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Die Erfindung betrifft eine explosionsgeschützte Vorrichtung mit einem explosionsgeschützten Gehäuse. Das Gehäuse hat mehrere Außenwände, die einen Gehäuseinnenraum umgeben und diesen explosionsgeschützt von einer explosionsgefährdeten Atmosphäre in einer Umgebung trennen.
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Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus
DE 10 2012 110 001 A1 bekannt. Dort wird ein explosionsgeschütztes Gehäuse vorgeschlagen, das nur innerhalb des Gehäuses eine Gasströmung erzeugt. Die im Gehäuseinnenraum entstehende Wärme, die durch das Betreiben von elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen entsteht, wird durch Wärmeleitung über die Gehäusewände nach außen abgegeben. Hierzu können innen oder außen an einer Gehäusewand Kühlkörper vorhanden sein.
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DE 10 2017 112 159 A1 offenbart ein explosionssicheres Gehäuse mit einer inneren Druckentlastung. Die Gehäusewand weist wenigstens einen Hohlraum auf als Schluckräume für eine aus dem Innenraum kommende Druckwelle. Der Hohlraum und der Innenraum sind durch eine Öffnung miteinander verbunden, in der ein Druckentlastungskörper angeordnet werden kann. Zusätzlich kann der Innenraum über eine Druckentlasungsanordnung mit der Umgebung verbunden sein.
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US 4 484 690 A beschreibt eine zünddurchschlagsichere Belüftungswand für ein explosionsgeschütztes Gehäuse. Die Belüftungswand weist mehrere perforierte Platten auf, die gemeinsam einen nicht geradlinigen Gasströmungspfad durch die Wand definieren. An der Außenseite kann eine Abdeckung mit Lamellen angeordnet werden.
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US 2015/0082811 A1 beschreibt eine thermoelektrische Kühleinrichtung für einen Prozessor aufweisend einen Temperatursensor, eine Steuereinrichtung, ein Gebläse und einen Kühlkörper.
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Die Wärmeabgabe aus einem Innenraum eines explosionsgeschützten Gehäuses an die Umgebung ist ein äußerst kritischer Punkt bei explosionsgeschützten Vorrichtungen. Zum einen müssen die im Gehäuseinnenraum angeordneten und zu kühlenden elektrischen und/oder elektronischen Einrichtungen ausreichend gekühlt werden, um ihre Funktionsfähigkeit aufrecht zu erhalten. Zum anderen muss eine Zündung der explosionsgefährdeten Umgebung sicher ausgeschlossen werden können. Auch die Temperatur der Außenwände des explosionsgeschützten Gehäuses keine kritischen Temperaturwerte erreichen, da die Außenwände des Gehäuses ansonsten als Zündquelle für die umgebende explosionsgefährdete Atmosphäre dienen können.
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Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine explosionsgeschützte Vorrichtung derart weiterzubilden, dass sie einen verbesserten Explosionsschutz bietet.
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Diese Aufgabe wird durch die explosionsgeschützte Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die explosionsgeschützte Vorrichtung hat ein explosionsgeschütztes Gehäuse mit mehreren Außenwänden. Die Außenwände umschließen einen Gehäuseinnenraum und trennen diesen von einer explosionsgefährdeten Atmosphäre in der Umgebung des explosionsgeschützten Gehäuses. Die explosionsgeschützte Vorrichtung weist eine Druckentlastungsanordnung mit wenigstens einem gasdurchlässigen zünddurchschlagsicheren Druckentlastungskörper auf. Zu der Druckentlastungsanordnung gehört außerdem wenigstens eine Druckentlastungsöffnung, die wenigstens eine der Außenwände des explosionsgeschützten Gehäuses vollständig durchsetzt. In jeder Druckentlastungsöffnung ist wenigstens einer der Druckentlastungskörper angeordnet, wobei der wenigstens eine Druckentlastungskörper die Druckentlastungsöffnung derart gasdurchlässig abdeckt, dass ein zünddurchschlagsicherer Gasströmungspfad durch die betreffende Druckentlastungsöffnung und den Druckentlastungskörper gebildet ist. Der Druckentlastungskörper kann zumindest teilweise innerhalb der zugeordneten Druckentlastungsöffnung und/oder zumindest teilweise außerhalb der zugeordneten Druckentlastungsöffnung angeordnet sein. Beispielsweise kann der Druckentlastungskörper vollständig in der Druckentlastungsöffnung aufgenommen werden. Alternativ ist es auch möglich, einen Druckentlastungskörper benachbart zur Druckentlastungsöffnung an dem Außenwandabschnitt anzubringen, der die betreffende Druckentlastungsöffnung umgibt, beispielsweise im Gehäuseinnenraum oder außen angrenzend an die Umgebung.
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Die explosionsgeschützte Vorrichtung hat außerdem eine Kühleinrichtung mit wenigstens einem Kühlkörper. Die Kühleinrichtung ist dazu eingerichtet, Wärme aus dem Gehäuseinnenraum nach außen in die Umgebung abzugeben. Beispielsweise können eine oder mehrere elektrische und/oder elektronische Einrichtungen Wärme im Gehäuseinnenraum erzeugen, die dann mittels der Kühleinrichtung nach außen in die Umgebung abgeleitet wird.
