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Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse. Das Gehäuse ist dazu eingerichtet, im Gehäuseinnenraum Einrichtungen aufzunehmen, die in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre als Zündquellen dienen könnten. Das explosionsgeschützte Gehäuse trennt den Gehäuseinnenraum explosionsgeschützt von der explosionsgefährdeten Atmosphäre in einer Umgebung ab.
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Ein derartiges Gehäuse ist beispielsweise aus
US 4,180,177 A bekannt. Bei diesem Gehäuse ist in einer Außenwand ein Einsatz zur Druckentlastung vorhanden, mittels dem ein Gasaustausch zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung stattfinden kann. Dadurch kann ein Explosionsdruck im Gehäuseinnenraum abgebaut werden, so dass die Integrität des Gehäuses auch im Falle einer Explosion erhalten bleibt. Außen ist der Einsatz durch eine Klappe abgedeckt. Die Abdeckung öffnet nur im dem Fall eines deutlichen Überdrucks im Gehäuseinnenraum.
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Problematisch ist bei explosionsgeschützten Gehäusen die Wärmeabfuhr aus dem Gehäuseinnenraum in die Umgebung, wenn im Gehäuse Wärmequellen angeordnet sind, wie beispielsweise elektrische und/oder elektronische Einrichtungen. Es muss vermieden werden, dass die Einrichtungen aufgrund zu hoher Temperaturen funktionsunfähig werden. Außerdem ist zu vermeiden, dass die Außenwände des Gehäuses eine Temperatur haben, die wiederum als Zündquelle für die explosionsgefährdete Atmosphäre dienen könnte. Druckentlastungseinrichtungen sind für eine solche Wärmeabfuhr nicht ausreichend.
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Die Wärmeabfuhr aus einem explosionsgeschützten Gehäuse ist in der Regel aufwendig und teuer. Es können beispielsweise Wärmetauscher eingesetzt werden, um die Wärme durch einen explosionsgeschützten Fluidkreislauf aus dem Gehäuseinnenraum nach außen zu transportieren. Durch solche Maßnahmen fallen neben den hohen Kosten für die Herstellung bzw. die Anschaffung weitere Kosten für die Wartung und Instandhaltung an.
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Es kann daher als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, ein explosionsgeschütztes Gehäuse zu schaffen, das mit einfachen Mitteln einen Wärmeaustausch zwischen einem Gehäuseinnenraum und einer Umgebung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein explosionsgeschütztes Gehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das explosionsgeschützte Gehäuse hat mehrere Außenwände, die einen Gehäuseinnenraum umgeben und explosionsgeschützt von einer explosionsgefährdeten Atmosphäre in einer Umgebung des Gehäuses trennen. Der Gehäuseinnenraum ist dabei nicht gasdicht abgeschlossen. Vielmehr ist in wenigstens einer Außenwand wenigstens ein gasdurchlässiger und zünddurchschlagsicherer Einsatz vorhanden. Der Einsatz stellt einen zünddurchschlagsicheren Gasaustausch zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Umgebung bereit. Er bildet somit einen zünddurchschlagsicheren Durchgangskanal für eine Gasströmung. Der zünddurchschlagsichere Einsatz kann beispielsweise eine poröses oder Maschen aufweisendes Strukturteil enthalten, beispielsweise ein Wirrfaserstrukturteil. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere Gitterlagen übereinander angeordnet werden, um ein Gitter für das Strukturteil zu bilden. Der gasdurchlässige, zünddurchschlagsichere Einsatz kann eine mittlere Maschen- oder Porengröße im Bereich von etwa 80 µm bis 250 µm aufweisen. Die Dicke des gasdurchlässigen, zünddurchschlagsicheren Einsatz in Gasströmungsrichtung beträgt beispielsweise mindestens 5 mm oder mindestens 10 mm. Vorzugsweise ist der Einsatz aus einem Werkstoff hergestellt, dessen Temperaturbeständigkeit bei mindestens 400°C liegt. Beispielsweise kann der Einsatz aus chromlegiertem Stahl, etwa Edelstahl hergestellt sein. Der Einsatz kann eine Wirrfaserstruktur und/oder eine Gitterstruktur und/oder eine sonstige poröse Struktur aufweisen, um einerseits den Gasaustausch zuzulassen und andererseits den Durchtritt heißer Gase, Funken oder Flammen zu vermeiden, die eine Zündung in der explosionsgefährdeten Atmosphäre verursachen könnten.
