DE102017223733B3

DE102017223733B3 - Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Betriebsmittel

Info

Publication number: DE102017223733B3
Application number: DE102017223733.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Haag; Ralf Huck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2037-12-23
Also published as: CN111512509A; US20210100112A1; WO2019122359A1; CN111512509B; US11706880B2

Abstract

Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) für elektrische Betriebsmittel (11), bestehend aus einer steifen Unterschale (2) und einer diese deckelartig abschließenden elastischen Oberschale (3), wobei
die Unterschale (2) einen Boden (4), vorzugsweise in Form eines abgerundeten Rechtecks, und Seitenwände (5) aufweist, deren Außenflächen um einen spitzen Winkel (β) nach innen geneigt sind,
die Oberschale (3) einen Deckelboden (6) und Seitenwände (7) aufweist, die um den Winkel (β) nach außen gespreizt sind,
die Innenweite der Oberschale (3) ein Untermaß gegenüber der Außenweite der Unterschale (2) aufweist, und
die Oberschale (3) mit der Unterschale (2) unter Ausbildung eines zünddurchschlagsicheren Spaltes zwischen den Seitenwänden (7) der Oberschale (3) und den Seitenwänden (5) der Unterschale (2) verpresst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Betriebsmittel.
Elektrotechnische Erzeugnisse, die in einer explosionsgefährdenden Umgebung installiert und betrieben werden, müssen den gesetzlichen Schutzmaßnahmen zur Vermeidung wirksamer Zündquellen im Rahmen des Explosionsschutzes entsprechen. Gehäuse in der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ („Ex d“) müssen dem Druck einer Explosion eines explosionsfähigen Gemisches im Inneren standhalten und die Übertragung der Explosion nach außen verhindern. Der Explosionsdruck hängt vom freien inneren Volumen und von der Form des Gehäuses ab. Das Gehäuse muss entsprechend stabil sein. Um zu verhindern, dass die Explosion aufgrund von Flammendurchschlag (Zünddurchschlag) durch Gehäuseöffnungen nach außen übertragen wird, darf bei allen nach außen führenden Gehäusespalten eine minimale Spaltlänge nicht unterschritten und eine maximale Spaltweite nicht überschritten werden. Ferner darf die Oberflächentemperatur an der Gehäuseaußenwand die Zündtemperatur der umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre nicht überschreiten.
Die DE 21 12 224 C3 offenbart ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Betriebsmittel, bestehend aus einem Gehäuseunterteil und einem Deckel mit einem zylindrischen Passungsteil, das unter Ausbildung eines zünddurchschlagsicheren Spalts in das Gehäuseunterteil eingreift. Der Deckel ist mittels Schrauben an dem Gehäuseunterteil befestigt. Um zu verhindern, dass bei einer Explosion im Inneren des Gehäuses und einer daraus resultierenden Aufwölbung des Deckelbodens nach außen das zylindrische Passungsteil im Sinne einer Vergrößerung des Spalts nach innen gedrückt wird, weist der Deckel im Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Passungsteil und dem Deckelboden eine elastische Zone auf. Die DE 197 33 237 C1 offenbart ein explosionsgeschütztes Kunststoffgehäuse mit einem Unterteil und einem Oberteil, die jeweils einen rechteckförmigen Boden und dazu senkrecht stehende Seitenwände aufweisen. Die Seitenwände des Oberteils ragen bis in das Unterteil hinein, so dass die Wände des Unterteils die Seitenwände des Oberteils teilweise überragen. An den Wänden des Unterteils sind Rasthaken angeformt, die an den Seitenwänden des Oberteils ausgebildete Widerlager übergreifen, so dass eine formschlüssige Rastverbindung des Unter- und Oberteils gegeben ist. An den Seitenwänden des Oberteils sind außerdem Außenwandteile angeformt, die sich auf Abstand parallel zu den Seitenwänden erstrecken und zwischen deren Innenfläche und den Rasthaken des Unterteils ein Spalt besteht. Dieser Spalt wird nach dem Zusammenbau des Gehäuses mit einem Gießharz gefüllt, so dass die Rasthaken in der dargestellten Position gegen ein Zurückbiegen bzw. Lösen gesichert sind und gewährleistet ist, dass das Gehäuse eine druckfeste Kapselung bildet. An dem Oberteil sind von außen zugängliche Kontaktklemmkörper für elektrische Zuleitungen angeordnet, was darauf hinweist, dass das, offenbar für Kraftfahrzeuge vorgesehene Gehäuse für den Einsatz im industriellen Umfeld (Prozessindustrie) nicht vorgesehen und nicht geeignet ist.