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Der wenigstens eine Kühlkörper bildet zumindest einen Teil von wenigstens einer der Außenwände des Gehäuses. Der wenigstens eine Kühlkörper kann also entweder wenigstens eine Außenwand vollständig bilden oder lediglich einen Teil wenigstens einer Außenwand bilden und jeder von einem Kühlkörper gebildete Teil der wenigstens einen Außenwand wird zur besseren Unterscheidbarkeit als Kühlkörperwandteil bezeichnet. Demgegenüber wird der oder werden die nicht von einem Kühlkörper gebildeten Bereich(e) einer oder mehrerer Außenwände als Gehäusewandteil(e) bezeichnet. Der wenigstens eine Kühlkörperwandteil und der wenigstens eine Gehäusewandteil bilden gemeinsam die Außenwände des Gehäuses.
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Der wenigstens eine Kühlkörperwandteil grenzt sowohl außen an die Umgebung, als auch innen an den Gehäuseinnenraum unmittelbar an. Dadurch kann der Kühlkörper über Wärmeleitung die Wärme von seiner dem Gehäuseinnenraum zugewandten Seite direkt an die der Umgebung zugewandten Seite weiterleiten.
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Der wenigstens eine Kühlkörper besteht aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Metall oder einer metallischen Legierung und kann beispielsweise Aluminium oder Kupfer enthalten. Der wenigstens eine Kühlkörper kann auch aus Keramik oder einem anderen Material bestehen. Seine Wärmeleitfähigkeit ist größer als die Wärmeleitfähigkeit des wenigstens einen Gehäusewandteils der Außenwände.
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Der wenigstens eine Kühlkörper kann lackiert oder eloxiert sein.
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Durch den wenigstens einen zünddurchschlagsicheren Gasströmungspfad ist eine Druckentlastungsmöglichkeit im Falle einer Explosion innerhalb des Gehäusesinnenraums hergestellt. Der Gas- bzw. Explosionsdruck, dem das Gehäuse einschließlich der Außenwände sowie des wenigstens einen Kühlkörpers standhalten muss, ist durch die Druckentlastungsanordnung erheblich reduziert. Dadurch ist es möglich, den wenigstens einen Gehäusewandteil durch einen Standardkühlkörper auszubilden, der beispielsweise als Strangpressprofilteil ausgeführt sein kann. Solche Kühlkörper sind kostengünstig auf dem Markt verfügbar. Eine Anpassung des wenigstens einen Kühlkörpers zur Erhöhung der Festigkeit, um Teil eines explosionsgeschützten Gehäuses sein zu können, ist erfindungsgemäß nicht erforderlich. Der Strömungsquerschnitt des einen oder der mehreren Gasströmungspfade der Druckentlastungsanordnung ist derart gewählt, dass der Explosionsdruck im Gehäuseinnenraum auf einen vorgegebenen Maximaldruckwert beschränkt ist.
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Ein Teil der Kühlungswirkung kann außerdem durch Konvektion erfolgen, indem Luft aus dem Gehäuseinnenraum entlang des wenigstens einen Gasströmungspfades der Druckentlastungsanordnung nach außen strömt. Vorzugsweise ist der Anteil der Wärme, die über eine Gas- bzw. Luftströmung durch die Druckentlastungsanordnung nach außen abgegeben wird, deutlich kleiner als die Wärme, die über den wenigstens einen Kühlkörper durch Konduktion nach außen abgeleitet wird. Beispielsweise kann der über den wenigstens einen Kühlkörper nach außen abgeleitete Wärmeanteil mindestens 80% bis 90% der im Gehäuseinnenraum erzeugten Wärme betragen.
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Mittels der Kühleinrichtung und der Wärmeableitung aus dem Gehäuseinnenraum in die Umgebung wird außerdem vermieden, dass es an den Außenwänden des Gehäuses zu lokal hohen Wandtemperaturen kommt, die als Zündquelle für die explosionsgefährdete Atmosphäre in der Umgebung des Gehäuses dienen können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Kühlkörper bzw. ist wenigstens ein Kühlkörper von einem oder mehreren vorhandenen Kühlkörpern in einer zugeordneten Wandaussparung in einer der Außenwände eingesetzt. Diese Wandaussparung durchsetzt die Außenwand vollständig. Der verbleibende Gehäusewandteil kann einen Rahmen oder Rand der Wandaussparung bilden und diese vollständig umschließen. Der Kühlkörper kann beispielsweise durch eine Haftvermittlungsverbindung in der Wandaussparung mit dem umgebenden bzw. angrenzenden Gehäusewandteil von einer oder mehreren Außenwänden verbunden sein.
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Der Kühlkörperwandteil kann mit einem Gehäusewandteil durch eine Haftvermittlungsverbindung verbunden sein. Da zwischen dem wenigstens einen Kühlkörper und dem wenigstens einen Gehäusewandteil keine wärmeleitende Verbindung erforderlich ist, kann eine einfache Haftvermittlungsverbindung, insbesondere eine Klebeverbindung, hergestellt werden. Die dadurch entstehende Wärmebarriere ist unproblematisch. Maßnahmen zur Herstellung einer Wärmeleitfähigkeit zwischen dem wenigstens einen Kühlkörper bzw. dem wenigstens einen Kühlkörperwandteil und dem wenigstens einen Gehäusewandteil sind nicht erforderlich.
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Der wenigstens eine Kühlkörper kann an dem betreffenden Gehäusewandteil kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder durch Haftvermittlung angeordnet sein, beispielsweise durch Schrauben und/oder Klemmen und/oder Kleben und/oder Klammern und/oder Schweißen und/oder dergleichen.