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Der Einsatz hat eine dem Gehäuseinnenraum zugewandte Innenseite und eine der Umgebung zugewandte Außenseite. Das Gehäuse weist wenigstens eine Leiteinrichtung auf, die angrenzend an die jeweilige Innenseite oder Außenseite des wenigstens einen Einsatzes angeordnet ist und dort einen Strömungskanal bildet. Durch den wenigstens einen Einsatz strömen Gase aus dem Gehäuseinnenraum oder aus der Umgebung in den Strömungskanal ein. Dadurch kann entweder warmes Gas bzw. warme Luft aus dem Gehäuseinnenraum nach außen in den Strömungskanal strömen. Alternativ kann kühleres Gas oder kühlere Luft von außen in den Gehäuseinnenraum einströmen. Die Leiteinrichtung ist dazu eingerichtet, im Strömungskanal eine Hauptgasströmung mit einer Hauptströmungsrichtung auszubilden. Die Hauptströmungsrichtung ist dabei schräg oder rechtwinklig zu der Richtung orientiert, in der das Gas durch den wenigstens einen Einsatz in den Strömungskanal einströmt. Die Hauptströmungsrichtung ist im Wesentlichen parallel zur jeweils angrenzenden Außenseite oder Innenseite des wenigstens einen Einsatzes und/oder parallel zur benachbarten Außenwand des Gehäuses ausgerichtet.
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Durch diese Anordnung entsteht im Strömungskanal ein Sog- oder Kamineffekt. Dadurch kann ohne zusätzliche aktive strömungserzeugende Vorrichtungen (wie etwa Gebläse, Pumpen oder dergleichen) eine effektive Gasströmung erzeugt werden, die wiederum den Gasaustausch und damit den Wärmeaustausch zwischen der Umgebung und dem Gehäuseinnenraum verbessert. Zumindest können optional vorhandene aktive strömungserzeugende Vorrichtungen sehr klein dimensioniert werden. Dadurch wird die Energieeffizienz verbessert und weniger zusätzliche Wärme erzeugt. Denn jede aktive strömungserzeugende Vorrichtung ist verlustbehaftet und erzeugt zusätzliche Wärme, die wiederum in die Umgebung abgeführt werden muss. Sind die Einrichtungen außerhalb des Gehäuseinnenraums angeordnet, müssen diese explosionsgeschützt ausgebildet werden.
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Vorzugsweise weist das explosionsgeschützte Gehäuse keine Kühlflüssigkeitskreisläufe auf.
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Die Gasströmungen werden entweder ausschließlich durch Konvektion und/oder durch optional zusätzliche Gebläse erzeugt.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Strömungskanal derart ausgerichtet ist, dass die Hauptströmungsrichtung parallel zur Vertikalen ausgerichtet ist oder zumindest eine vertikale Richtungskomponente aufweist, wobei die vertikale Richtungskomponente vorzugsweise größer ist als eine horizontale Richtungskomponente.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Hauptströmungsrichtung auch horizontal oder im Wesentlichen horizontal verlaufen. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn die Gasströmung durch den wenigstens einen Einsatz im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Leiteinrichtung außerhalb des Gehäuseinnenraums angeordnet und ist nach oben geschlossen, beispielsweise durch eine Abdeckung. Dadurch kann das Eindringen von Niederschlägen oder ähnlichem in den Strömungskanal vermieden werden.
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Vorzugsweise beträgt die Länge des Strömungskanals in Hauptströmungsrichtung mindestens 50% bis 75% der Länge der angrenzenden Außenwand des Gehäuses in der Hauptströmungsrichtung. Beispielsweise kann sich der Strömungskanal in Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen entlang der gesamten angrenzenden Außenwand oder auch darüber hinaus erstrecken.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Strömungskanals in jeder Raumrichtung innerhalb der Querschnittsebene eine kleinere Dimension aufweist als die Länge des Strömungskanals rechtwinklig zur Querschnittsebene.
