DE102017122957A1

DE102017122957A1 - Geschweißte Druckentlastungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017122957A1
Application number: DE102017122957.4A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Arnhold; Clife Hermanowski
Original assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Current assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Ein aus Drahtgewebe gesinterter Druckentlastungskörper ist an einem explosionsgeschützten Gehäuse durch Schweißung gehalten. Die entsprechende Schweißnaht (19) und/oder (21) weist einen Einbrand sowohl seitens des Druckentlastungskörpers (13) wie auch seitens des Gehäuseteils (18) auf und verbindet beide mechanisch fest und gasdicht.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Druckentlastungsvorrichtung für ein explosionsgeschütztes Gehäuse nach der Bauart „druckfeste Kapselung“ (ex-d) sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Explosionsgeschützte Gehäuse der genannten Bauart dienen der Aufnahme von Komponenten, beispielsweise elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, die Zündquellen für explosionsfähige Gase darstellen können. Sind solche Gase in das Gehäuse gelangt, gestatten Druckentlastungsvorrichtungen den Abbau von durch die Verpuffung im Gehäuse entstandenem Überdruck, wobei sie das Durchschlagen von Flammen oder glühenden Partikeln verhindern, um eine Zündung einer vorhandenen explosionsgefährdeten Atmosphäre außerhalb des Gehäuses auszuschließen.
Eine typische, diesem Zweck dienende Druckentlastungsvorrichtung ist der US 4,180,177 A zu entnehmen. Der poröse Druckentlastungskörper ist gasdurchlässig und wird, zwischen Ringflanschen geklemmt, in einer Druckentlastungsöffnung gehalten.
Ebenso beschreibt die DE 10 2010 016 782 A1 die Befestigung eines Druckentlastungskörpers durch Einspannen seiner ringförmigen Randzone zwischen entsprechenden Lagern und Flanschen. Außerdem beschreibt diese Druckschrift den Porenverschluss des Druckentlastungskörpers an seiner Umfangfläche mittels plastischen Materials, das die Poren der Umfangsfläche infiltriert und schließt. Zur Ummantelung können Materialien wie Kunststoff, Metall, ein Elastomer oder Ähnliches dienen.
Außerdem ist aus der DE 1 041 449 A eine explosionssicheres Gehäuse aus Metall bekannt, das eine mittels einer Filterplatte verschlossene Rechtecköffnung aufweist. Die Filterplatte ist mittels eines gleichfalls rechteckigen Rahmens gegen die Außenseite des Gehäuses gespannt, um die Rechtecköffnung abzudichten. Zwischen der Filterplatte und dem Behälter ist eine Metallgewebedichtung angeordnet.
Schließlich ist aus der DE 1 839 917 U eine Flammensperre mit einem Sintermetallkörper bekannt, der etwa einseitig geschlossen hohlzylindrisch ausgebildet ist. Der Sintermetallkörper ist mit einem massiven Ansatzstück aus gleichem Material versintert, das seinerseits mit dem Gehäuse verschraubt ist.
Die DE 10 2014 116 149 A1 empfiehlt als Druckentlastungskörper für Druckentlastungsvorrichtungen einen aus einer größeren Anzahl von Drahtgewebelagen gesinterten Körper, bei dem die Drahtgewebelagen hinsichtlich Maschengröße und Anordnung so aufeinander abgestimmt sind, dass ein starrer gasdurchlässiger, jedoch flammendurchschlagsicherer Körper gebildet ist. Dieser Druckentlastungskörper ist wiederum in einer Druckentlastungsöffnung eines Gehäuses angeordnet.
Während der Schutz gegen Flammendurchschlag seitens des Druckentlastungskörpers durch dessen sorgfältigen Aufbau und durch entsprechende Fertigungskontrolle sichergestellt werden kann, ist die flammendurchschlagsichere Befestigung des Druckentlastungskörpers in oder an einer Druckentlastungsöffnung eines Gehäuses ein Problem, das besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Auch nach längerer Benutzung muss Sicherheit gegen Flammendurchschlag bestehen, Fehlfunktionen müssen sicher ausgeschlossen werden.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein serientaugliches Konzept zur Befestigung von Druckentlastungskörpern an Druckausgleichsöffnungen von Gehäusen oder Gehäuseteilen anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Gehäuse nach Anspruch 1 wie auch mit dem Verfahren nach Anspruch 13 gelöst:
Bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse ist der Druckentlastungskörper an einer Druckausgleichsöffnung angeordnet und dort mit einem Gehäuseteil verschweißt. Dieses Konzept ist grundsätzlich bei allen schweißgeeigneten Druckentlastungskörpern und Gehäuseteilen einsetzbar. Insbesondere eignet sich dieses Konzept für Druckentlastungskörper und Gehäuseteile aus Stahl. Der Druckentlastungskörper wird vorzugsweise an der Innenseite des Gehäuses angeordnet und durch ein oder mehrere Schweißnähte befestigt.
Vorzugsweise besteht der Druckentlastungskörper aus mehreren Lagen aufeinanderliegend angeordneter Drahtnetze. Vorzugsweise sind diese untereinander durch Sinterung verbunden. Ein derartiger Druckentlastungskörper ist starr und im Rohzustand sowohl an seinen beiden Flachseiten wie auch an seiner Umfangsfläche porenoffen. Die Drahtnetze bestehen vorzugsweise aus einem korrosionsträgen, z.B. rostfreien Stahl, z.B. Edelstahl.
