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Die
Erfindung betrifft ein Hydraulikaggregat mit einem Vorratsbehälter für Hydraulik-Flüssigkeit und
mit einer aus einem Motor und einer von diesem angetriebenen Pumpe
gebildeten Motor-Pumpe-Einheit.
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Derartige
Hydraulikaggregate werden für verschiedene
Anwendungszwecke in unterschiedlichsten Ausführungsformen hergestellt. Die
Hydraulikaggregate können
zusätzlich
zu dem Vorratsbehälter
und der Motor-Pumpe-Einheit mit weiteren Komponenten, wie z. B.
Ventile, Filter, Kühler
oder Überwachungsgeräte, ausgestattet
sein. Auch sind Hydraulikaggregate bekannt, bei denen eine Reihe
von Maßnahmen
zur Dämpfung
des von der Motor-Pumpe-Einheit ausgehenden Schalls vorgesehen sind.
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Seit
dem 1. Juli 2003 regelt die „Atex-Richtlinie
94/9/EG" einheitlich
die Produktanforderungen in Europa für Ausrüstungen zur Verwendung in explosionsgefährdeter
Atmosphäre.
Diese Richtlinie ersetzt alle bestehenden europäischen und einzelstaatlichen Rechtsvorschriften.
Um die neu gefaßten
Sicherheitsanforderungen zu erfüllen,
müssen
die Hersteller jetzt zusätzliche
Maßnahmen
ergreifen. Dabei ist zu beachten, daß die Vermeidung einer Explosion („primärer Explosionsschutz") immer besser als
jeglicher Schutz vor Explosionen („sekundärer Explosionsschutz") ist. Unter primärem Explosionsschutz versteht
man alle Maßnahmen,
die verhindern, daß eine
gefährliche
explosive Atmosphäre überhaupt entstehen
kann. Nach dem Ausschöpfen
aller Möglichkeiten
des primären
Explosionsschutzes gibt es aber immer noch Bereiche, in denen eine
explosionsfähige
Atmosphäre
auftritt, sog. explosionsgefährdete
Bereiche. Dies ist u. a. dann der Fall, wenn die Gefahr besteht,
daß sich
eine explosionsfähige
Atmosphäre
an einer Zündquelle,
z. B. an einer heißen Oberfläche, entzündet und
dadurch eine Explosion auslöst.
In diesen Bereichen sind Maßnahmen
des sekundären
Explosionsschutzes einzusetzen, d. h. es müssen Maßnahmen ergriffen werden, die
eine Zündung
explosionsfähiger
Atmosphäre
verhindern. Diese Maßnahmen
können
z. B. darin bestehen, daß alle
in einem hydraulischen System verwendeten Komponenten für sich bereits
die Anforderungen der Atex-Richtlinie erfüllen. Bei diesen Komponenten handelt
es sich in der Regel um nur in kleiner Stückzahl hergestellte Sonderausführungen,
die teurer sind als die Serienausführung der entsprechenden Komponenten.
Darüber
hinaus gibt es Komponenten, die sich nicht in einer die Atex-Richtlinie
erfüllenden
Ausführung
herstellen lassen, wie z. B. hydraulische Pumpen. Bei hydraulischen
Pumpen besteht u. a. die Gefahr, daß bei einem Lagerschaden eine Überhitzung
im Bereich der Lager auftritt, wobei sich die erhitzte Oberfläche als
gefährliche
Zündquelle auswirkt.
Um trotzdem hydraulische Pumpen in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen
zu können, müssen andere
Maßnahmen
ergriffen werden. Eine Möglichkeit
hierfür
besteht z. B. darin, die Pumpe unter Öl zu betreiben. Diese Zündschutzart
wird in Verbindung mit nicht-elektrischen Geräten als Flüssigkeitskapselung „k" bezeichnet. Bei
dieser Zündschutzart
wird die Zündquelle
in einem mit Öl
gefüllten Gehäuse so weit
untergetaucht, daß ein
Zünddurchschlag
in den Bereich außerhalb
der Öloberfläche nicht
möglich
ist. In Verbindung mit elektrischen Geräten wird diese Zündschutzart
als Ölkapselung „o" bezeichnet.