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Es ist bevorzugt, wenn der Querschnitt des Strömungskanals kleiner ist als die Summe aller Außenflächen der an den Strömungskanal angrenzenden Einsätze oder kleiner ist als eine an den Strömungskanal angrenzende Außenfläche, wenn lediglich ein Einsatz vorhanden ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Strömungskanal einen Kanaleinlass und einen in Hauptströmungsrichtung vom Kanaleinlass mit Abstand angeordneten Kanalauslass aufweist. Bevorzugt sind der Kanaleinlass und der Kanalauslass in Hauptströmungsrichtung so weit wie möglich voneinander entfernt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel können der Kanaleinlass und der Kanalauslass in die Umgebung münden. Dabei kann der wenigstens eine Einsatz in Hauptströmungsrichtung zwischen dem Kanaleinlass und dem Kanalauslass angeordnet sein. Dadurch entsteht eine Hauptströmung durch den Strömungskanal, die vom Kanaleinlass entlang sämtlicher vorhandener Einsätze bis zum Kanalauslass strömt. Bei dieser Ausgestaltung entsteht eine gute Sogwirkung, um Gasströmungen durch die Einsätze zu bewirken.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Kanaleinlass und/oder der Kanalauslass auch durch einen oder mehrere oder alle vorhandenen Einsätze gebildet sein. Der Strömungskanal ist bei dieser Ausführung beispielsweise nur an einer Stelle zur Umgebung hin offen, wobei diese Stelle entweder den Kanalauslass oder den Kanaleinlass bildet.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Strömungskanal zwischen dem Kanaleinlass und dem Kanalauslass geschlossen ist oder zwischen dem Kanaleinlass und dem Kanalauslass nur Gas durch wenigstens einen vorhandenen Einsatz in den oder aus dem Strömungskanal strömt. Dadurch wird erreicht, dass keine Nebenluft aus der Umgebung angesaugt wird, sondern dass ein ausreichend starker Sog für den Gasaustausch durch den wenigstens einen Einsatz erreicht wird.
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Konkret kann die Leiteinrichtung an einer Seite zu dem wenigstens einen Einsatz hin offen sein, um die Gasströmungsverbindung zwischen dem Einsatz und dem Strömungskanal herzustellen. Zusätzlich kann der Strömungskanal eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, um einen Kanaleinlass oder einen Kanalauslass oder sowohl einen Kanaleinlass, als auch einen Kanalauslass zu bilden. Abgesehen von diesen definierten Gasströmungsöffnungen, ist der Strömungskanal ansonsten vorzugsweise geschlossen.
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Unter dem Begriff „geschlossen“ ist nicht nur, aber unter anderem eine gasdichte Ausgestaltung zu verstehen. Geringere Gasundichtigkeiten mit einem gegenüber der Hauptströmung im Strömungskanal vernachlässigbaren Volumenstrom oder Massestrom können vorhanden sein, beispielsweise Nebenströmungen durch Gasundichtigkeiten mit einem Volumen- oder Massenstrom, der nicht mehr als 10% des Volumen- oder Massenstroms der Hauptgasströmung durch den Strömungskanal beträgt.
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Es ist vorteilhaft, wenn mehrere separate Strömungskanäle vorhanden sind, so dass ein guter Wärmeaustausch an mehreren Stellen, beispielsweise an sich gegenüberliegenden Außenwänden des Gehäuses erreicht werden kann.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein separater Gaskanal vorhanden sein, der zünddurchschlagsicher mit dem Gehäuseinnenraum strömungsverbunden ist. Durch diesen Gaskanal kann Luft oder Gas in den Gehäuseinnenraum gefördert oder aus dem Gehäuseinnenraum abgesaugt werden. Hierfür kann der Gaskanal mit einem Gebläse in Verbindung stehen, das entweder im Gehäuseinnenraum oder außerhalb des Gehäuseinnenraums angeordnet sein kann. Der Gaskanal kann entweder in die explosionsgefährdete Atmosphäre münden oder in eine nicht explosionsgefährdete sichere Atmosphäre.
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Das Gehäuse ist bei einer bevorzugten Ausführungsform in der Zündschutzart „druckfeste Kapselung“ (Exd) gemäß einer der Normen EN 60079-1 oder IIC 60079-1 ausgebildet.