Aus der DE 196 34 671 C2 ist ein quaderförmiges Metallgehäuse der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ mit einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil bekannt, die schalenförmig ausgebildet sind und an einer einen Ex-Spalt bildenden Trennfuge, beispielsweise in Form einer Nut-Rippe-Verbindung zusammenstoßen. Das eine Gehäuseteil ist an seiner Fugenfläche, z. B. der Rippe, stoffschlüssig mit einer Beschichtung versehen, deren freie Fläche eine Negativabformung der Fugenfläche, z. B. der Nut, des jeweils anderen Gehäuseteils darstellt und die im geschlossenen Zustand des Gehäuses den konstruktiv vorhandenen spaltförmigen Raum zwischen beiden Fugenflächen ausfüllt. Die beiden Gehäuseteile werden mit Schrauben zusammengehalten, die in einem Bereich außerhalb des durch die Nut umgrenzten Bereiches angeordnet sind.
Die DE 28 16 691 C2 offenbart ebenfalls ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse mit einem topfartigen Oberteil und mit einem teilweise in das Oberteil hineinragenden schalenförmigen Unterteil, wobei der Spalt zwischen dem Oberteil und dem Unterteil mit einem Gießharz ausgefüllt ist.
Die DE 10 2015 106 350 A1 zeigt ein druckfestes Gehäuse mit einem Unterteil und einem in dieses einschraubbaren Deckel, wobei durch ineinander greifende Gewindegänge an den Seitenwänden von Deckel und Unterteil ein zünddurchschlagsicherer Spalt gebildet wird.
Werden explosionsgeschützte druckfeste Gehäuse unter Einbeziehung aller erforderlichen Einbauten wie z. B. Elektronik-, Mechanik- oder Pneumatik-Komponenten konzipiert, entwickelt und gefertigt, entstehen teure, aufwändig konstruierte Gehäuse mit entsprechend großen Volumina und Wandstärken.
Ziel dieser Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln und geringem Materialeinsatz ausschließlich solche Einbauten in Betriebsmitteln im Sinne der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ für den Einsatz im industriellen Umfeld zu schützen, die als potentielle Zündquelle angesehen werden können (insbesondere Elektronikbaugruppen).
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene explosionsgeschützte druckfeste Gehäuse gelöst, von dem vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Betriebsmittel, bestehend aus einer steifen Unterschale und einer diese deckelartig abschließenden elastischen Oberschale, wobei
die Unterschale einen Boden und Seitenwände aufweist, deren Außenflächen um einen spitzen Winkel zwischen 1,5° und 4° nach innen geneigt sind,
die Oberschale einen Deckelboden und Seitenwände aufweist, die um den Winkel nach außen gespreizt sind,
die Innenweite der Oberschale ein Untermaß gegenüber der Außenweite der Unterschale aufweist, und
die Oberschale mit der Unterschale unter Ausbildung eines zünddurchschlagsicheren Spaltes zwischen den Seitenwänden der Oberschale und den Seitenwänden der Unterschale verpresst ist.
Zu optimalen Volumenausnutzung bei, z. B., der Unterbringung von Elektronikbaugruppen ist das Gehäuse vorzugsweise quaderförmig, insbesondere als flacher Quader, mit dem Boden der Unterschale und dem Deckelboden jeweils in Form eines abgerundeten Rechtecks ausgebildet.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass das Oberteil überdehnt wird und damit unter sehr hoher Spannung auf dem Unterteil aufsitzt, so dass auch bei einer Explosion kein regelwidriger Spalt entstehen kann. Eine Verfüllung des Spaltes mit z. B. Gießharz, ist damit nicht erforderlich. Das erfindungsgemäße Ex-d Gehäuse berücksichtigt nur diejenigen Teile von Betriebsmitteln und ist nur für solche Teile ausgelegt, welche wirksame Zündquellen in Betriebsmitteln darstellen. Solche Zündquellen stellen in der Regel Elektronikbaugruppen dar. Das erfindungsgemäße Gehäuse hat einen im Wesentlichen flachen quaderförmigen Aufbau mit einen relativ kleinen Volumen, was kleinere Wandstärken ermöglicht und dadurch zu einer Vereinfachung der Konstruktion und Reduzierung des Gewichts im Vergleich zu herkömmlichen Ex-d Gehäusen führt. Es nicht vorgesehen, dass der Kunde das flache Ex-d Gehäuse zerstörungsfrei öffnen und die Elektronikbaugruppe aus dem Ex-d Gehäuse herausnehmen kann.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gehäuses ist vorgesehen, dass die Seitenwände der Oberschale die Unterschale an der äußeren Umfangskante des Bodens um- und hintergreifen oder in äußere Aussparungen des Unterteils eingreifen. Dazu können die Seitenwände der Oberschale abgekantet oder umgefalzt sein, oder durch Prägen oder Stanzen Laschen, Haken o. dgl. gebildet werden, die um den Boden der Unterschale greifen oder in seitliche Aussparungen wie z. B. eine umlaufende Nut greifen. Dadurch kann die Oberschale nach Abschluss des Verpressens mit der Unterschale automatisch einrasten oder nachträglich durch Herstellung der Hintergreifung, beispielweise durch Umbiegen, fixiert werden.
Anhand der Zeichnungen werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile beispielhaft erläutert. Im Einzelnen zeigen