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Der wenigstens eine Kühlkörper kann integral ausgeführt oder aus mehreren Teilen gebildet sein. Beispielsweise kann der wenigstens eine Kühlkörper als Strangpressprofil ausgebildet sein.
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Der wenigstens eine Kühlkörper kann im Gehäuseinnenraum angeordnete Kühlrippen und/oder in der Umgebung angeordnete Kühlrippen aufweisen. Dadurch wird die Wärmeaufnahme im Gehäuseinnenraum bzw. die Wärmeabgabe in der Umgebung verbessert.
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Die Kühlrippen sind vorzugsweise in einer vertikalen Ebene ausgerichtet, insbesondere derart, dass ein zwischen zwei benachbarten Kühlrippen begrenzter Spalt im Wesentlichen vertikal verläuft. Dadurch kann erwärmtes, nach vertikal oben aufsteigendes Gas besser zwischen den Kühlrippen strömen.
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Der wenigstens eine Kühlkörper kann derart ausgebildet sein, dass seine an die Umgebung oder an den Gehäuseinnenraum angrenzende Kühloberfläche mindestens um den Faktor 2 oder 3 oder 4 größer ist als die Querschnittsfläche des vom wenigstens einen Kühlkörper gebildeten Kühlkörperwandteils.
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Eine der Außenwände des Gehäuses kann zumindest teilweise als Tür, Klappe oder Deckel ausgebildet sein, um den Zugang zum Gehäuseinnenraum zu ermöglichen. Der wenigstens eine Kühlkörper kann an oder in irgendeiner der Außenwände und beispielsweise auch in oder an der Tür, der Klappe oder dem Deckel angeordnet sein. Es ist vorteilhaft, wenn zum Beispiel ein durch einen Kühlkörper gebildetes Kühlkörperwandteil die Tür, die Klappe oder den Deckel des Gehäuses bildet.
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Die Kühloberfläche des wenigstens einen Kühlkörpers kann eloxiert oder lackiert sein. Dadurch kann der Emissionsgrad erhöht werden.
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Der wenigstens eine gasdurchlässige, zünddurchschlagsichere Druckentlastungskörper hat bei einem Ausführungsbeispiel eine unmittelbar an den Gehäuseinnenraum angrenzende Innenseite und eine unmittelbar an die Umgebung angrenzende Außenseite. Der wenigstens eine Druckentlastungskörper kann an der Innen- und/oder Außenseite eine Fläche aufweisen, die größer ist als die verbleibende Fläche der betreffenden Außenwand bzw. des betreffenden Gehäusewandteils. Der Druckentlastungskörper kann auch die gesamte Außenwand bilden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist in einer oberen Außenwand des Gehäuses wenigstens eine Druckentlastungsöffnung mit einem Druckentlastungskörper vorhanden. Zusätzlich oder alternativ kann in wenigstens einer seitlichen Außenwand wenigstens eine Druckentlastungsöffnung mit einem Druckentlastungskörper vorhanden sein. Zusätzlich oder alternativ kann in einer unteren Außenwand wenigstens eine Druckentlastungsöffnung mit einem Druckentlastungskörper vorhanden sein. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn in jeweils zwei sich gegenüberliegenden Außenwänden jeweils wenigstens eine Druckentlastungsöffnung mit einem Druckentlastungskörper vorhanden ist.
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Vorzugsweise ist an einer Außenwand entweder ein Kühlkörper oder ein Druckentlastungskörper vorhanden. Bei dieser Ausführungsform dient die betreffende Außenwand entweder dazu, zumindest einen Teil des Gasströmungspfades aufzuweisen oder dazu, die Wärmeleitung durch wenigstens einen Kühlkörper bereitzustellen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im Gehäuseinnenraum wenigstens eine Anbringungsfläche für eine zu kühlende elektrische und/oder elektronische Einrichtung vorhanden. Die Anbringungsfläche - oder bei mehreren Anbringungsflächen wenigstens eine der Anbringungsflächen - ist bei einem Ausführungsbeispiel an der dem Gehäuseinnenraum zugewandten Seite des wenigstens einen Kühlkörpers gebildet. Somit kann die elektrische und/oder elektronische Einrichtung unmittelbar an der Anbringungsfläche des wenigstens einen Kühlkörpers angeordnet werden, so dass eine besonders gute Wärmeübertragung von der elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung zum Kühlkörper erreicht werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann im Gehäuseinnenraum wenigstens eine Anbringungswand vorhanden sein, an der eine oder mehrere Anbringungsflächen gebildet sind. Bei dieser Ausführungsform kann der wenigstens eine Kühlkörper wärmeleitend mit der Anbringungswand verbunden sein, insbesondere unmittelbar oder mittels einer wärmeleitenden Zwischenschicht. Eine solche Zwischenschicht kann beispielsweise ein Wärmeleitkleber, ein Wärmeleitpad oder eine Wärmeleitpaste sein. Ein Wärmeleitpad kann beispielsweise aus Glimmer und/oder Silikongummi und/oder Polyimid bestehen. Insbesondere ist die mittelbare oder unmittelbare Verbindung zwischen der wenigstens einen Anbringungswand und dem wenigstens einen Kühlkörper derart, dass dabei kein Gas- oder Luftspalt zwischen dem wenigstens einen Kühlkörper und der wenigstens einen Anbringungswand vorhanden ist. Wie erläutert, können optional wärmeleitfähige Zwischenschichten zur Verbesserung des Wärmeleitkontakts vorhanden sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Kühleinrichtung wenigstens ein Gebläse auf. Das Gebläse ist insbesondere im Gehäuseinnenraum angeordnet. Dadurch kann die Kühlung durch Konvektion weiter verbessert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse in der Zündschutzart „druckfeste Kapselung (Ex-d)“ gemäß DIN EN 60079-1 ausgebildet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der explosionsgeschützten Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer explosionsgeschützten Vorrichtung,