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Bei einer Ausführungsform ist in einer oberen Außenwand des Gehäuses wenigstens ein Einsatz angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform ist in wenigstens einer seitlichen Außenwand wenigstens ein Einsatz angeordnet. Insbesondere können in sich gegenüberliegenden seitlichen Außenwänden jeweils ein oder mehrere Einsätze vorhanden sein. Auch eine Kombination von wenigstens einem Einsatz in einer oberen Außenwand und wenigstens einem Einsatz in wenigstens einer seitlichen Außenwand ist von Vorteil. Generell kann wenigstens ein Einsatz in jeweils einer beliebigen Kombination der vorhandenen Außenwände vorhanden sein. Innen oder außen kann sich an der betreffenden Außenwand des Gehäuses jeweils ein Strömungskanal oder optional der zusätzlich Gaskanal anschließen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Strömungskanal im Gehäuseinnenraum angeordnet. Die Leiteinrichtung weist dabei eine Anbringungsfläche für eine zu kühlende Einrichtung auf, die dem Gehäuseinnenraum angeordnet ist, beispielsweise eine elektrische und/oder eine elektronische Einrichtung. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann ein Abschnitt des Strömungskanals bzw. der Leiteinrichtung durch eine Wand einer im Gehäuseinnenraum angeordneten Einrichtung gebildet sein. Dadurch wird ein besonders guter Wärmeübergang zwischen der Wand der im Gehäuseinnenraum angeordneten Einrichtung und der Gasströmung im Strömungskanal erreicht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines explosionsgeschützten Gehäuses,
- 2 eine perspektivische Teildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines explosionsgeschützten Gehäuses,
- 3 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines explosionsgeschützten Gehäuses,
- 4 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß dem Blockschaltbild aus 3,
- 5 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines explosionsgeschützten Gehäuses,
- 6 eine Teildarstellung des Ausführungsbeispiels aus 5 in perspektivischer Ansicht,
- 7 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines explosionsgeschützten Gehäuses,
- 8 eine perspektivische Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels aus 7 und
- 9 und 10 jeweils eine schematische perspektivische Darstellung einer gasdurchlässigen, zünddurchschlagsicheren Struktur für einen Einsatz, wie er bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des explosionsgeschützten Gehäuses verwendet werden kann.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines explosionsgeschützten Gehäuses 10 mit mehreren Außenwänden 11, die einen Gehäuseinnenraum 12 umschließen. Beim Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse 10 eine obere Außenwand 11a, eine untere Außenwand 11b und mehrere, beispielsweise vier seitliche Außenwände 11c, die die obere Außenwand 11a und die untere Außenwand 11b miteinander verbinden. Der Gehäuseinnenraum 12 ist im Wesentlichen quaderförmig, wobei auch beliebige andere Gehäusebauformen verwendet werden können, wie etwa andere prismatische Gehäuseformen oder zylindrische Gehäuseformen.
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Das explosionsgeschützte Gehäuse 10 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in der Zündschutzart „druckfeste Kapselung“ (Ex-d) ausgeführt.
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Die Außenwände 11 trennen den Gehäuseinnenraum 12 zünddurchschlagsicher von einer Umgebung 13 mit einer explosionsgefährdeten Atmosphäre. Zwischen dem Gehäuseinnenraum 12 und der Umgebung 13 findet ein Gasaustausch statt, um Wärme aus dem Gehäuseinnenraum 12 über eine Gasströmung oder Luftströmung nach außen in die Umgebung 13 abzuführen. In dem Gehäuseinnenraum 12 ist wenigstens eine Einrichtung 14 angeordnet, insbesondere elektrische und/oder elektronische Einrichtung 14, die als Zündquelle für die explosionsgefährdete Atmosphäre in der Umgebung 13 dienen kann. Die Einrichtung 14 ist daher durch das Gehäuse 10 umschlossen, so dass Funken, Flammen oder heiße Gase aus dem Gehäuseinnenraum 12 nicht in die Umgebung 13 gelangen können. Beim Betrieb der wenigstens einen Einrichtung 14 entsteht im Gehäuseinnenraum 12 Wärme, die durch den Gasaustausch in die Umgebung 13 abgeleitet werden kann.
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Um diesen Gasaustausch zu ermöglichen, weist wenigstens eine Außenwand 11 des Gehäuses 10 wenigstens einen gasdurchlässigen, zünddurchschlagsicheren Einsatz 15 auf. Wie es in 1 schematisch veranschaulicht ist, können in einer Außenwand 11 und beispielsgemäß in zwei seitlichen Außenwänden 11c jeweils auch mehrere solcher Einsätze 15 vorhanden sein. Es ist auch möglich, anstelle von mehreren kleinflächigen Einsätzen 15 einen großen Einsatz 15 zu verwenden, der durch geeignete Haltemittel, beispielsweise ein Haltegitter, in einer Aussparung der betreffenden Außenwand 11 gehalten wird. Bei der mechanischen Anordnung des wenigstens einen Einsatzes 15 in einer betreffenden Außenwand 11 ist eine Vielzahl von Möglichkeiten vorhanden. Entweder kann der wenigstens eine Einsatz 15 mechanisch durch Haltemittel befestigt werden, Der Einsatz 15 kann mittelbar oder unmittelbar kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig bzw. durch eine Haftverbindung mit dem umgebenden Bereich der Außenwand 11 verbunden sein.