Bei einer bevorzugen Ausführungsform ist diese Umfangsfläche als glatte Schnittfläche ausgebildet, wobei sie mit einer Verschmelzungsschicht versehen sein kann. Die Verschmelzungsschicht kann durch eine Anschmelzung der Umfangsfläche und/oder durch Aufbringen eines Zusatzwerkstoffs, beispielsweise in einem Schweißverfahren ausgebildet sein. Die Verschmelzungsschicht kann durch eine Einbrandzone gebildet sein, die durch flächenhafte Einwirkung von Wärme erzeugt ist. Die Wärmeeinwirkung erfolgt vorzugsweise lokal und kontrolliert über die Umfangsfläche fortschreitend z.B. mittels bewegtem Lichtbogen, bewegtem Laserstrahl oder eine andere bewegte lokal wirksame Energiequelle. Das bevorzugte Verfahren ist dabei ein Laser-Pulver-Schweißverfahren, bei dem mittels eines Laserstrahls Metallpulver unter Schutzgas aufgeschmolzen wird. Als Zusatzwerkstoff eignet sich insbesondere zum Verbindungs- und Auftragschweißen geeignetes Metallpulver, wie Pulver der Stahlsorte 1.4430.
Die Verschmelzungsschicht nimmt vorzugsweise die gesamte Umfangsfläche des Druckentlastungskörpers oder auch lediglich Teile derselben ein. Sie dient zum Porenverschluss und zusätzlich zur mechanischen Fixierung der miteinander durch Sinterung verbundenen Drahtgewebelagen des Druckentlastungskörpers. Prinzipiell ist dieses Konzept jedoch auch bei Druckentlastungskörpern anwendbar, die aus anderen porösen Materialien bestehen, beispielsweise aus miteinander versinterten Körpern oder Kugeln. Die Aufschmelzung der Umfangsfläche und Bedeckung mit Zuschlagstoff kann in einem oder mehreren Umläufen eines Schweißkopfs um den Druckentlastungskörper erfolgen, wobei nacheinander die Verschmelzung des Randes des Druckentlastungskörpers und eine Kehlnaht zur Verbindung des Druckentlastungskörpers und des Gehäuses (oder umgekehrt) erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Druckentlastungskörper auf dem die Druckentlastungsöffnung umgebenden Rand des Gehäuseteils (innen und/oder außen) auf, und ist dort mit diesem mit einer sich entlang des gesamten Umfangs des Druckentlastungskörpers unterbrechungsfrei erstreckenden Schweißnaht verschweißt. Das Gehäuseteil kann die Gehäusewand selbst oder ein gesonderter Träger sein, der mit dem Druckentlastungskörper verschweißt und mit der Gehäusewand verbunden ist. Das Gehäuseteil kann seinerseits mit der Gehäusewand verschweißt, verklebt, verschraubt oder in die Gehäusewand eingeformt, z.B. eingegossen sein
Unabhängig davon, ob der Druckentlastungskörper direkt mit der Gehäusewand oder mit einem als Träger ausgebildeten Gehäuseteil verbunden ist, kann der Druckentlastungskörper innerhalb des Gehäuses oder alternativ außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Es ist auch möglich, sowohl an der Innenseite wie auch an der Außenseite des Gehäuses oder Gehäuseteils jeweils einen Druckentlastungskörper anzuordnen. Weiter ist es möglich, den Druckentlastungskörper in der Druckentlastungsöffnung anzuordnen. Die Befestigung erfolgt jeweils durch Schweißen, vorzugsweise mit einer sich unterbrechungsfrei um die Außenumfangsfläche und/oder den Umfang der Druckentlastungsöffnung erstreckenden Schweißnaht.
Zusätzlich zur Schweißverbindung können zwischen der betreffenden Flachseite des Druckentlastungskörpers und dem die Druckentlastungsöffnung umgebenden Rand des Gehäuseteils Abdichtungsmaterialien, wie Klebstoff, Elastomer, Kunststoff oder dergleichen, oder sonstige Dichtungen, z.B. aus Metallgestrick oder Metallgewebe angeordnet sein.
Weiter ist es möglich, in dem Druckentlastungskörper einen oder mehrere Durchbrüche vorzugsehen, die in der die Druckentlastungsöffnung umgebenden Randzone positioniert sind und die bei der Befestigung des Druckentlastungskörpers an dem Gehäuseteil mit Schweißwerkstoff gefüllt werden. Diese Art der Befestigung wird auch Lochschweißung oder Schlitzschweißung genannt. Es kann auf eine außen ringsum entlang der Umfangsfläche verlaufende Schweißnaht verzichtet werden oder eine solche Schweißnaht zusätzlich angebracht werden. Außerdem kann optional die Umfangfläche mit einer Anschmelzung versehen sein. Weiter optional kann zwischen dem Druckentlastungskörper und dem Gehäuseteil plastisches Dichtungsmaterial angeordnet sein.
Bei dem Gehäuse jeder der hier beschriebenen Bauarten kann die Druckentlastungsöffnung, unabhängig davon, ob der Druckentlastungskörper an der Gehäuseaußenseite oder in dem Gehäuseinnenraum an der Wandinnenseite angeordnet ist, durch Wandstege in mehrere Teilöffnungen unterteilt ausgebildet sein. Diese Maßnahme trägt zur Verbesserung der Verteilung des ausströmenden Gases über die Fläche des Druckentlastungskörpers bei. Der Wärmeeintrag in den Druckentlastungskörper wird auf einen größeren Teil seiner Fläche verteilt, wodurch wiederum die durch Gaskühlung erreichbare Druckreduktion steigt.
