeht. Die Anzahl der Drahtgewebelagen ist jedenfalls größer als zwei, vorzugsweise handelt es sich um fünf oder mehr Lagen, die labyrinthartige Poren festlegen. Das erfindungsgemäße Flammenschutzfilter weist wenigstens zwei solcher jeweils durch eine Anzahl von Drahtgewebelagen gebildeten Teilkörper auf, zwischen denen eine Zwischenlage mit einer Maschenweite angeordnet ist, die größer ist als die größte innerhalb des festgelegten Maschenweitenbereichs der beiden Teilkörper liegenden Maschenweite. Die zwischen den beiden Teilkörpern angeordnete Zwischenlage bildet eine Druckverteilungsschicht, die eine quer zur Hauptdurchströmungsrichtung, beispielsweise radial gerichtete Strömung zulässt und dadurch innerhalb der Zwischenlage zu einem Druckausgleich führt. Der Druckausgleich kann insbesondere bei einer impulsartigen Druckbelastung zu einer besseren Flächenausnutzung des Druckentlastungskörpers und somit zu einer Verminderung von dessen Strömungswiderstand führen. Damit werden Druckspitzen wirksamer als bisher gemindert.
  • Durch die feste Verbindung der beiden Teilkörper mit der Zwischenlage wird zudem ein besonders stabiler Druckentlastungskörper erhalten, der großflächig ausgebildet sein kann.
  • Die Drahtgewebelagen weisen vorzugsweise Drähte auf, deren Durchmesser in einem festgelegten Drahtdurchmesserbereich D liegt, dessen Obergrenze dmax von keinem der Drähte der Drahtgewebelagen der beiden Teilkörper überschritten wird. Die Zwischenlage weist jedoch vorzugsweise Drähte mit einem Durchmesser dz auf, der größer ist als der größte innerhalb des Drahtdurchmesserbereichs D liegenden Durchmesser dmax. Vorzugsweise gilt zusätzlich oder alternativ, dass die Maschenwiete mz der Zwischenlage wenigstens 1,5 mal so groß ist, wie die größte in dem Maschenweitenbereich M liegende Maschenweite mmax. Jede der beiden genannten Maßnahmen führt zu einem geringen Widerstand für Querströmungen in der Zwischenlage und somit zu einer guten Vergleichmäßigung des Drucks in der Zwischenlage. Die von der Druckwelle herrührende Strömung wird deswegen in der Zwischenlage verbreitert, so dass der in Durchströmungsrichtung R stromabwärtige Teilkörper auf größerer Fläche genutzt wird, als es ohne Zwischenlage der Fall wäre.
  • Die Zwischenlage kann sowohl als Gewebe als auch als Gitter sich kreuzender Drähte oder durch eine äquivalente Struktur gebildet sein. Wesentlich ist die Möglichkeit der Ausbildung von Querströmungen.
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen sowie der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung. Es zeigen:
    • 1 den erfindungsgemäßen Flammenschutzfilter in schematisierter Querschnittsdarstellung,
    • 2 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt des Flammenschutzfilters nach 1,
    • 3 und 4 Diagramme zur Veranschaulichung der Maschenweiten und Drahtdurchmesser in den Flammenschutzfilter nach 1 und 2,
    • 5 einen Ausschnitt aus dem Flammenschutzfilter nach 1, in perspektivischer Explosionsdarstellung,
    • 6 Drahtgewebelagen des Flammenschutzfilters nach 1 bis 5, in gesonderter perspektivischer Explosionsdarstellung, und
    • 7 das Flammenschutzfilter nach 1 in einer Gehäusewand, in schematisierter Querschnittsdarstellung beim Auftreffen einer Druckwelle.