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Weitere
Zündschutzarten,
durch die die Zündung
eines explosionsfähigen
Gemisches vermieden werden kann, sind:
Eigensicherheit „i",
druckfeste
Kapselung „d",
erhöhte Sicherheit „e",
Überdruckkapselung „p",
Vergußkapselung „m",
Sandkapselung „q".
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulikaggregat der
eingangs genannten Art zu schaffen, das entsprechend den Anforderungen der
Atex-Richtlinie 94/9/EG in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar
ist. Hierbei soll insbesondere sichergestellt sein, daß die durch
einen Lagerschaden erhitzte Oberfläche der Pumpe nicht die Zündung einer
explosionsfähigen
Atmosphäre
auslöst.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Die
Erfindung macht dabei von der Zündschutzart Überdruckkapselung „p" Gebrauch. Die Erfindung
ermöglicht
es, zusätzlich
zu dem Hydraulikaggregat weitere Komponenten in dem Innenraum des
allseitig geschlossenen Rahmens anzuordnen. Da diese Komponenten
ebenfalls von Zündschutzgas
umgeben sind, brauchen sie nicht die Anforderungen der Atex-Richtlinie
zu erfüllen,
so daß kostengünstige Serienausführungen
dieser Komponenten verwendet werden können. Dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Hydraulikaggregat werden von außen
elektrische Energie und das Zündschutzgas
zugeführt.
Sind auch die das hydraulische Druckmittel steuernden Ventile im
Innenraum des Rahmens angeordnet, brauchen nur die zu den Verbrauchern
führenden
hydraulischen Leitungen aus dem Rahmen herausgeführt zu werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Merkmale der Unteransprüche
2 bis 4 betreffen die Begrenzung des Drucks des Zündschutzgases
im Innenraum des Rahmens auf einen oberen Wert. Durch diese Maßnahmen
werden die auf die Wände des
Rahmens einwirkenden Kräfte
begrenzt, so daß sich
der konstruktive Aufwand für
die Halterung der Wände
des Rahmens in vertretbaren Grenzen hält. Die Ansprüche 5 bis
8 betreffen die Überwachung des
Drucks im Innenraum des Rahmens auf einen unteren Wert. Diese Überwachung
stellt sicher, daß bei
einem Druckabfall des Zündschutzgases
im Innenraum des Rahmens unter den für die Zündschutzart Überdruckkapselung „p" mindestens erforderlichen
Wert entsprechende Maßnahmen
ergriffen werden können,
daß z.
B. in einem derartigen Fall die Energiezufuhr zu allen Baugruppen
des Hydraulikaggregats unmittelbar unterbunden wird. Die Merkmale der
Ansprüche
9 bis 16 betreffen die konstruktive Ausgestaltung des Rahmens und
der Zufuhr sowie die Führung
des Zündschutzgases
im Innenraum des Rahmens.
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Die
Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand
von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine schematische Darstellung
eines in einem Gebäude
aufgestellten ersten erfindungsgemäßen Hydraulikaggregats,
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2 eine Seitenansicht eines
weiteren erfindungsgemäßen Hydraulikaggregats
und
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3 eine Draufsicht auf das
in der 2 dargestellte
Hydraulikaggregat.
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Die 1 zeigt in schematischer
Darstellung ein Gebäude 10,
in dem sich eine explosionsfähige Atmosphäre befindet.
Außerdem
zeigt die 1 ein in dem
Gebäude 10 aufgestelltes,
ebenfalls nur schematisch dargestellt Hydraulikaggregat 11 gemäß der Erfindung.
Das Hydraulikaggregat 11 ist von einem allseitig geschlossenen
Rahmen 12 umschlossen. Im Innenraum 13 des Rahmens 12 ist
eine Motor-Pumpe-Einheit 15 angeordnet. Die Motor-Pumpe-Einheit 15 besteht
aus einem luftgekühlten
Elektromotor 16 und einer von dem Elektromotor 16 angetriebenen Pumpe 17.