- 2 und 3 jeweils eine blockschaltbildähnliche schematische Darstellung zum Anordnen wenigstens eines Kühlkörpers in einer Außenwand eines explosionsgeschützten Gehäuses,
- 4 eine Ansicht einer Außenwand eines explosionsgeschützten Gehäuses mit zumindest einem Teil einer Druckentlastungsanordnung,
- 5 eine schematische Querschnittsdarstellung durch die Außenwand aus 4,
- 6 und 7 jeweils eine schematische perspektivische Darstellung eines Aufbaus bzw. einer Struktur zur Bildung eines gasdurchlässigen zünddurchschlagsicheren Druckentlastungskörpers,
- 8-12 jeweils ein Ausführungsbeispiel einer explosionsgeschützten Vorrichtung mit einem explosionsgeschützten Gehäuse in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt in einem Schnittbild ein Ausführungsbeispiel einer explosionsgeschützten Vorrichtung 20 aufweisend ein explosionsgeschütztes Gehäuse 21. Das explosionsgeschützte Gehäuse 21 kann in der Zündschutzart druckfeste Kapselung (Ex-d) gemäß DIN EN 60079-1 ausgeführt sein. Es umschließt einen Gehäuseinnenraum 22 und trennt diesen explosionsgeschützt von einer Umgebung 23, in der eine explosionsgefährdete Atmosphäre herrscht. In dem Gehäuseinnenraum 22 können eine oder mehrere elektrische und/oder elektronische Einrichtungen 24 angeordnet werden. Da derartige Einrichtungen 24 als mögliche Zündquelle für die explosionsgefährdete Atmosphäre in der Umgebung 23 dienen können, werden sie explosionsgeschützt im Gehäuseinnenraum 22 aufgenommen.
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Das explosionsgeschützte Gehäuse 21 hat mehrere Außenwände 25-29, die den Gehäuseinnenraum 22 umschließen. Beispielsgemäß ist das explosionsgeschützte Gehäuse 21 quaderförmig ausgestaltet. Es hat eine obere Außenwand 25 (s. 4 und 8-12), der eine untere Außenwand 26 gegenüberliegt. Die obere Außenwand 25 und die untere Außenwand 26 werden durch eine hintere Außenwand 27, eine vordere Außenwand 28 und zwei seitliche Außenwände 29 miteinander verbunden. Die hintere Außenwand 27 und die vordere Außenwand 28 liegen sich gegenüber. Die beiden seitlichen Außenwände 29 liegen sich ebenfalls gegenüber und verbinden die hintere Außenwand 27 mit der vorderen Außenwand 28. Die obere Außenwand 25 ist aufgrund der vertikalen Schnittdarstellung in 1 nicht zu erkennen.
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Die Außenwände 25-29 können miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder eine andere geeignete Verbindungsart. Zumindest einige der Außenwände 25-29 können auch integral ausgebildet sein, beispielsweise indem sie integral hergestellt werden, beispielsweise durch Gießen zumindest einiger oder aller Außenwände 25-29.
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Es versteht sich, dass das explosionsgeschützte Gehäuse 21 abweichend von der quaderförmigen Gestalt auch andere Formen annehmen kann, beispielsweise eine zylindrische Form.
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Zu der explosionsgeschützten Vorrichtung 20 gehört außerdem eine Kühleinrichtung 43. Die Kühleinrichtung 43 ist dazu eingerichtet, Wärme aus dem Gehäuseinnenraum 22 in die Umgebung 23 abzuführen, um die Temperatur im Gehäuseinnenraum 22 ausreichend gering zu halten, so dass die Funktionsfähigkeit der wenigstens einen elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung 24 sichergestellt ist. Außerdem ist die Kühleinrichtung 43 dazu eingerichtet, die Temperatur der Außenwände 25-29 unterhalb eines Grenzwertes zu halten, so dass die Außenwände 25-29 keine Zündquelle für die explosionsgefährdete Atmosphäre in der Umgebung 23 darstellen.
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Die Kühleinrichtung 43 weist wenigstens einen Kühlkörper 44 auf. Der Kühlkörper 44 hat vorzugsweise zumindest an seiner der Umgebung 23 zugewandten Außenseite eine oder mehrere Kühlrippen 45 und/oder Kühlfahnen und/oder Kühlfinnen, um seine Kühloberfläche zu vergrößern. Der Kühlkörper 44 bildet zumindest einen Teil einer zugeordneten Außenwand 25 bis 29, der als Kühlkörperwandteil 47 bezeichnet wird. Der Kühlkörper 45 kann entweder die gesamte betreffende Außenwand 25 bis 29 bilden oder in einer Wandaussparung 46 einer zugeordneten Außenwand 25 bis 29 angeordnet sein. Der wenigstens eine Kühlkörper 44 stellt mithin wenigstens einen Kühlkörperwandteil 47 dar, der mit einem verbleibenden Gehäusewandteil 48 verbunden ist, der die betreffende Wandaussparung 46 umgibt. Zwischen dem wenigstens einen Kühlkörper 44 und dem umgebenden Gehäusewandteil 48 kann eine Haftvermittlungsverbindung bestehen, beispielsweise eine Klebeverbindung.