Anstelle der Wandstege oder zusätzlich zu diesen können zur Unterteilung der Gasströmung in oder an dem Druckentlastungskörper auch streifenförmige Presszonen vorgesehen sein, die sich z.B. von einer Stelle an dem Rand des Druckentlastungskörpers ausgehend bis zu einer anderen, am Rand gegenüberliegenden Stelle erstrecken. Die Presszonen sind plastisch deformierte Bereiche, in denen die Dicke des Druckentlastungskörpers reduziert ist. Es können mehrere sich kreuzende Presszonen vorgesehen sein. In den Presszonen ist das Porenvolumen reduziert oder beseitigt, so dass die Durchströmbarkeit dieser Zonen gegenüber den nichtkomprimierten Bereichen so weit reduziert ist, dass die die Druckentlastungsströmung auf die nichtkomprimierten Bereiche konzentriert.
Bei jedem der hier beschriebenen Gehäuse kann der Druckentlastungskörper angrenzend an die Umfangsfläche, die vorzugsweise als glatte Schnittfläche ausgebildet ist, ringsum mit einer plastisch deformierten und dadurch komprimierten Presszone versehen ist, in der das Porenvolumen reduziert oder beseitigt ist. Insbesondere kann dadurch das Volumen der zu erzeugenden Schweißnaht reduziert und auch die Schweißbarkeit des Druckentlastungskörpers verbessert werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Presszone um den gesamten Umfang des Druckentlastungskörpers. Außerdem ist die Breite des streifenförmigen komprimierten Bereichs vorzugsweise wenigstens so groß wie die Dicke des Druckentlastungskörpers.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen er Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen, Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Gehäuse, in schematisierter Perspektivdarstellung,
2 das Gehäuse nach 1, in einer weiter schematisierten Explosionsdarstellung,
3 das Gehäuse nach 1, in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung der Verbindungsstelle zwischen dem Druckentlastungskörper und dem Gehäuseteil,
4 eine alternative Ausführungsform der Befestigung des Druckentlastungskörpers an dem Gehäuseteil,
5 bis 7 weitere alternative Ausführungsformen der Befestigung des Druckentlastungskörpers an dem Gehäuseteil, jeweils in ausschnittsweiser Längsschnittdarstellung,
8 ein Gehäuse mit Druckentlastungskörper, der durch punktuelle Schweißungen gehalten ist, in schematisierter perspektivischer Darstellung, und
9 das Gehäuse nach 8, in Explosionsdarstellung,
10 das Gehäuse ähnlich 1 mit randseitig komprimiertem Druckentlastungskörper, in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung der Verbindungsstelle zwischen dem Druckentlastungskörper und dem Gehäuseteil,
11 das Gehäuse ähnlich 1 mit innenliegendem Druckentlastungskörper und Strömungsunterteilungsgitter.

In 1 ist ein Gehäuse 10 veranschaulicht, das als explosionsgeschütztes Gehäuse nach der Bauart „druckfeste Kapselung“ (ex-d) ausgebildet ist. Es umschließt einen in 2 angedeuteten Innenraum 11, in dem nicht weiter veranschaulichte elektrische und/oder elektronische Bauteile oder Komponenten angeordnet sein können, die Zündquellen für ein außerhalb des Gehäuses vorhandenes explosionsfähiges Gasgemisch darstellen können.
Das Gehäuse 10 weist eine z.B. aus Blech, insbesondere Stahlblech oder auch aus einem Gussmaterial, z.B. Aluminiumguss, bestehende Wandung auf, in der mindestens eine Druckausgleichsöffnung 12 ausgebildet ist, in oder an der ein Druckentlastungskörper 13 angeordnet ist. Dieser ist vorzugsweise ein plattenförmiger, ebener Sinterkörper mit einer ersten nach außen weisenden Flachseite 14 und einer zweiten, dem Innenraum 11 zugewandten Flachseite 15. Beide Flachseiten 14, 15 nehmen vorzugsweise jeweils die gesamte Fläche der Druckausgleichsöffnung 12 ein und weisen auf ganzer Fläche Öffnungen von flammendurchschlagsicheren Kanälen auf, die sich durch den Druckentlastungskörper 13 erstrecken. Vorzugsweise wird der Druckentlastungskörper 13 durch miteinander verschweißte bzw. durch Sintern verbundene ebene Lagen aus Metallgewebe gebildet. Das Metallgewebe ist vorzugsweise aus Edelstahldrähten gefertigt. Der Sinterkörper weist eine ringsumlaufende Umfangsfläche 16 auf, die die beiden Flachseiten 14, 15 miteinander verbindet. Die Umfangsfläche 16 kann als abschnittsweise ebene, rechtwinklig zu den Flachseiten 14, 15 orientierte Fläche ausgebildet sein. Alternativ kann die Umfangsfläche 16 schräg zu den Flachseiten 14, 15 orientiert sein. Der Druckentlastungskörper kann bei dieser und allen anderen Ausführungsformen rechteckig, quadratisch, anderweitig polygonal begrenzt oder rund, z.B. als Kreisscheibe ausgebildet sein.