Die Pumpe 17 fördert
hydraulisches Druckmittel aus einem Vorratsbehälter 20 über hydraulische
Leitungen 21, 22, 23 zu einem in der 1 nicht dargestellten hydraulischen
Verbraucher, der sich außerhalb
des Rahmens 12 befindet. Bei dem Verbraucher kann es sich
z. B. um einen Hydrozylinder oder um einen Hydromotor handeln. Von dem
Verbraucher fließt
das Druckmittel über
eine weitere Leitung 25 zurück zu dem Vorratsbehälter 20. Ein
im Innenraum 13 angeordnetes Ventil 27 steuert die
dem Verbraucher zugeführte
Druckmittelmenge.
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Ein
außerhalb
des Gebäudes 10 angeordnetes
Gebläse 30 führt dem
Innenraum 13 des Rahmens 12 als Zündschutzgas
dienende Umgebungsluft zu. Das Zündschutzgas
ist dem Innenraum 13 über
einen Zuführungskanal 31 zugeführt. Der
Rahmen 12 ist mit einem Anschlußstutzen 32 für den Zuführungskanal 31 versehen.
Im Bereich des Anschlußstutzens 32 geht
der Zuführungskanal 31 in
einen im Innenraum 13 angeordneten Ansaugkanal 33 über. Der
Ansaugkanal 33 teilt den von dem Gebläse 30 zugeführten Luftstrom
Qi in zwei Teilströme Q1 und Q2 auf. Der Teilstrom Q1 ist
einem stirnseitigen Kühllufteintritt 36 des
Elektromotors 16 zugeführt,
während
der Teilstrom Q2 den Innenraum 13 durchströmt. Der
Rahmen 12 ist mit einer Ventilanordnung 38 versehen, über die
das Zündschutzgas
den Innenraum verläßt. Die
Ventilanordnung 38 ist so in dem Rahmen 12 angeordnet,
daß der
gesamte Innenraum 13 von dem Zündschutzgas durchströmt ist.
Einzelheiten der Ventilanordnung 38 sind weiter unten anhand der 2 beschrieben. Der aus dem
Innenraum 13 über
die Ventilanordnung 38 austretende Luftstrom ist mit Qo bezeichnet. Er ist praktisch gleich dem
zugeführten
Luftstrom Qi, wenn man von eventuellen Leckverlusten
absieht. Im Innenraum 13 sind zwei Drucksensoren 40, 41 angeordnet,
die den auch als Sperrdruck psp bezeichneten
Druck des Zündschutzgases
erfassen. Die Ausgangssignale der Drucksensoren 40, 41 sind
einer elektrischen Schaltungsanordnung 43 zugeführt, die
die Ausgangssignale der Drucksensoren 40, 41 auswertet
und ein erstes Schaltsignal bildet, wenn der Druck psp einen
Mindestwert pmin unterschreitet, der für eine ordnungsgemäße Funktion
der Zündschutzart Überdruckkapselung „p" erforderlich ist.
Dieser Druck liegt in der Größenordnung
von 1 mbar. Der Druck psp wird aus Sicherheitsgründen redun dant
erfaßt.