  • In 1 ist schematisiert ein Druckentlastungskörper 10 veranschaulicht, der zum Beispiel in oder an einer Gehäusewand eines explosionsgeschützten Gehäuses anbringbar ist, um einen schnellen Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung zu ermöglichen. Der Druckentlastungskörper 10 weist eine erste Anzahl von Drahtgewebelagen 11 auf, die einen ersten Teilkörper 12 bilden. Es ist eine weitere Anzahl von Drahtgewebelagen 13 vorgesehen, die untereinander stoffschlüssig verbunden sind und einen zweiten Teilkörper 14 bilden. Die in den beiden Teilkörpern 12, 14 jeweils untereinander verbundenen Drahtgewebelagen sind vorzugsweise beispielsweise durch randseitiges Schweißen, insbesondere aber durch Sintern verbunden, so dass eine unüberschaubare Vielzahl von über die Fläche der Drahtgewebelagen 11 bzw. 13 verteilten Verbindungspunkte existieren.
  • Zwischen den beiden porösen Teilkörpern 12, 14 ist eine Zwischenlage 15 angeordnet, die vorzugsweise als Drahtgewebelage ausgebildet ist und die weiter vorzugsweise mit den beiden Teilkörpern 12, 14 vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist, beispielsweise durch Sintern. In diesem Fall bilden die Teilkörper 12, 14 mit der Zwischenlage 15 einen einzigen Sinterkörper. Außerdem kann der Druckentlastungskörper 10 an seinen beiden senkrecht zu der Durchströmungsrichtung R stehenden Flachseiten mit Drahtgewebelagen 16, 17 versehen sein, die zum Beispiel aus einem Drahtgewebe bestehen, das mit der Zwischenlage 15 übereinstimmt oder dessen Maschenweite und dessen Drahtdurchmesser den gleichen Bedingungen unterliegt, wie die Zwischenlage 15.
  • 2 veranschaulicht einen vergrößerten Ausschnitt II, der die Zwischenlage 15, den Teilkörper 12 und die Decklage 16 erfasst. Wie in 2 etwas übertrieben dargestellt, ist dabei der Durchmesser dz des Drahts 18 der Zwischenlage 15 deutlich größer als jeder Drahtdurchmesser in dem Teilkörper 12 (4). Der Teilkörper 12 enthält jedenfalls mehr als zwei, vorzugsweise viele Drahtgewebelagen 11, die vorzugsweise jeweils vollflächig den gesamten Querschnitt des Teilkörpers 12 einnehmen. Die Durchmesser d der in den Drahtgewebelagen 11 vorhandenen Drähte 19 liegen gemäß 4 in einem Drahtdurchmesser-Bereich D, der von einem Minimaldurchmesser dmin bis zu einem Maximaldurchmesser dmax reicht. Die untere Drahtdurchmessergrenze dmin liegt bei etwa 0,1 mm während die Obergrenze dmax bei vorzugsweise höchstens 1 mm liegt. Der Drahtdurchmesser dz des Drahts 18 der Zwischenlage 15 ist außerhalb dieses Durchmesserbereichs D festgelegt. Vorzugsweise ist der Durchmesser dz des Drahts 18 der Zwischenlage 15 wenigstens 1,5 mal so groß wie der größte Durchmesser dmax des Durchmesserbereichs D. Entsprechendes gilt für den Draht 20 der Decklage 16.
  • In der Zwischenlage 15 können die Drahtdurchmesser der einzelnen Drähte durchaus variieren. Es gilt jedoch, dass mindestens die den Abstand zwischen den beiden Teilkörpern 12, 14 bestimmenden Drähte, wie z.B. der Draht 18, einen Durchmesser dz außerhalb des Durchmesserbereichs D aufweisen.
  • Ähnlich sind die Verhältnisse hinsichtlich der Maschenweite m in dem Teilkörper 12 und in der Zwischenlage 15. Die Maschenweite m der Traggewebelagen 11 liegt in dem Teilkörper 12 in dem Maschenweiten-Bereich M der von einer minimalen Maschenweite mmin bis zu einer maximalen Maschenweite mmax reicht. Die minimale Maschenweite mmin liegt im Bereich eines Zehntel Millimeters während die maximale Maschenweite mmax im Bereich eines Millimeters liegt. Die Maschenweite mz der Zwischenlage ist größer als die maximal in dem Teilkörper 12 vorkommende Maschenwiete mmax , vorzugsweise wenigstens 1,5 mal so groß.