Der Druckentlastungskörper 13 weist vorzugsweise die gleiche Form auf wie die Druckausgleichsöffnung 12, wobei er jedoch größer als diese ist (siehe dazu insbesondere 2). Deswegen ist die Druckausgleichsöffnung 12 von einem Randbereich 17 umgeben, auf dem der Druckentlastungskörper 13 in montiertem Zustand aufliegt. Der Randbereich 17 ist eine flache vorzugsweise ebene Zone eines Gehäuseteils 18, das durch ein Trägerteil oder von der Gehäusewand selbst gebildet sein kann. Das Gehäuseteil 18 ist vorzugsweise aus einem schweißfähigen Werkstoff, insbesondere Stahl, vorzugsweise Stahlblech ausgebildet. In den 1, 2, 3, 8 und 9 ist der Druckentlastungskörper 13 an dem Gehäuse 10 außen angebracht dargestellt. Er kann aber gleichermaßen an der Druckausgleichsöffnung innen angebracht sein. Die nachfolgende Beschreibung gilt dann entsprechend.
Der Druckentlastungskörper 13 ist bei dem in den 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gehäuses 10 an der Außenseite desselben angebracht. Die Flachseite 15 liegt auf dem Randbereich 17 des Gehäuseteils 18 (d.h. der Gehäusewand oder eines sonstigen flachen Trägerelements) auf und ist stoffschlüssig mit diesem verbunden. Dazu kann eine Schweißnaht 19 vorgesehen sein, die beispielsweise als Kehlnaht zwischen der Umfangsfläche 16 und der Außenseite der Gehäuseteil 18 ausgebildet ist. Die Schweißnaht 19 kann an dem Druckentlastungskörper 13 und an dem Gehäuseteil 18 gleiche oder unterschiedliche Einbrandtiefen aufweisen. Vorzugsweise wird die Scheißnaht 19 unter Zuhilfenahme eines Schweißzusatzwerkstoffs, typischerweise Stahlpulver oder auch Stahldraht erzeugt. Es können aber auch zusatzstofflose Schweißverfahren wie zum Beispiel Laserschweißen oder Schweißverfahren mit Zusatzwerkstoff, wie z.B. Laser-Pulver-Auftragschweißverfahren mit oder ohne Schutzgas angewandt werden.
Bei dem in 3 veranschaulichten und allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Umfangsfläche 16 ganzflächig oder auch lediglich teilweise mit einer Verschmelzungsschicht 20 zu versehen, um die dort vorhandenen Poren des Druckentlastungskörpers 13 zu schließen. Die Verschmelzungsschicht 20 kann durch oberflächliches Anschmelzen der Umfangsfläche 16 durch geeignete Energieeinwirkung zum Beispiel mittels Lichtbogens, Laserstrahl, Plasmastrahl oder dergleichen mit oder ohne Zuhilfenahme eines Zusatzwerkstoffs erzeugt werden. Dabei wird durch lokale Energieeinwirkung ein oberflächliches Schmelzbad erzeugt und dieses dann durch Relativbewegung zwischen dem Strahl und dem Druckentlastungskörper 13 in einem oder mehreren Umläufen entlang der Umfangsfläche bewegt, um diese ganz oder teilweise mit der Verschmelzungsschicht zu versehen. Dabei können auch randnahe Bereiche der Flachseiten 14, 15 des Druckentlastungskörpers einbezogen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 lässt die Verschmelzungsschicht 20 einen kleinen Abschnitt der Umfangsfläche 16 frei. Es wird jedoch bevorzugt, die Verschmelzungsschicht 20 auf der gesamten Umfangsfläche 16 auszubilden und gegebenenfalls außerdem auf kleinere randnahe Teile der Flachseiten 14, 15 erstrecken. Die Schweißnaht 19 kann zwischen dem Druckentlastungskörper 13 und dem Gehäuseteil 18 ausgebildet werden, nachdem die Verschmelzungsschicht 20 ausgebildet worden ist. Es ist jedoch auch möglich, die Verschmelzungsschicht 20 und die Schweißnaht 19 gleichzeitig beispielsweise durch einen entsprechend bewegten Laserstrahl auszubilden.
Der Druckentlastungskörper 13 liegt gemäß 3 ohne weitere Verbindung zu dem Gehäuseteil 18 auf dem Randbereich 17 auf. Es ist jedoch optional möglich, zur besseren Verbindung zwischen dem Druckentlastungskörper 13 und dem Gehäuseteil 18 eine weitere Schweißnaht 21 an der Druckentlastungsöffnung 12, d.h. deren Rand vorzusehen. Diese Schweißnaht 21 kann als Kehlnaht zwischen der Flachseite 15 und der Berandung der Druckentlastungsöffnung mit oder ohne Zusatzwerkstoff durch ein geeignetes Schweißverfahren ausgebildet sein. Weiter alternativ kann die Schweißnaht 21 die Schweißnaht 29 ersetzen. Wenigstens eine der beiden Schweißnähte 19, 21 ist ringförmig geschlossen ausgebildet.
Bei den insoweit beschriebenen und auch allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen können als Schweißverfahren MIG-Schweißen, MAG-Schweißen, WIG-Schweißen, Lichtbogen-Handschweißen, Laserschweißen ohne Zusatzwerkstoff, Laserschweißen mit Zusatzwerkstoff, Unterpulverschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Plasmaschweißen oder andere geeignete Schweißverfahren angewendet werden. Als Schweißverfahren werden alle stoffschlüssigen Verbindungsverfahren angesehen, bei denen eine Schweißnaht ausgebildet wird, die sowohl an dem Gehäuseteil 18 als auch an dem Druckentlastungskörper 13 einen Einbrand, d.h. einen Schmelzbereich aufweist.
Eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses 10 veranschaulicht 4. Die vorstehende Beschreibung gilt unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen entsprechend auch für diese Ausführungsform. Jedoch ist im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Kehlnaht 19 so ausgebildet, dass sie zumindest einen großen Teil, vorzugsweise aber die gesamte Höhe der Umfangsfläche 16 einnimmt. Die Kehlnaht 19 bewirkt somit sowohl die Randabdichtung des Druckentlastungskörpers 13 wie auch dessen Befestigung. Zusätzlich oder alternativ zu der Kehlnaht 10 kann wiederum die an der Flachseite 15 ansetzende Schweißnaht 21 vorgesehen sein. Wenigstens eine der beiden Schweißnähte 19, 21 ist ringförmig geschlossen ausgebildet.
Bei dem vorstehend beschriebenen und allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann, die zwischen den Flachseiten 14, 15 zu messende Dicke D des Druckentlastungskörpers von der Dicke W der Gehäusewand abweichen. Insbesondere kann die Dicke D des Druckentlastungskörpers 13 größer sein als die Dicke W des Gehäuseteils 18. Die Biegesteifigkeit des Druckentlastungskörpers 13 kann sich von der Biegesteifigkeit des Gehäuseteils 18 und/oder der Gehäusewand unterscheiden. Insbesondere ist es möglich, dass die Biegesteifigkeit des Druckentlastungskörpers 13 größer ist als diejenige des Gehäuseteils 18 und/oder der Gehäusewand. In diesen Fällen kann die Schweißnaht 19 oder die Schweißnaht 21 bei Kraftimpulsbelastung infolge einer im Gehäuse stattfindenden Explosion Mikrorelativbewegungen zwischen dem Druckentlastungskörper 13 und der Gehäusewand zulassen. Die Schweißnaht 19 oder 21 kann in diesem Fall nach Art eines Scharniers wirken, das zumindest geringe Winkel-Relativbewegungen zulässt.
Während die insoweit beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung davon ausgehen, dass der Druckentlastungskörper 13 an die Außenseite des Gehäuses 10 angesetzt ist, wird hier nochmals darauf hingewiesen, dass der Druckentlastungskörper 13 auch in der Druckentlastungsöffnung 12 oder innerhalb des Innenraums 11, d.h. von außen gesehen hinter der Druckentlastungsöffnung 12 angeordnet sein kann. Dies hat den Vorteil, dass der Druckentlastungskörper 13 im Falle einer Explosion zu der Gehäusewand hin gedrückt und somit durch diese Formschlüssig gehalten wird.
Es wird auf 5 verwiesen; der Druckentlastungskörper 13 weist dort beispielhaft eine mit der Dicke W des Gehäuseteils 18 übereinstimmende Dicke D auf. Er ist wiederum durch ein oder zwei Schweißnähte 19, 21 mit dem Gehäuseteil 18 verbunden, von denen mindestens eine sich um den gesamten Umfang des Druckentlastungskörpers erstreckt. Die Schweißnähte 19, 21 können Stumpfnähte sein, die mit oder ohne Zusatzwerkstoff in einem der oben genannten Schweißverfahren erzeugt sind und sich wie dargestellt auf den oberen und unteren Rand der Druckentlastungsöffnung beschränken. Es ist jedoch auch möglich, zwischen dem Druckentlastungskörper 13 und dem Umfang der Druckentlastungsöffnung 12 eine Stumpfnaht vorzusehen, die die Umfangsfläche 16 vollflächig einnimmt. Dies ist beispielsweise durch Laserschweißen möglich. Außerdem kann der Druckentlastungskörper 13 auch eine von der Dicke des Gehäuseteils 18 abweichenden größeren oder kleineren Dicke aufweisen. Er kann zentrisch angeordnet sein, so dass seine mittig zwischen den beiden Flachseiten 14, 15 liegende Mittelebene mit der Mittelebene des Gehäuseteils 18 übereinstimmt. Alternativ kann er auch außermittig angeordnet sein, so dass seine Mittelebene in einem Abstand zu der Mittelebene des Gehäuseteils angeordnet ist.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform mit Befestigung des Druckentlastungskörpers 13 in dem Innenraum 11, so dass der Druckentlastungskörper 13 den Randbereich 17 der Druckentlastungsöffnung 12 hintergreift. Optional kann die Umfangsfläche 16 mit einer Verschmelzungsschicht 20 versehen ein. Zur gasdichten und mechanisch festen Verbindung zwischen dem Druckentlastungskörper 13 und dem Gehäuseteil 18 können die rings um die Umfangsfläche 16 führende Schweißnaht 19 und/oder die um den Rand der Druckentlastungsöffnung 12 herum führende Schweißnaht 21 vorgesehen sein. Wie bei allen Ausführungsbeispielen ist wenigstens eine der Schweißnähte 19 und 21 unterbrechungsfrei ausgebildet, so dass sie einen geschlossenen Ring bildet (bzw. bilden).