Im Gefahrenfall schaltet die Schaltungsanordnung 43 die
Zufuhr elektrischer Energie zu den im Innenraum 13 angeordneten
Baugruppen, insbesondere dem Motor 16, ab. Die Schaltungsanordnung 43 bildet
ein zweites Schaltsignal, wenn der Druck psp einen
Maximalwert pmax1 überschreitet. Obwohl eine Überschreitung
des Maximalwerts pmax1 grundsätzlich nicht
die Funktion der Zündschutzart Überdruckkapselung „p" beeinflußt, ist
die Überwachung
des Maximalwerts pmax1 trotzdem erforderlich,
um den Rahmen 12 durch die auf seine Innenflächen wirkenden
Kräfte
nicht mechanisch zu stark zu beanspruchen. So wirkt z. B. bei einem
Druck psp von 10 mbar auf eine Fläche von
1 m2 eine Kraft von 1000 N auf diese Fläche. Der
Maximalwert pmax1 ergibt sich daher aus
der konstruktiven Ausgestaltung des Rahmens 12, wobei ein üblicher
Sicherheitszuschlag zu berücksichtigen
ist. Aus Gründen
der mechanischen Sicherheit muß für eine wirksame
Begrenzung des Maximalwerts des Drucks psp im
Innenraum 13 gesorgt werden. Hierzu sind die Ventilanordnung 38 und
die Schaltungsanordnung 43, die die Ausgangssignale der
Drucksensoren 40, 41 auswertet, vorgesehen. Die
Ventilanordnung 38 ist so dimensioniert, daß sie auch
unter ungünstigen Betriebsbedingungen
den Druck psp auf einen Wert pmax0 begrenzt,
der kleiner als der durch die Konstruktion des Rahmens 12 bestimmte
Maximalwert pmax1 gewählt ist. Wenn im Störungsfall
die Ventilanordnung nicht mehr dazu in der Lage ist, den Druck psp auf den Wert pmax0 zu
begrenzen und der Druck psp so weit angestiegen
ist, daß er
den zulässigen
Maximalwert pmax1 überschreitet, bildet die Schaltungsanordnung 43 ein
entsprechendes Schaltsignal, das entweder nur einen Störungsfall
signalisiert oder z. B. über
eine elektrische Leitung 45 und eine Steuereinrichtung 46 das Gebläse 30 im
Sinne eines sicheren Betriebszustands beeinflußt.
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Die 2 und 3 zeigen ein zweites gemäß der Erfindung
ausgebildetes Hydraulikaggregat 50 mit einem quaderförmigen Rahmen 51.
Bauteile, die mit denen des in der 1 dargestellten
Hydraulikaggregats 11 übereinstimmen,
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die 2 zeigt eine der Darstellung in der 1 entsprechende Seitenansicht
während
die 3 eine Draufsicht
auf das Hydraulikaggregat 50 zeigt. An eine Bodenplatte 52 sind acht
senkrecht stehende Bleche 54 bis 61 geschweißt, die
einen aus drei Bereichen 63 bis 65 bestehenden
Vorratsbehälter 66 mit
U-förmigem
Querschnitt bilden. Der Vorratsbehälter 66 ist seiner
Oberseite durch weitere, waagerecht angeordnete Bleche, die mit
den senkrechten Blechen 54 bis 61 verschweißt sind,
verschlossen. Die Bereiche 63 bis 65 bilden drei
feststehende Seitenwände
des quaderförmigen
Rahmens 51, wobei die Bleche 58, 59 und 60 zusammen
mit der Bodenplatte 52 den Innenraum 13 des Rahmens 51 begrenzen.
Die vierte Seitenwand des Rahmens 51 bildet eine zwischen
die Bereiche 63 und 65 eingesetzte demontierbare
Wand 68. Nach oben ist der Rahmen 51 durch eine
weitere demontierbare Wand 69 abgeschlossen. Dabei ist
es durchaus zulässig,
daß zwischen
den feststehenden Wänden
und den demontierbare Wänden
Spalte existieren, über
die Zündschutzgas
aus dem Innenraum 13 des Rahmens 51 in das Gebäude dringt.
Andererseits dürfen
die auf diese Weise entstehenden Leckverluste nur so groß sein,
daß sich
der für
die Zündschutzart Überdruck „p" erforderliche Mindestwert pmin im Innenraum 13 noch einstellen
kann. Die Wände 68 und 69 können bei
Bedarf, z. B. wenn ein geräuscharmes
Hydraulikaggregat gewünscht
ist, als Dämmwände ausgebildet
werden, die den aus dem Hydraulikaggregat austretenden Schall verringern. Einzelheiten
der Befestigung der Wände 68 und 69 an
dem Rahmen 51 sind in den 2 und 3 nicht im Einzelnen dargestellt.