  • Für den Teilkörper 14 gelten vorzugsweise entsprechende Verhältnisse. Dabei kann sich jedoch die Anzahl der Drahtgewebelagen 11 von der Anzahl der Drahtgewebelagen 13 in den Teilkörpern 12, 14 unterscheiden.
  • 5 veranschaulicht den Aufbau des Druckentlastungskörpers 10 in einer ausschnittsweisen Explosionsdarstellung. Wie ersichtlich schließen sich an die Zwischenlage 15 an beide Flachseiten derselben die Drahtgewebelagen 11 und 13 der Teilkörper 12 und 14 an. Diese können, wie schon aus 2 ersichtlich, mit unterschiedlichen Drahtstärken hergestellt sein und zudem unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. Neben unterschiedlichen Drahtstärken weisen die einzelnen Lagen der Teilkörper 12 und 14 jeweils zumindest vorzugsweise unterschiedliche Maschenweiten m auf. Während die einzelnen Lagen der Teilkörper 12, 14 Maschenweiten m aufweisen, die in einem Maschenweitenbereich M liegen, liegt die Maschenweite mz der Zwischenlage 15 außerhalb dieses Maschenweitenbereichs M.
  • In 6 ist die vorzugsweise ungleiche Winkelausrichtung dreier Lagen 11 des Teilkörpers 12 veranschaulicht. In jeder Lage besteht das Drahtgewebe jeweils aus zueinander parallelen Kett-Drähten und einer Anzahl diese kreuzender paralleler Schuss-Drähte. Obwohl abweichende Formen auch möglich sind, ist der Teilkörper 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel rund ausgebildet, so dass die einzelnen Lagen 11 bezüglich einer Mittelachse 21 Kreisscheiben sind. Um diese Mittelachse 21 sind die einzelnen Lagen jeweils um einen Winkel β gegeneinander verdreht, so dass beispielsweise Schuss-Drähte aufeinanderliegender Lagen 11 jeweils um diesen Winkel β gegeneinander verdreht sind. Es ergibt sich dadurch ein über die Fläche verteiltes und in jeder Kontaktebene unterschiedliches Muster von Berührungspunkten, an denen die einzelnen Lagen im Sinterungsprozess miteinander stofflich verbunden sind. Die Drähte der einen Lage verdecken die Maschen anderer Lagen, so dass sich ein poröser Körper mit vielfach abgewinkelten nicht geraden Durchgangsporen ergibt.
  • 7 veranschaulicht die Funktion des Druckentlastungskörpers 10 bei einer in einem Innenraum 22 eines Gehäuses stattfindenden Explosion. In der Gehäusewand 23 ist der Druckentlastungskörper 10 angeordnet, um einen schnellen Druckausgleich von dem Innenraum 22 ausgehend in die Umgebung zu gestatten.
  • In 7 ist eine solche Explosion 24 in der Nähe der Gehäusewand 23 veranschaulicht, wobei die sich als sphärischer Verdichtungsstoß ausbreitende Druckwelle 25 zu verschiedenen Zeitpunkten durch drei Kreisbögen veranschaulicht ist. Zu einem frühen Zeitpunkt t0 trifft die Druckwelle 25 auf den Druckentlastungskörper 10. Entsprechend dringen heiße Gase durch den Teilkörper 12 und treffen zu dem Zeitpunkt t1 auf die Zwischenlage 15. Hier ist erstmals eine großvolumige Querströmung möglich, womit sich der Druckstoß, wie Pfeile 26, 27 andeuten, bezüglich der Mittelachse 21 radial nach außen ausbreiten. Die ausgebreitete Druckwelle durchdringt deswegen den zweiten Teilkörper 14 auf breiter Front, wie in 7 durch die geringere Krümmung des die Druckwelle symbolisierenden Kreisbogens t2 veranschaulicht ist. Damit wird der Druckentlastungskörper auf vergrößerter Fläche durchdrungen. Die Strömung konzentriert sich weniger im mittleren Bereich und der gesamte Strömungswiderstand sinkt.