An dem in 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist auch verdeutlicht, dass zwischen dem Druckentlastungskörper 13 und dem Randbereich 17 des Gehäuseteils 18 eine Dichtung 22 angeordnet sein kann. Diese kann aus formloser Masse wie Klebstoff, Elastomer oder dergleichen oder auch aus einem Körper definierter Form, wie zum Beispiel einer Gummizwischenlage oder einer Zwischenlage aus geeigneten Dichtungsmaterial, bestehen. Eine solche Dichtung 22 kann bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen mit Ausnahme der Ausführungsform nach 5 vorgesehen werden.
Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Druckentlastungskörper 13 direkt mit der Gehäusewand oder lediglich mit einem entsprechenden vorzugsweise aus Blech bestehenden Gehäuseteil 18 verschweißt sein, das seinerseits mit der Gehäusewand verbunden ist. 7 veranschaulicht dies am Beispiel einer im Gussverfahren, beispielsweise Aluminiumguss, hergestellten Gehäusewand 18', in die ein ebener ringförmiger Träger eingegossen ist, der den Gehäuseteil 18 bildet. Dieser Träger umschließt ringförmig die Druckentlastungsöffnung 12 und kann mit dem Druckentlastungskörper 13 nach jeder der oben beschriebenen Arten verbunden sein. Die gegossene Wand kann sich bis an den Druckentlastungskörper 13a und/oder 13b heran erstrecken oder, wie dargestellt, einen Abstand zu diesem einhalten.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, an einer Druckentlastungsöffnung 12 sowohl an der Außenseite wie auch an der Innenseite einen Druckentlastungskörper 13 anzubringen, wobei dazu jede der in den 3, 4 und 6 veranschaulichten Strukturen und Verfahren angewendet und beliebig miteinander kombiniert werden können. Dies ist unabhängig davon, ob das Gehäuseteil 18 ein in die Gehäusewand 18' eingegossener Träger ist, wie es in 7 veranschaulicht ist, oder ob das Gehäuseteil 18 selbst die Gehäusewand bildet.
Wenn, wie es 7 veranschaulicht ist, zu beiden Seiten des Gehäuseteils 18 jeweils ein Druckentlastungskörper 13a, 13b angeordnet ist, ist zwischen beiden Druckentlastungskörpern 13a, 13b ein Diffusionsraum 24 festgelegt, der zu einer Vergleichmäßigung der Gasströmung durch die beiden Druckentlastungskörper 13a, 13b führt. Dies kann zu einer besonders wirksamen Minderung von Druckspitzen in dem Gehäuse 10 führen.
Wenn die beiden Druckentlastungskörper 13a, 13b gemeinsam an einer Druckentlastungsöffnung 12 vorgesehen sind, können beide durch an den Umfangsflächen 16a, 16b vorgesehene Kehlnähte 19a, 19b an dem Gehäuseteil 18 gehalten sein. Die Kehlnähte 19a, 189b können die Umfangsflächen 16a, 16b vollständig oder teilweise einnehmen. An den Umfangsflächen 16a, 16b wenigstens eines der Druckentlastungskörper 13a, 13b können Verschmelzungsschichten 20a, 20b vorgesehen sein. Es sind auch asymmetrische Lösungen möglich, bei denen nur einer der Druckentlastungskörper 13a, 13b mit einer äußeren Kehlnaht 19a oder 19b unter jeweils andere mit einer inneren Kehlnaht 21a oder 21b fixiert ist. Auch bei einer solchen Lösung kann wiederum wenigstens einer der Druckentlastungskörper 13a, 13b mit einer Verschmelzungsschicht 20a, 20b an seinem Umfang versehen sein. Auch können zusätzlich Abdichtungsmaßnahmen zum Beispiel in Gestalt von Dichtungen nach Art der Dichtung 22 in 6 vorgesehen sein.
Während bei allen vorstehenden Ausführungsformen die Schweißnähte 19 und 21 entweder rings um die Außenumfangsfläche 15 des Druckentlastungskörpers 13 oder im Fall der Schweißnaht 21 entlang des Randes der Druckentlastungsöffnung 12 führen sind alternative Ausführungsformen möglich, wie es die 8 und 9 veranschaulichen. Der dort dargestellte Druckentlastungskörper 13 weist mehrere Öffnungen 25 auf, die auf den Randbereich 17 führen, wenn der Druckentlastungskörper 13 auf der Druckentlastungsöffnung 12 platziert ist. Die Ausnehmungen können im Schweißverfahren mit Schweißzusatzwerkstoff gefüllt sein, wobei die so gebildete Verschweißung den Randbereich 17 mit dem Druckentlastungskörper 13 verbindet. Die Umfangsflächen 16 des Druckentlastungskörpers 13 kann offen bleiben oder nach jedem der vorstehend genannten Verfahren mit einer Verschmelzungsschicht 20 versehen sein. Der nach diesem Konzept mit dem Gehäuseteil 18 verbundene Druckentlastungskörper 13 kann sowohl an der Außenseite des Gehäuses 10, wie in 8 dargestellt ist, als auch im Innenraum des Gehäuses 10 angeordnet und von innen her mit dem Randbereich 17 des Gehäuseteils 18 verbunden sein. Außerdem kann das Gehäuseteil 18 die Gehäusewand selbst oder ein mit diese verbundener Träger sein. Zur zusätzlichen Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Druckentlastungskörper 13 kann die Außenumfangsfläche 16 mit dem Gehäuseteil 18 über eine Kehlnaht verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine den Rand der Druckentlastungsöffnung 12 mit der zugewandten Flachsseite 15 verbindende rings um die Druckentlastungsöffnung 12 führende Schweißnaht vorgesehen sein.