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Der wenigstens eine Einsatz 15 ist beispielsgemäß durch eine poröse und/oder Maschen aufweisende Materialstruktur gebildet, die einen Gasaustausch durch die Materialstruktur hindurch ermöglicht und andererseits Flammen, Funken und heiße Gase löscht. Die Materialstruktur erfüllt damit die Zünddurchschlagsicherheit und ermöglicht dennoch eine Gasströmung durch die Materialstruktur hindurch. Beispielsweise kann die Materialstruktur durch ein poröses Strukturteil 16 gebildet. Das poröse Strukturteil 16 kann Wirrfaserstrukturmaterial aufweisen. Es weist miteinander verschlungene, ungeordnet angeordnete Fasern auf, die einen Durchmesser von 70 µm bis 130 µm aufweisen können. Das poröse Strukturteil 16 kann alternativ poröses Sintermaterial und/oder Schaummaterial oder dergleichen aufweisen. Die Porengröße des porösen Strukturteils 16 kann mindestens 80 µm und maximal 250 µm aufweisen. Die Porosität des porösen Strukturteils 16 liegt vorzugsweise im Bereich 60% bis 80%.
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In 10 ist eine alternative Ausführungsform einer Materialstruktur veranschaulicht, die als Einsatz 15 verwendet werden kann. Die Materialstruktur gemäß 10 ist als Maschen- oder Gitterstrukturteil 17 ausgebildet. Die Maschengröße beträgt etwa mindestens 80 µm und maximal 250 µm. Zur Erzeugung der Maschengröße können zum Beispiel mehrere einzelne Lagen 18 übereinander angeordnet und mittelbar oder unmittelbar miteinander verbunden werden. Dabei können die Gitterstabausrichtungen jeder Lage 18 relativ zu einer anderen Lage unter einem anderen Winkel und/oder versetzt angeordnet werden, um die gewünschte effektive Maschengröße des Gitterstrukturteils 17 zu erhalten. Die Anzahl der Lagen 18 kann abhängig von der Ausgestaltung jeder einzelnen Lage variieren.
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Jeder Einsatz kann auch eine Kombination eines porösen Strukturteils 16 und eines Gitterstrukturteils 17 aufweisen.
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Jeder Einsatz 15 weist eine dem Gehäuseinnenraum zugewandte Innenseite 25 sowie eine der Umgebung zugewandte Außenseite 26 auf. An einer Außenwand 11 und beispielsgemäß den seitlichen Außenwänden 11c, in denen jeweils wenigstens ein Einsatz 15 vorhanden ist, weist das Gehäuse 10 jeweils eine Leiteinrichtung 27 auf, die angrenzend an den Einsatz 15 einen Strömungskanal 28 bildet. Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Strömungskanäle 28 und die Leiteinrichtung 27 außerhalb des Gehäuseinnenraums 12 angeordnet und außen an den jeweiligen seitlichen Außenwänden 11c befestigt. An einer Seite ist der jeweilige Strömungskanal 28 zumindest teilweise durch die Außenwand 11 begrenzt. In jedem Strömungskanal 28 wird eine Hauptgasströmung G bewirkt, die in einer Hauptströmungsrichtung R strömt. Die Hauptströmungsrichtung R kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vertikal ausgerichtet sein oder eine Vertikalkomponente aufweisen, die vorzugsweise größer ist als die Horizontalkomponente der Hauptströmungsrichtung R.
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Jede Leiteinrichtung 27 hat mehrere Leitwände 29, die den Strömungskanal 28 in Umfangsrichtung um die Hauptströmungsrichtung R auf zumindest abschnittsweise nur auf drei Seiten umschließen und gemeinsam mit der benachbarten seitlichen Außenwand 11c den Strömungskanal 28 begrenzen. Bei den in den 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist jeder Strömungskanal 28 an zwei in Hauptströmungsrichtung R entgegengesetzten Enden mit der Umgebung 13 strömungsverbunden, wobei an dem einen Ende ein Kanaleinlass 30 und bei dem anderen Ende ein Kanalauslass 31 gebildet ist. Der Kanaleinlass 30 ist beispielsgemäß vertikal unterhalb des Kanalauslasses 31 angeordnet. Benachbart zum Kanaleinlass 30 und/oder benachbart zum Kanalauslass 31 kann in jedem Strömungskanal 28 ein Gebläse 31 angeordnet sein, wie es stark schematisiert in 1 veranschaulicht ist.
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Der Kanaleinlass 30 ist bei dem in 1 gezeigten schematischen Ausführungsbeispiel nach unten offen ausgeführt. Alternativ kann der Kanaleinlass 30 auch eine oder mehrere Einlassöffnungen aufweisen, die in wenigstens einer der Leitwände 29 der Leiteinrichtung 27 vorhanden sind, wie es beispielhaft in 2 gezeigt ist.