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Der wenigstens eine Kühlkörper 44 besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die des verbleibenden Gehäusewandteils 48. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der wenigstens eine Kühlkörper 44 aus einem metallischen Material und/oder metallischen Legierung hergestellt und vorzugsweise als Strangpressteil ausgebildet. Der wenigstens eine Kühlkörper 44 kann beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer bestehen oder zumindest enthalten. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der wenigstens eine Kühlkörper 44 aus Keramik bestehen. Der wenigstens eine Kühlkörper 44 kann lackiert oder eloxiert sein.
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Solche Kühlkörper sind als Standardkühlkörper kommerziell verfügbar und können erfindungsgemäß einfach und kostengünstig für die explosionsgeschützte Vorrichtung 20 verwendet werden. Maßnahmen, um die mechanische Festigkeit oder Stabilität des wenigstens einen Kühlkörpers 44 zu erhöhen, sind nicht notwendig.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Kühlrippen 45 im Wesentlichen derart vertikal ausgerichtet, dass die Zwischenräume zwischen zwei unmittelbar benachbarten Kühlrippen 45 einen vertikal nach oben und unten offenen Kanal bilden (9-12). Dadurch kann die natürliche Konvektion bei aufsteigendem warmen Gas bzw. warmer Luft zu einer guten Durchströmung der Zwischenräume zwischen den Kühlrippen 45 genutzt werden. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen wenigstens ein Kühlkörper 44 beispielsweise an der oberen Außenwand 25 oder der unteren Außenwand 26 befestigt ist, können die Kühlrippen 45 auch eine andere Ausrichtung haben (vergleiche z.B. 8).
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Zusätzlich zu der Prinzipdarstellung in 1 kann der wenigstens eine Kühlkörper 44 auch eine oder mehrere Kühlrippen 45 aufweisen, die dem Gehäuseinnenraum 22 zugewandt sind (vergleiche z.B. 2, 9, 11 und 12).
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In Abwandlung zu den veranschaulichten Ausführungsbeispielen müssen die Kühlrippen 45 nicht im Wesentlichen geradlinig und parallel zueinander verlaufen, sondern können auch abgewinkelt und/oder gebogen sein. Es ist zusätzlich oder alternativ auch möglich, dass eine oder mehrere Kühlrippen 45 einen T-förmigen oder einen Y-förmigen Querschnitt haben.
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Innerhalb des Gehäuseinnenraums 22 ist wenigstens eine Anbringungsfläche 51 für die wenigstens eine elektrische und/oder elektronische Einrichtung 24 vorhanden. Wie es in den 1-3 beispielhaft dargestellt ist, kann der wenigstens eine Kühlkörper 44 die wenigstens eine Anbringungsfläche 51 aufweisen. Die elektrische und/oder elektronische Einrichtung 24 kann unmittelbar und insbesondere ohne Gas- bzw. Luftspalt an der Anbringungsfläche 51 angeordnet werden, um einen möglichst flächigen und guten Wärmeleitkontakt herzustellen. Die von der betreffenden elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung 24 erzeugte Wärme kann daher konduktiv in den betreffenden Kühlkörper 44 eingeleitet und von diesem in die Umgebung 23 abgeleitet werden. Die unmittelbare Wärmekopplung zwischen der wenigstens einen elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung 24 und der betreffenden Anbringungsfläche 51 am Kühlkörper 44 ist beispielhaft in 1 veranschaulicht.
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In den 2 und 3 sind alternative Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen der wenigstens einen elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung 24 und der Anbringungsfläche 51 eine Zwischenschicht 52 vorhanden. Diese Zwischenschicht 52 dient zur Herstellung einer guten Wärmeleitverbindung und kann durch eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad gebildet sein.
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Bei der in 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform ist die Anbringungsfläche 51 nicht unmittelbar an dem wenigstens einen Kühlkörper 44, sondern an einer separaten im Gehäuseinnenraum 22 angeordneten Anbringungswand 53 bzw. Anbringungsplatte vorhanden. Die Anbringungswand 53 bzw. Anbringungsplatte ist wärmeleitend mit dem wenigstens einen Kühlkörper 44 verbunden. Diese Wärmeleitverbindung kann durch unmittelbaren flächigen Wärmeleitkontakt und/oder mittels einer Zwischenschicht 52 erfolgen, wie es beispielhaft in 3 gezeigt ist.
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In 3 ist außerdem einen weitere Ausgestaltungsmöglichkeit mit einem oder mehreren Zusatzkühlkörpern 54 veranschaulicht, die im Gehäuseinnenraum 22 angeordnet sein können und beispielsweise unmittelbar mit einer elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung 24 wärmeleitend verbunden sein können. Solche Zusatzkühlkörper 54 können bei allen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
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Bei allen Ausführungsbeispielen durchsetzt der wenigstens eine Kühlkörper 44 die zugeordnete Gehäusewand 25 bis 29 vollständig und ist somit sowohl vom Gehäuseinnenraum 22, als auch von der Umgebung 23 her zugänglich. Dadurch kann eine sehr effektive Wärmeleitverbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum 22 und der Umgebung 23 unabhängig von einer Gas- oder Luftströmung hergestellt werden.