Bei allen Ausführungsformen kann die Anbringung des Druckentlastungskörpers 13 an die Gehäusewand als flaches Blech vor der Ausformung des Gehäuseteils 18 erfolgen. Der Druckentlastungskörper 13 wird dazu an einem flachen, mit der Druckausgleichsöffnung 12 versehenen Blech befestigt, wonach das Blech an den vorgesehenen Biegelinien 23 - 26 (siehe 2) abgewinkelt und die Gehäusekanten 27 - 30 vorzugsweise mit dem gleichen Schweißverfahren verschweißt werden, das auch zur Befestigung des Druckentlastungskörpers 13 an dem Gehäuse 18 dient.
Bei allen vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Druckentlastungskörper 13 eine Modifikation aufweisen, die am Beispiel der Ausführungsform nach 10 veranschaulicht ist. Der Druckentlastungskörper 13 kann an seinem Rand 31, der sich vorzugsweise direkt an die Außenumfangsfläche 16 anschließt, eine Kompressionszone 32 aufweisen, in der der Druckentlastungskörper 13 zusammengedrückt ist, so dass das vorhandene Porenvolumen deutlich reduziert oder beseitigt ist. Die plastische Deformation zur Erzeugung der Kompressionszone 32 kann zum Beispiel in kaltem Zustand des aus gesinterten Drahtgewebe bestehenden Druckentlastungskörpers 13 in einem Kaltverformprozess stattfinden. Es ist auch möglich, die Kompression unter Zuhilfenahme einer zuvorigen oder während der Kompression stattfindenden Erwärmung des Druckentlastungskörpers 13 wenigstens in dem zu komprimierenden Bereich vorzunehmen. Die Kompression kann, wie in 10 dargestellt, einseitig stattfinden, so dass die Flachseite 15 vollständig eben und die Flachseite 14 mit einer Stufe versehen wird. Es ist auch möglich, die sich durch die Dickenreduktion des Druckentlastungskörpers 13 an seinem Rand 31 ergebende Abstufung auf beide Flachseiten 14, 15 zu verteilen.
Der komprimierte Rand 31 kann eine Breite aufweisen, die geringer ist als die Breite des Randbereichs 17, wobei der Druckentlastungskörper 13, wie in 1 angedeutet, an dem Gehäuse angeschweißt sein kann. Er kann jedoch auch gemäß 5 in die Druckentlastungsöffnung 12 eingesetzt oder entsprechend 6 an der Innenseite des Gehäuseteils 18 angebracht sein. Es ist auch möglich, einen oder zwei solcher Druckentlastungskörper wie die Druckentlastungskörper 13a, 13b nach 7 ein- oder beidseitig an einem Gehäuseteil 18 anzubringen, das seinerseits an einer Gehäusewand befestigt ist, beispielsweise entsprechend 7 durch Eingießen in eine Gehäusewand 18'.
In 11 ist eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Gehäuses als Gehäuse 10' veranschaulicht, dessen Besonderheit darin besteht, dass die Druckentlastungsöffnung 12 in Teilöffnungen 12a, 12b, 12c, usw., unterteilt ist. Die Unterteilung der Druckentlastungsöffnung 12 in Teilöffnungen 12a, b, c, usw., erfolgt durch Wandstege 33, 34. Vorzugsweise sind diese einstückiger Bestandteil des Gehäuseteils 18, wobei sie vorzugsweise ein regelmäßiges Gitter bilden. Der Druckentlastungskörper 13 überdeckt vorzugsweise alle Teilöffnungen 12a, 12b, 12c usw. Alternativ können aber auch jeweils lediglich zwei oder mehrere Druckentlastungskörper vorgesehen sein, die jeweils ein oder mehrere der Teilöffnungen abdecken und entsprechend mit den Wandstegen 33, 34 verschweißt sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist jedoch lediglich ein einziger Druckentlastungskörper 13 vorgesehen, der alle Teilöffnungen 12a, 12b, 12c, usw., überbrückt und mit der Gehäusewand des Gehäuseteils 18 lediglich an seinem alle Teilöffnungen 12a, b, c, usw. umgebende Umfang verschweißt ist. Mit dem durch die Wandstege 33, 34 erzeugten Gitter wird eine Druckentlastungsströmung in Teilströmungen aufgeteilt, womit der Wärmeeintrag in den Druckentlastungskörper 13 auf eine größere Fläche verteilt und somit die Wirksamkeit des Druckentlastungskörpers 13 zum Druckabbau vergrößert wird.
Ein durch Wandstege 33, 34 gebildetes Gitter kann auch an dem Gehäuseteil 18 nach 7 ausgebildet sein, wobei es dann zwischen den beiden Druckentlastungskörpern 13, 13b liegt. Ebenso kann es bei den Ausführungsformen nach 1 bis 4 sowie 8 und 9 zur Anwendung kommen.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Druckentlastungskörper 13 bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen anstelle der Schweißverbindung auch anderweitig mit dem Gehäuseteil 18 verbunden sein kann, beispielsweise durch Kleben oder auch Löten insbesondere Hartlöten (Ofenlöten oder dergleichen). Weiter ist es möglich, die stoffschlüssige Verbindung durch formschlüssige Verbindungen zu unterstützen, beispielsweise durch Schraubverbindungen, Klemmverbindungen oder dergleichen. Beispielsweise können am Rand des Druckentlastungskörpers 13, insbesondere, sofern vorhanden, in der Kompressionszone 32 Schrauben vorgesehen sein, die zusätzlich zu einer stoffschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise einer Klebeverbindung, eine formschlüssige Sicherung des Druckentlastungskörpers 13 an dem Gehäuseteil 18 bewirken.