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Um das Eindringen von Niederschlägen, wie Regenwasser, Schnee oder dergleichen in die Strömungskanäle zu verhindern, kann benachbart zum Kanalauslass 31 eine Abdeckung 35 vorhanden sein. Die Abdeckung 35 leitet Niederschläge seitlich am Strömungskanal 28 vorbei. Die Abdeckung 35 gehört zur Leiteinrichtung 27. Die Leiteinrichtung 27 kann daher sowohl zur Ausrichtung der Hauptströmungsrichtung R durch den jeweiligen Strömungskanal 28 als auch zur Realisierung einer IP-Schutzklasse für das Gehäuse 10 eingerichtet sein.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Hauptströmungsrichtung R entlang der jeweiligen seitlichen Außenwand 11c und somit entlang der Außenflächen 26 der Einsätze 15 ausgebildet. Die an den Einsätzen 15 vorbeiströmende Hauptgasströmung G erzeugt somit einen Sogeffekt, um Gas aus dem Gehäuseinnenraum 12 mitzunehmen. Über diesen Gasaustausch kann Wärme aus dem Gehäuseinnenraum 12 in die Umgebung 13 transportiert werden. Die Einrichtungen 14 werden daher durch Konvektion gekühlt. Die Sog- oder Kaminwirkung wird bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weiter dadurch verbessert, dass die Hauptströmungsrichtung R im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
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In 1 ist außerdem schematisch veranschaulicht, dass auch im Gehäuseinnenraum 12 optional wenigstens ein Gebläse 32 vorhanden sein kann. Das wenigstens eine Gebläse 32 im Gehäuseinnenraum 12 kann zusätzlich oder alternativ zu dem wenigstens eine Gebläse 32 in jedem Strömungskanal 28 vorhanden sein. Das Anordnen des Gebläses 32 im Gehäuseinnenraum 12 hat den Vorteil, dass das Gebläse 32 selbst nicht explosionsgeschützt ausgeführt sein muss.
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Die Ausführungsbeispiele gemäß der 1 und 2 sind im Wesentlichen identisch. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kanaleinlässe 30 auf Höhe der unteren Gehäusewand 11b oder etwas oberhalb der unteren Gehäusewand 11b angeordnet. Im Unterschied dazu können die Kanaleinlässe 30 auch durch Verlängerung des jeweiligen Strömungskanals 28 mittels der Leitwände 29 unterhalb der unteren Außenwand 11b angeordnet werden. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Kanalauslässe 31 oberhalb der oberen Gehäusewand 11a angeordnet. In Abwandlung hierzu können die Kanalauslässe 31 auch auf derselben Höhe wie oder unterhalb der oberen Außenwand 11a angeordnet sein.
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In den 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 10 veranschaulicht, wobei 3 eine blockschaltbildähnliche Darstellung und 4 die perspektivische Darstellung einer Ausführungsform zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich ein weiterer Einsatz 15 in der oberen Außenwand 11a oder an anderer Stelle vorhanden, wobei der Einsatz nicht angrenzend an einen Strömungskanal 28 angeordnet ist. Vielmehr stellt der Einsatz 15 eine Strömungsverbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum 12 und einem separaten Gaskanal 36 bereit. Der separate Gaskanal 36 ist beim Ausführungsbeispiel als Zuführkanal ausgeführt und an eine Druckquelle 37 angeschlossen, beispielsweise ein externes Gebläse. Über die Druckquelle 37 wird unter Druck stehendes Gas, insbesondere Luft, zur Kühlung in den Gehäuseinnenraum 12 gefördert. Über den Einsatz 15 wird eine zünddurchschlagsichere Verbindung zwischen dem Gaskanal 36 und dem Gehäuseinnenraum 12 hergestellt.
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Wie bei den bisherigen Ausführungsbeispielen sind an zwei entgegengesetzten seitlichen Außenwänden 11c jeweils Strömungskanäle 28 durch eine Leiteinrichtung 27 gebildet. Der im Gehäuseinnenraum 12 erzeugte Überdruck durch die Gaszufuhr mittels des Gaskanals 36 führt zu einer Gasströmung durch die bzw. den wenigstens einen Einsatz 15 in den oder die Strömungskanäle 28. Die Strömungskanäle 28 haben im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen nur eine unmittelbare Strömungsverbindung zur Umgebung 13 mittels eines jeweiligen Kanalauslasses 31. Der Kanalauslass 31 ist beim Ausführungsbeispiel im Bereich der unteren Außenwand 11b angeordnet. Im Bereich der oberen Außenwand 11a sind die Strömungskanäle 28 beispielsgemäß durch die Leiteinrichtung 27 abgeschlossen.