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Das Ausbilden einer oder mehrerer Außenwände 25-29 mit einem Kühlkörperwandteil 47, das durch einen betreffenden Kühlkörper 44 gebildet ist, beeinträchtigt die strukturelle Integrität des Gehäuses 21. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als Kühlkörper 44 bzw. Kühlkörperwandteil 47 Standardkühlkörper ohne mechanische Verstärkung verwendet werden, beispielsweise Strangpressprofilteile. Um den bei einer möglichen Explosion im Gehäuseinnenraum 22 herrschenden Explosionsdruck zu begrenzen, ist daher erfindungsgemäß eine Druckentlastungsanordnung 32 vorhanden, die im Fall einer Explosion einen ausreichend großen Volumenstrom einer Gasströmung von dem Gehäuseinnenraum 22 in die Umgebung 23 sicherstellt.
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Optional kann die Kühleinrichtung 43 ein Gebläse 55 aufweisen, das im Gehäuseinnenraum 22 angeordnet werden kann, um die Kühlung zu verbessern.
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Die Druckentlastungsanordnung 32 weist wenigstens einen in wenigstens einer Druckentlastungsöffnung 33 des Gehäuses 21 angeordneten gasdurchlässigen, zünddurchschlagsicheren Druckentlastungskörper 34 auf. Der wenigstens eine Druckentlastungskörper 34 ist derart in oder an der zugeordneten Druckentlastungsöffnung 33 einer Außenwand 25-29 angeordnet, so dass ein zünddurchschlagsicherer Gasströmungspfad durch die wenigstens eine Druckentlastungsöffnung 33 und den wenigstens einen Druckentlastungskörper 34 zwischen dem Gehäuseinnenraum 22 und der Umgebung 23 hergestellt ist. Jede Druckentlastungsöffnung 33 durchsetzt eine Außenwand 25-29 vollständig. Wie es in 1 veranschaulicht ist, können mehrere Druckentlastungsöffnungen 33 in einer einzigen Außenwand (z.B. seitliche Außenwand 29) oder in mehreren Außenwänden 25-29 angeordnet sein. In oder an jeder vorhandenen Druckentlastungsöffnung 33 ist wenigstens ein Druckentlastungskörper 34 angeordnet, um die Zünddurchschlagsicherheit des Gasströmungspfades herzustellen. Mehrere Druckentlastungsöffnungen 33 können dabei von einem gemeinsamen Druckentlastungskörper 34 abgedeckt bzw. zünddurchschlagsicher ausgebildet sein.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind jeweils mehrere Druckentlastungsöffnungen 33 mit jeweils wenigstens einem Druckentlastungskörper 34 in den beiden seitlichen Außenwänden 29 angeordnet. In Abwandlung hierzu kann die wenigstens Druckentlastungsöffnung 33 mit jeweils wenigstens einem Druckentlastungskörper 34 auch in oder an irgendeiner der anderen Außenwände 25-29 vorhanden sein. Ob und in welcher der Außenwände 25-29 eine oder mehrere Druckentlastungsöffnungen 33 bzw. Druckentlastungskörper 34 angeordnet werden, kann anwendungsabhängig ermittelt werden, um die Gasströmung entlang des Gasströmungspfades zur Explosionsdruckbegrenzung zu optimieren. Die Gasströmung entlang des Gasströmungspfades, der gemeinsam durch die gesamte Druckentlastungsanordnung 32, ist in 1 schematisch durch die gestrichelten Pfeile veranschaulicht.
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Der wenigstens eine Druckentlastungskörper 34 kann mittelbar oder unmittelbar kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig bzw. durch eine Haftverbindung in und/oder an der jeweiligen Druckentlastungsöffnung 33 bzw. einem die jeweilige Druckentlastungsöffnung 33 umgebenden Bereich der betreffenden Außenwand 25-29 verbunden sein. Er kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung und/oder durch Kleben und/oder durch Schweißen und/oder ähnliches mit der betreffenden Außenwand 25-29 verbunden werden.
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Der wenigstens eine Druckentlastungskörper 34 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 bzw. daran hindert, in die Umgebung 23 zu gelangen. Die Materialstruktur gewährleistet dadurch die Zünddurchschlagsicherheit des Gasströmungspfades und erlaubt gleichzeitig eine Gasströmung entlang des Gasströmungspfades mit einem hohen Volumenstrom, unter anderem zur Konvektionskühlung. Die Dicke des wenigstens einen Druckentlastungskörpers 34 in Gasströmungsrichtung beträgt beispielsweise mindestens 5 mm oder mindestens 10 mm. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hat jeder Druckentlastungskörper 34 eine unmittelbar an den Gehäuseinnenraum 22 angrenzende Innenseite 34a und eine unmittelbar an die Umgebung angrenzende Außenseite 34b. Die Dicke des Druckentlastungskörpers 34 wird dabei entlang des kürzesten Weges zwischen der Innenseite 34a und der Außenseite 34b gemessen.