1 eine Schnittdarstellung eines erstes Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gehäuses mit getrennter Ober- und Unterschale,
2 das Gehäuse gemäß 1 mit zusammengesetzter Ober- und Unterschale und Sicherung des Presssitzes,
3 die Oberschale in Draufsicht,
4 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gehäuses mit getrennter Ober- und Unterschale und
5 das Gehäuse gemäß 4 mit zusammengesetzter Ober- und Unterschale und Sicherung des Presssitzes.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstäblich.
Die 1 und 2 zeigen ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 1 bestehend aus einer steifen Unterschale 2 und einer elastischen Oberschale 3. Die Unterschale 2 weist einen Boden 4 in Form eines abgerundeten Rechtecks und Seitenwände 5 auf, deren Außenflächen vom Boden 4 ausgehend um einen spitzen Winkel β von etwa 1,5° bis 4°, idealerweise 3°, nach innen geneigt sind. Um die geforderte Steifigkeit zu erreichen, ist die Unterschale 2 mit vergleichsweise großer Wandstärke beispielsweise als Frästeil (z. B. aus Edelstahl) oder als Metall- oder Kunststoff-Gussteil mit ggf. gefrästen und/oder geschliffenen Außenflächen gefertigt.
Die Oberschale 3, deren Draufsicht 3 zeigt, weist einen Deckelboden 6, ebenfalls in Form eines abgerundeten Rechtecks, und Seitenwände 7 auf, die um den Winkel β nach außen gespreizt sind. Um die geforderte Elastizität zu erreichen, ist die Oberschale 3 mit vergleichsweise dünner Wandstärke, beispielsweise aus Tiefziehblech, mit einem Untermaß der Innenweite gegenüber der Außenweite der Unterschale 2 gefertigt.
1 zeigt das Gehäuse 3 mit getrennter Oberschale 3 und Unterschale 2, und 2 nach dem Verpressen beider Schalen 2, 3. Beim Verpressen von der Oberschale 3 auf die Unterschale 2 wird die Oberschale 3 derart gedehnt, dass sich alle Toleranzen ausgleichen und zwischen den Seitenwänden 7 der Oberschale 3 und den Seitenwänden 5 der Unterschale 2 eine Presspassung mit einem Null-Spalt entsteht, dessen Spaltlänge in Abhängigkeit des gewählten Gehäusevolumens den Anforderungen des Explosionsschutzes nach IEC 60079-1, ANSI/ISA 60079-1, FM3515 bzw. CSA C22.2 No.30 entspricht. Die Verbindung von beiden Schalen 2, 3 ist dann nicht mehr gewaltfrei zu öffnen und die Reibkräfte zwischen ihnen sind so dimensioniert, dass sie auch Gasexplosionen im Inneren der beiden Schalen 2, 3 sicher standhalten.
Um sicherzustellen, dass nicht nur der Presssitz ein Herausdrücken der Oberschale 3 bei einer Explosion im Inneren des Gehäuses 1 verhindert, kann, wie 2 zeigt, ein umlaufender Überstand 8 der Oberschale 3 nach dem Verpressen beider Schalen 2, 3 an dem Boden 4 der Unterschale 2 umlaufend umgelegt werden.
Die 4 und 5 zeigen als beispielhafte Alternative durch Stanzprägung in der Oberschale 3 ausgebildete Zungen 9, die nach dem Verpressen der beiden Schalen 2, 3 in Ausnehmungen 10 in den Seitenwänden 5 des Unterteils 2 rastend eingreifen. Alternativ können die Zungen 9 oder Abkantungen der Seitenwände 7 der Oberschale 3 den Boden 4 der Unterschale 2 um- und hintergreifen.
Die Außenabmessungen (Circa-Maße) des Gehäuses 3 betragen beispielsweise Breite B = 160 mm, Höhe H = 20 mm und Tiefe T = 20 mm. In dem Gehäuse 1 sind elektrische Betriebsmittel 11, hier eine Elektronikbaugruppe, angeordnet, deren elektrische Verbindung nach außen durch eine typ- oder baumustergeprüfte oder bescheinigte Ex-d Durchführung 12 (z. B. T08 Sockel) ermöglicht wird.