Wesentlich ist jedoch in diesem Zusammenhang, daß sich die Befestigungselemente
für die
Wände 68 und 69 im
Hinblick auf die Einhaltung der Zündschutzsicherheit nur mit
Spezialwerkzeugen öffnen
lassen und daß die
Befestigungselemente mindestens der Kraft standhalten, die beim Maximalwert
pmax1 des Drucks psp auf
sie einwirkt. Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist es möglich, die
Befestigungselemente zusätzlich
mit einer Art Sollbruchstelle zu versehen, die bei einem den Maximalwert
Pmax1 wesentlich übersteigenden Druck psp eine der demontierbaren Wände 68, 69 im
Sinne eines weiteren Druckabbaus im Innenraum 13 des Rahmens 51 freigibt.
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Die
Ventilanordnung 38 ist in einer Auslaßöffnung 71 in der Wand 69 angeordnet.
Die Ventilanordnung 38 ist als Flatterventil ausgebildet.
Eine um eine waagerechte Achse 72 drehbar gelagerte Platte 73, die
als Ventilblatt des Flatterventils dient, verschließt in ihrer
Ruhelage aufgrund ihres Gewichts die Auslaßöffnung 71. Erhöht sich
der Druck psp im Innenraum 13,
dreht sich die Platte 73 entsprechend der auf sie wirkenden
Kraft um die Achse 72 und gibt die Auslaßöffnung 71 so
weit frei, bis der Druck psp gleich dem
Gewicht der Platte 73 dividiert durch die von dem Druck
psp beaufschlagte Fläche der Platte 73 ist. Dabei
bestimmt der Öffnungswinkel
der Platte 73 die Größe des Auslaßquerschnitts
der Auslaßöffnung 71. Die
Auslaßöffnung 71 und
die Platte 73 sind so dimensio niert, daß sich das Kräftegleichgewicht
für den
Wert pmax0 einstellt. Ein Abdeckgitter 75 umgibt den
Schwenkbereich der Platte 73 und verhindert, daß Fremdkörper in
die Ventilanordnung 38 eindringen und die Funktion der
Ventilanordnung 38 beeinträchtigen.
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Der
Elektromotor 16 ist mit vier Dämpfungselementen, von denen
in der 2 nur zwei Dämpfungselemente 77, 78 sichtbar
sind, an der Bodenplatte 52 gehalten. Der Anschlußstutzen 32,
in dessen Bereich der Zuführungskanal 31 in
den Ansaugkanal 33 übergeht,
ist an der Wand 69 gehalten. Der Ansaugkanal 33 ist
in vorteilhafter Weise – wie
auch der Anschlußstutzen 32 – an der
Wand 69 gehalten. Der Ansaugkanal 33 ist mit einer
Reihe von Öffnungen
versehen, die den zugeführten
Luftstrom Qi so verteilen, daß der erste
Teilstrom Q1 dem Kühllufteintritt 36 des
Elektromotors 16 zugeführt
ist und daß der
zweite Teilstrom Q2 in mehrere Teilströme Q21, Q22, Q23 aufgeteilt ist, die den Innenraum 13 durchströmen und
daran anschließend
gemeinsam mit dem aus dem Elektromotor 16 austretenden
Teilstrom Q1 den Innenraum 13 über die
Ventilanordnung 38 verlassen. Die aus der Ventilanordnung 38 austretende
Luft verdünnt
ebenso wie die über
Spalte zwischen der Bodenplatte 52 bzw, den feststehenden Wänden 63, 64, 65 des
Rahmens 51 und den demontierbaren Wänden 68, 69 austretende
Luft die explosionsfähige
Atmosphäre
innerhalb des Gebäudes 10 und
trägt damit
zum primären
Explosionsschutz bei. Fall dies aus anderen Gründen nicht gewünscht sein sollte,
ist es alternativ möglich,
die durch die Ventilanordnung 38 aus dem Innenraum 13 des
Rahmens 51 austretende Abluft über einen in den Figuren nicht dargestellten
Abluftkanal ins Freie zu führen.