  • Ein erfindungsgemäßer Flammenschutzfilter 10 weist zwei aus verschiedenen Drahtgewebelagen 11, 13 bestehende Teilkörper 12, 14 auf, die untereinander durch eine Zwischenlage 15 aus besonders grobmaschigem Drahtgewebe verbunden sind. Das grobmaschige Drahtgewebe besteht vorzugsweise aus einem dicken Draht. Sowohl Drahtdurchmesser als auch die Maschenweite dieser Zwischenlage 15 sind vorzugsweise deutlich größer als die Maschenweiten und Drahtdurchmesser der für die Teilkörper 12, 14 verwendeten Drähte.
  • Der erfindungsgemäße Druckentlastungskörper 10 verbindet eine hohe mechanische Stabilität mit hoher Flammendurchschlagssicherheit und zugleich sehr niedrigem Strömungswiderstand.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Druckentlastungskörper/ Flammenschutzfilter
    11
    Drahtgewebelagen
    12
    erster Teilkörper
    13
    Drahtgewebelagen
    14
    zweiter Teilkörper
    15
    Zwischenlage
    16, 17
    Decklagen
    18
    Draht der Zwischenlage 15
    19
    Drähte des Teilkörpers 12
    20
    Draht der Decklage 16
    21
    Mittelachse
    22
    Innenraum
    23
    Gehäusewand
    24
    Explosion
    25
    Druckwelle
    26, 27
    Pfeile
    t0 - t2
    Zeitpunkte der sich ausbreitenden Druckwelle 25
    R
    Durchströmungsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014116149 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Flammenschutzfilter (10), bestehend aus: einer Anzahl von Gewebelagen (11, 13), deren Maschenweiten (m) in einem Maschenweiten-Bereich (M) festgelegt ist, und wenigstens einer Zwischenlage (15), deren Maschenweite (mz) größer als die größte, innerhalb des festgelegten Maschenweitenbereichs (M) liegende Maschenweite (mmax) festgelegt ist.
  2. Flammenschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgewebelagen (11, 13) Drähte (19) aufweisen, deren Durchmesser (d) in einem festgelegten Drahtdurchmesser-Bereich (D) liegt.
  3. Flammenschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (15) Drähte (18) mit einem Durchmesser (dz) aufweist, der größer, als der größte innerhalb des Drahtdurchmesser-Bereichs (D) liegende Durchmesser (dmax) ist.
  4. Flammenschutzfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenweite (mz) der Zwischenlage (15) wenigstens 1,5-mal so groß ist, wie die größte, in dem Maschenweiten-Bereich (M) liegende Maschenweite (mmax).
  5. Flammenschutzfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (dz) der Drähte (18) in der Zwischenlage (15) wenigstens 1,5-mal so groß ist, wie der größte innerhalb des Drahtdurchmesser-Bereichs (D) liegende Durchmesser (dmax).
  6. Flammenschutzfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (15) Querströmungskanäle festlegend ausgebildet ist.
  7. Flammenschutzfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgewebelagen (11, 13) abwechselnd größere und kleinere, innerhalb des Maschenweiten-Bereichs (M) liegende Maschenweiten (m) aufweisen.
  8. Flammenschutzfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgewebelagen (11, 13) abwechselnd größere und kleinere, innerhalb des Drahtdurchmesser-Bereichs (D) liegende Drahtdurchmesser (d) aufweisen.
  9. Flammenschutzfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Drahtgewebelagen (11, 13) unterschiedliche Orientierungen aufweisen.
  10. Flammenschutzfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgewebelagen (11, 13) und die Zwischenlage (15) miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
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