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Vorzugsweise ist der Druckentlastungskörper 34 aus einem Werkstoff hergestellt, dessen Temperaturbeständigkeit bei mindestens 400°C liegt. Beispielsweise kann der Druckentlastungskörper 34 aus chromlegierten Stahl, etwa Edelstahl hergestellt sein. Der Druckentlastungskörper 34 kann eine Wirrfaserstruktur und/oder eine Gitterstruktur und/oder eine sonstige poröse Struktur oder Maschen aufweisende Struktur aufweisen. Bei dem in 6 schematisch veranschaulichten Beispiel hat ein poröser Körper 36 beispielsweise miteinander verschlungene, ungeordnet angeordnete Fasern, um eine Wirrfaserstruktur des porösen Körpers 36 zu bilden. Die Fasern können ein Durchmesser von 70 µm bis 130 µm aufweisen. Der poröse Körper 36 kann in Abwandlung hierzu aus porösem Sintermaterial und/oder porösem Schaummaterial oder dergleichen gebildet sein. Die Porengröße des porösen Körpers 36 beträgt mindestens 80 µm und höchsten 250 µm. Die Porosität des porösen Körpers 36 liegt beim Ausführungsbeispiel im Bereich von 60% bis 80%.
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Eine andere Möglichkeit einer Materialstruktur zur Verwendung als Druckentlastungskörper 34 ist in 7 schematisch veranschaulicht. Dort ist ein Gitterkörper 37 dargestellt, der mehrere Gitterlagen 38 aufweist, die übereinander angeordnet bzw. sozusagen gestapelt sind. Die einzelnen Gitterlagen 38 können kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig bzw. durch Haftvermittlung miteinander verbunden werden. Dadurch kann insgesamt ein Gitterkörper 37 mit einer effektiven Maschengröße erreicht werden, die mindestens 80 µm und maximal 250 µm aufweist. Die Gitterstäbe der einzelnen Gitterlagen 38 können versetzt und/oder unter einem Winkel geneigt zueinander ausgerichtet werden, um die effektive Maschengröße des Gitterkörpers 37 zu erreichen. Die Anzahl der einzelnen Gitterlagen 38 kann abhängig von der Ausgestaltung jeder einzelnen Gitterlage 38 variieren, um die gewünschte effektive Maschengröße des Gitterkörpers 37 und die oben angegebene Dicke zu erreichen.
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Zur Bildung eines Druckentlastungskörpers 34 kann ein poröser Körper 26 und/oder ein Gitterkörper 37 verwendet werden. In 6 und 7 sind zylindrische Ausgestaltungen der Körper 36, 37 veranschaulicht, was lediglich beispielhaft zur Erläuterung der jeweiligen Struktur ist. Die Außenkontur hängt von der gewünschten Außenkontur des herzustellenden Druckentlastungskörpers 34 ab. Der wenigstens eine Druckentlastungskörper 34 kann zylindrisch, prismatisch, quaderförmig, plattenförmig oder in einer anderen beliebigen Kontur ausgebildet sein.
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In den 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Außenwand mit einem Druckentlastungskörper 31 dargestellt, bei dem nahezu eine gesamte Außenwand - und beispielsgemäß eine seitliche Außenwand 29 - durch den Druckentlastungskörper 34 gebildet ist. Der Druckentlastungskörper 34 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen zwei Durchbrechungen aufweisenden Halteelementen 39 angeordnet. Die beiden Halteelemente 39 nehmen den Druckentlastungskörper 34 sandwichartig dazwischen auf. Die Halteelemente 39 sind beispielsgemäß gitterartig ausgestaltet.
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Kühleinrichtung 43In den 8-12 sind unterschiedliche Ausgestaltungen der Vorrichtung 20 mit jeweils einem explosionsgeschützten Gehäuse 21 dargestellt. Der Bereich einer Außenwand 25-29 mit wenigstens einer Druckentlastungsöffnung 33 und wenigstens einem Druckentlastungskörper 34 ist schematisch kreuzschraffiert veranschaulicht und kann analog in den 4 und 5 gezeigten Ausführung ausgebildet sein. Alternativ kann in diesem Bereich ein einziger Druckentlastungskörper 34 ohne Halteelemente 39 in einer Druckentlastungsöffnung 33 vorhanden sein, der z.B. im Bereich seiner Außenkontur mit der umgebenen Außenwand 25-29 verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig bzw. durch Haftvermittlung.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 8-12 ist die vordere Außenwand 28 als schwenkbare Tür 59 ausgestaltet. Alternativ dazu kann in der vorderen Außenwand 28 eine schwenkbare Tür 59 angeordnet sein. Die Tür 59 ist vorzugsweise um eine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse zwischen einer geöffneten Stellung (9-12) und einer geschlossenen Stellung (8) schwenkbar.
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Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Teil der oberen Außenwand 25 mittels eines Kühlkörpers 44 als Kühlkörperwandteil 47 ausgebildet. In den beiden seitlichen Außenwänden 29 ist jeweils wenigstens eine Druckentlastungsöffnung 33 mit wenigstens einem Druckentlastungskörper 34 vorhanden.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen gemäß der 8-12 ist jeweils an bzw. in einer der Außenwände 25-29 entweder wenigstens eine Druckentlastungsöffnung 33 mit wenigstens einem Druckentlastungskörper 34 oder ein Kühlkörper 44 vorhanden. Eine Kombination von sowohl wenigstens einer Druckentlastungsöffnung 33 mit wenigstens einem Druckentlastungskörper 34 als auch einem Kühlkörper 44 an bzw. in einer gemeinsamen Außenwand 25-29 ist beispielsgemäß nicht vorgesehen, könnte bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen jedoch ebenfalls realisiert werden.