Claims

Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) für elektrische Betriebsmittel (11), bestehend aus einer steifen Unterschale (2) und einer diese deckelartig abschließenden elastischen Oberschale (3), wobei die Unterschale (2) einen Boden (4) und Seitenwände (5) aufweist, deren Außenflächen um einen spitzen Winkel (β) zwischen 1,5° und 4° nach innen geneigt sind, die Oberschale (3) einen Deckelboden (6) und Seitenwände (7) aufweist, die um den Winkel (β) nach außen gespreizt sind, die Innenweite der Oberschale (3) ein Untermaß gegenüber der Außenweite der Unterschale (2) aufweist, und die Oberschale (3) mit der Unterschale (2) unter Ausbildung eines zünddurchschlagsicheren Spaltes zwischen den Seitenwänden (7) der Oberschale (3) und den Seitenwänden (5) der Unterschale (2) verpresst ist.
Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) der Unterschale (2) und der Deckelboden (6) jeweils die Form eines abgerundeten Rechtecks aufweisen.
Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (7) der Oberschale (3) die Unterschale (2) an der äußeren Umfangskante des Bodens (4) um- und hintergreifen oder in äußere Aussparungen (10) des Unterteils (2) eingreifen.
Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (3) aus einem tiefgezogenen Blech, insbesondere einem Edelstahlblech besteht.
Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (2) aus einem Tiefzieh-, Fräs- oder Gussteil mit gefrästen und/oder geschliffenen Außenflächen der Seitenwände (5) besteht.
Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit den darin angeordneten elektrischen Betriebsmitteln (11) in Form einer flachen Elektronikbaugruppe.