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Im Übrigen kann auf die Erläuterung der vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwiesen werden.
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Bei dem in den 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Gehäuses 10 ist eine Leiteinrichtung 27 außen an der oberen Außenwand 11a angeordnet. In der oberen Außenwand 11a ist wenigstens ein Einsatz 15 angeordnet. Im Gehäuseinnenraum aufsteigende Wärme kann dadurch durch den wenigstens einen Einsatz 15 hindurch in den durch die Leiteinrichtung 27 gebildeten Strömungskanal 28 gelangen. Die Leiteinrichtung 27 deckt den wenigstens einen Einsatz 15 nach oben hin ab, so dass nicht nur eine Führung der Hauptgasströmung G erreicht wird, sondern zusätzlich ein IP-Schutz erreicht werden kann. Die Hauptströmungsrichtung R ist in dem sich an die obere Außenwand 11a anschließenden Strömungskanal 28 in etwa parallel zur oberen Außenwand 11a ausgerichtet, beispielsgemäß in etwa horizontal.
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Die beiden weiteren Strömungskanäle bzw. Leiteinrichtungen 27 an den seitlichen Außenwänden 11c sind optional und können beim Ausführungsbeispiel gemäß der 5 und 6 auch entfallen.
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In den 7 und 8 ist ein Gehäuse 10 veranschaulicht, bei dem die Leiteinrichtung 27 im Gehäuseinnenraum 12 angeordnet ist. Eine Leitwand 29 stellt im Gehäuseinnenraum 12 eine Anbringungsfläche 40 zum Anbringen einer Einrichtung 14, insbesondere einer elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung bereit. Die Leitwand 29 ist im Wesentlichen parallel zu der im Strömungskanal 28 gegenüberliegenden seitlichen Außenwand 11c angeordnet. In der den Strömungskanal 28 nach außen hin begrenzenden seitlichen Außenwand 11c sind der Kanaleinlass 30 und der Kanalauslass 31 durch Anordnen jeweils wenigstens eines Einsatzes 15 in der seitlichen Außenwand 11c gebildet. Zwischen dem Kanaleinlass 30 und dem Kanalauslass 31 ist der Strömungskanal 28 geschlossen. Der Strömungskanal 28 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Strömungsverbindung in den Gehäuseinnenraum 12 auf. In Abwandlung hierzu könnte der Strömungskanal 28 gegenüber dem Gehäuseinnenraum 12 zumindest abschnittsweise offen sein. Durch das Schließen des Strömungskanals 28 zum Gehäuseinnenraum 12 hin kann eine bessere Hauptgasströmung G erreicht werden. Wie es in den 7 und 8 veranschaulicht ist, ist der Kanalauslass 31 vertikal oberhalb des Kanaleinlasses 30 angeordnet. Der Kanaleinlass 30 ist beispielsgemäß im Bereich der unteren Außenwand 11b angeordnet, während der Kanalauslass 31 im Bereich der oberen Außenwand 11a angeordnet ist.
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Die Anbringungsfläche 40 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Hauptgasströmung G durch den Strömungskanal 28 gekühlt. Dadurch kann Wärme von der Einrichtung 14 auf die Hauptgasströmung G und von dort zur Umgebung 13 abgeführt werden.
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Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann ein Teil der Anbringungsfläche 40 entfallen und die Begrenzung des Strömungskanals nicht durch eine Leitwand 29, sondern unmittelbar durch eine Wand oder eine Außenfläche der Einrichtung 14 realisiert werden. Zusätzlich kann diese Wand oder Außenfläche der Einrichtung 14 auch Kühlrippen aufweisen.