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Bei der in 9 gezeigten Ausführung ist in der Tür 59 ein Kühlkörper 44 angebracht. Es ist auch möglich, die gesamte Tür 59 durch einen Kühlkörper 44 zu bilden. Kühlrippen 45 sind an der dem Gehäuseinnenraum zugewandten Seite vorhanden. Wie es in den 10 und 11 veranschaulicht ist, können zusätzlich oder alternativ auch an die Umgebung 23 angrenzende Kühlrippen 45 vorhanden sein.
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Die Anordnung des wenigstens einen Kühlkörpers 44 kann bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 8-12 so erfolgen, wie es vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläutert wurde.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen kann benachbart zu der Außenwand 25-29, in bzw. an der wenigstens ein Druckentlastungskörper 34 vorhanden ist, ein Strömungskanal 56 ausgebildet sein. An jeden Strömungskanal 56 grenzt wenigstens eine der vorhandenen Druckentlastungsöffnungen 33 mit dem wenigstens einen Druckentlastungskörper 34 an. Die jeweiligen Außenseiten 34b der Druckentlastungskörper 34 sind dem Strömungskanal 56 zugeordnet, so dass Gas bzw. Luft aus dem Gehäuseinnenraum 22 entlang des Gasströmungspfades durch den wenigstens einen Druckentlastungskörper 34 und weiter entlang des Strömungskanals 56 strömen kann. Der Strömungskanal 55 wird quer zu seiner Erstreckungsrichtung durch eine entsprechende Leiteinrichtung 57 und zumindest teilweise durch die benachbarte Außenwand 25-29 bzw. die wenigstens eine Außenseite 34b des wenigstens einen Druckentlastungskörpers 34 begrenzt. Der Strömungskanal 56 ist entlang seiner Erstreckung an entgegengesetzten Enden geöffnet. Der Strömungskanal 56 verläuft vorzugsweise im Wesentlichen vertikal, so dass in dem Strömungskanal 56 warme Luft bzw. warmes Gas aufgrund der natürlichen Konvektion von unten nach oben strömen kann. Bei im Wesentlichen vertikaler Ausrichtung des Strömungskanals 56 kann dieser an seinem oberen offenen Ende mittels einer Abdeckung 58 gegen das Eindringen von Staub und/oder Wasser geschützt sein (5).
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Die Erfindung betrifft eine explosionsgeschützte Vorrichtung 20 mit einem explosionsgeschützten Gehäuse 21 und einer Kühleinrichtung 43. Das explosionsgeschützte Gehäuse 21 hat mehrere Außenwände 25-29, die einen Gehäuseinnenraum 22 explosionsgeschützt gegenüber einer Umgebung 23 umschließen. Eine Druckentlastungsanordnung 32 Kühleinrichtung 43weist wenigstens eine Druckentlastungsöffnung 33 mit wenigstens einem gasdurchlässigen, zünddurchschlagsicheren Druckentlastungskörper 34 auf. Die wenigstens eine Druckentlastungsöffnung 33 durchsetzt wenigstens eine der Außenwände 25-29. Somit ist ein zünddurchschlagsicherer Gasströmungspfad zwischen dem Gehäuseinnenraum 22 und der Umgebung 23 gebildet. Die Kühleinrichtung 43 weist außerdem wenigstens einen Kühlkörper 44 auf, der zumindest einen Kühlkörperwandteil 47 einer der Außenwände 25, 26, 27, 28, 29 bildet und der als Kühlkörperwandteil 47 dieser Außenwand 25, 26, 27, 28, 29 außen an die Umgebung 23 und innen an den angrenzenden an den Gehäuseinnenraum 22 unmittelbar angrenzt. Wegen der Explosionsdruckbegrenzung durch die Druckentlastungsanordnung 32 kann ein Standardkühlkörper zur Bildung des Kühlkörperwandteils 47 verwendet werden, der beispielsweise durch ein Strangpressprofilteil gebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- explosionsgeschützte Vorrichtung
- 21
- explosionsgeschütztes Gehäuses
- 22
- Gehäuseinnenraum
- 23
- Umgebung
- 24
- elektrische und/oder elektronische Einrichtung
- 25
- obere Außenwand
- 26
- untere Außenwand
- 27
- hintere Außenwand
- 28
- vordere Außenwand
- 29
- seitliche Außenwand
- 32
- Druckentlastungsanordnung
- 33
- Druckentlastungsöffnung
- 34
- Druckentlastungskörper
- 35
- Gebläse
- 36
- poröser Körper
- 37
- Gitterkörper
- 38
- Gitterlage
- 39
- Halteelement
- 43
- Kühleinrichtung
- 44
- Kühlkörper
- 45
- Kühlrippe
- 46
- Wandaussparung
- 47
- Kühlkörperwandteil
- 48
- Gehäusewandteil
- 51
- Anbringungsfläche
- 52
- Zwischenschicht
- 53
- Anbringungswand
- 54
- Zusatzkühlkörper
- 55
- Gebläse
- 56
- Strömungskanal
- 57
- Leiteinrichtung
- 58
- Abdeckung
- 59
- Tür