Ein aus Drahtgewebe gesinterter Druckentlastungskörper 13 ist an einem explosionsgeschützten Gehäuse durch Schweißung gehalten. Die entsprechende Schweißnaht 19 und/oder 21 weist einen Einbrand sowohl seitens des Druckentlastungskörpers 13 wie auch seitens des Gehäuseteils 18 auf und verbindet beide mechanisch fest und gasdicht.
Bezugszeichenliste

10, 10': Gehäuse
11: Innenraum
12: Druckentlastungsöffnung
13, 13a, 13b: Druckentlastungskörper
14: äußere Flachseite des Druckentlastungskörpers 13
15: innere Flachseite des Druckentlastungskörpers 13
16: Außenumfangsfläche des Druckentlastungskörpers 13
17: Randbereich
18: Gehäuseteil
18': Gehäusewand (z.B. Aluminiumguss)
19: Schweißnaht
20: Verschmelzungsschicht
21: Schweißnaht
22: Dichtung
23 - 26: Biegelinien
27 - 30: Gehäusekanten
31: Rand des Druckentlastungskörpers 13
32: Kompressionszone
33, 34: Wandstege

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4180177 A [0003]
DE 102010016782 A1 [0004]
DE 1041449 A [0005]
DE 1839917 U [0006]
DE 102014116149 A1 [0007]

Claims

Explosionsgeschütztes Gehäuse (10) nach der Bauart „Druckfeste Kapselung“ (ex-d), das einen Innenraum (11) umgrenzt, in dem elektrische Komponenten unterbringbar sind, die Zündquellen bilden können, und das einen Gehäuseteil (18) aufweist, an dem eine Druckausgleichsöffnung (12) ausgebildet ist, mit wenigstens einem Druckentlastungskörper (13), der zwei voneinander weg weisende Flachseiten (14, 15) und eine die Flachseiten (14, 15) verbindende Umfangsfläche (16) aufweist und an der Druckausgleichsöffnung (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (12) mit dem Gehäuseteil (18) verschweißt oder anderweitig stoffschlüssig verbunden ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (13) ein Drahtnetz-Sinterkörper ist, der aus mehreren miteinander durch Sinterung verbundenen Drahtgewebelagen besteht.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (13) angrenzend an die Umfangsfläche (16), die vorzugsweise als glatte Schnittfläche ausgebildet ist, ringsum mit einer Presszone versehen ist, in der das Porenvolumen reduziert oder beseitigt ist.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (16) des Druckentlastungskörpers (13) eine vorzugsweise durch eine Schweißnaht (19) gebildete Verschmelzungsschicht (20) ausgebildet ist, die sich von einer der Flachseiten (14) bis zu der anderen Flachseite (15) erstreckt.
Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verschmelzungsschicht (20) entlang der gesamten Umfangsfläche (16) des Druckentlastungskörpers (13) erstreckt und diese vollständig bedeckt.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachseiten (14, 15) des Druckentlastungskörpers (13) eben ausgebildet sind.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (13) und die Druckentlastungsöffnung (12) jeweils einen rechteckigen Umriss aufweisen, wobei der Umriss des Druckentlastungskörpers (13) größer ist als der Umriss der Druckentlastungsöffnung (12).
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckentlastungsöffnung (12) durch Wandstege () in mehrere Teilöffnungen (12a, 12b)unterteilt ist.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (13) über eine Schweißnaht (19) mit dem Gehäuseteil (18) verbunden ist.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (13) einen oder mehrere Durchgänge aufweist, an denen der Druckentlastungskörper (13) mit dem Gehäuseteil (18) verschweißt ist.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (13) auf einem die Druckentlastungsöffnung (12) des Gehäuseteils (18) umgebenden Rand (17) aufliegend angeordnet ist.
Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (16) des Druckentlastungskörpers (13) frei liegend mit direkter Berührung der umgebenden Atmosphäre oder des Innenraums angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines explosionsgeschützten Gehäuses, mit folgenden Schritten: Bereitstellung eines Gehäuses (10) das einen Innenraum (11) umgrenzt, in dem elektrische Komponenten unterbringbar sind, die Zündquellen bilden können, und das einen Gehäuseteil (18) aufweist, an dem eine Druckausgleichsöffnung (12) ausgebildet ist, Bereitstellung wenigstens eines Druckentlastungskörpers (13), der zwei voneinander weg weisende Flachseiten (14, 15) und eine die Flachseiten (14, 15) verbindende Umfangsfläche (16) aufweist Anordnen des Druckentlastungskörpers (13) an der Druckausgleichsöffnung (12), Verschweißen des Druckentlastungskörpers (13) mit dem Gehäuseteil (18).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (13) an seiner Umfangsfläche (16) angeschmolzen wird, um Poren zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Verbindung des Druckentlastungskörpers (13) dienende Schweißnaht (19) entlang der gesamten Umfangsfläche (16) und/oder in Durchbrüchen ununterbrochen ausgebildet wird.