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Bei allen Ausführungsbeispielen können zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse ein oder mehrere Kühlkörper an der wenigstens einen im Gehäuseinnenraum angeordneten Einrichtung 14 angebracht sein.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist wenigstens ein Strömungskanal 28 vorhanden, es können aber auch mehrere, beispielsweise zwei oder drei Strömungskanäle 28 durch eine jeweilige separate Leiteinrichtung 27 gebildet werden. Vorzugsweise sind die vorhandenen Strömungskanäle 28 angrenzend an unterschiedliche Außenflächen 11 des Gehäuses 10 angeordnet. Jeder Strömungskanal 28 kann innen oder außen benachbart zu einer Außenwand 11 verlaufen.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Hauptströmungsrichtung R der Hauptgasströmung G zumindest in einem oder in mehreren der vorhandenen Strömungskanäle 28 vertikal ausgerichtet oder hat eine vertikale Richtungskomponente, die größer ist als eine horizontale Richtungskomponente. Bei einem oder mehreren alternativen Ausführungsbeispielen ist wenigstens ein Strömungskanal 28 vorhanden, bei dem die Hauptströmungsrichtung R im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
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Bei irgendeinem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann der wenigstens eine Strömungskanal zwischen einem Kanaleinlass 30 und einem Kanalauslass 31 abgesehen von der Gasströmung durch den wenigstens einen Einsatz 15 ansonsten geschlossen ausgeführt sein. Der wenigstens eine Einsatz 15 ist bei den Ausführungsbeispielen bevorzugt zwischen dem Kanaleinlass 30 und dem Kanalauslass 31 angeordnet.
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Die Länge des wenigstens einen Strömungskanals in Hauptströmungsrichtung R ist vorzugsweise größer als seine Abmessung in beide Raumrichtungen innerhalb einer Querschnittsebene rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung R. Mit anderen Worten ist eine Breite und eine Höhe in einer Querschnittsebene eines Strömungskanals 28 kleiner als eine Länge rechtwinklig zu dieser Querschnittsebene. Vorzugsweise ist die Länge des wenigstens einen Strömungskanals 28 wenigstens so groß wie 50% bis 75% der Länge der unmittelbar angrenzenden Außenwand 11 des Gehäuses in Hauptströmungsrichtung R betrachtet.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel können beim Ausführungsbeispiel gemäß der 5 und 6 an den seitlichen Außenflächen 11c auch die Leiteinrichtungen 27 gemäß einem der Ausführungsbeispiele aus den 1 oder 2 vorhanden sein. Es ist außerdem möglich, dass der im Gehäuseinnenraum 12 vorhandene Strömungskanal 28 gemäß der 7 und 8 bei irgendeinem anderen Ausführungsbeispiel alternativ oder zusätzlich vorhanden ist.
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Bei allen Ausführungsbeispielen können in wenigstens einem vorhandenen Strömungskanal 28 und/oder im Gehäuseinnenraum 12 jeweils wenigstens ein Gebläse 32 angeordnet sein, um das Strömungsverhalten zu verbessern. Alle Ausführungsbeispiele können alternativ dazu auch frei von Gebläsen 32 sein.
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Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse 10 mit Außenwänden 11, die einen Gehäuseinnenraum 12 gegenüber einer explosionsgefährdeten Atmosphäre zünddurchschlagsicher umschließen. In wenigstens einer Außenwand 11 ist wenigstens ein Einsatz 15 angeordnet. Der Einsatz 15 ermöglicht eine Gasströmung zwischen dem Gehäuseinnenraum 12 und einer Umgebung 13 um das Gehäuse 10. Der wenigstens eine Einsatz 15 ist derart ausgestaltet, dass eine Gasströmung mit einem ausreichenden Masse- oder Volumenstrom zugelassen ist, jedoch eine zünddurchschlagsichere Strömungsverbindung hergestellt ist. An die Außenwand 11 mit dem wenigstens einen Einsatz 15 ist eine Leiteinrichtung 27 angebracht, die gemeinsam mit der betreffenden Außenwand 11 einen Strömungskanal 28 begrenzt. Der Strömungskanal 28 definiert eine Hauptströmungsrichtung R einer Hauptgasströmung G durch den Strömungskanal 28 im Wesentlichen parallel zur unmittelbar angrenzenden Außenwand 11. Dadurch kann der Gasaustausch zwischen der Umgebung 13 und dem Gehäuseinnenraum 12 verbessert und im Gehäuseinnenraum 12 angeordnete Einrichtungen 14 gekühlt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 11
- Außenwand
- 11a
- obere Außenwand
- 11b
- untere Außenwand
- 11c
- seitliche Außenwand
- 12
- Gehäuseinnenraum
- 13
- Umgebung
- 14
- Einrichtung
- 15
- Einsatz
- 16
- poröses Strukturteil
- 17
- Gitterstrukturteil
- 18
- Lage
- 25
- Innenseite
- 26
- Außenseite
- 27
- Leiteinrichtung
- 28
- Strömungskanal
- 29
- Leitwand
- 30
- Kanaleinlass
- 31
- Kanalauslass
- 32
- Gebläse
- 35
- Abdeckung
- 36
- Gaskanal
- 37
- Druckquelle
- 40
- Anbringungsfläche
- G
- Hauptgasströmung
- R
- Gasströmungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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