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Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse, insbesondere Elektronik- und/oder Motorgehäuse, mit einem druckfesten Gehäusemantel, in welchem eine Zugangsöffnung zu einem Gehäuseinneren ausgebildet ist, wobei die Zugangsöffnung eine kreisförmige Innenkontur aufweist, und mit einem die Zugangsöffnung verschließenden Deckel, wobei zwischen dem Deckel und der Innenkontur ein Explosionsspalt ausgebildet ist.
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Derartige Gehäuse werden eingesetzt, um zu verhindern, dass eine Explosion, die auf Grund von Wärmeentwicklung im Gehäuse entsteht, nach außen gelangt und so den Umgebungsbereich gefährden kann. Hierbei ist es üblich geworden, an Schnittstellen des Gehäuses, an denen das Gehäuse geöffnet werden kann, Explosionsspalte auszubilden. Je nach innerer Gestalt des Gehäuses und je nach Einsatzgebiet müssen diese Spalte entsprechend lang und entsprechend dünn ausgebildet werden, um den in der Praxis auftretenden Explosionsdrücken standhalten zu können und um zu verhindern, dass eine Reaktionsfront der Explosion aus dem Gehäuse austritt.
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Die Erfindung beschäftigt sich damit, die Ausgestaltung von Gehäusen für besonders raue Umgebungsbedingungen zu vereinfachen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem explosionsgeschütztem Gehäuse der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass in dem Gehäuseinneren ein Explosionswellenminderungselement angeordnet ist, welches eine Schwammstruktur aufweist.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein Maximaldruck, der bei einer Explosion im Gehäuseinneren entwickelt oder aufgebaut wird, durch das Explosionswellenminderungselement verminderbar ist, indem die Explosionswelle zumindest teilweise durch die Schwammstruktur aufnehmbar ist. Somit ist ein Verschluss der Zugangsöffnung mit dem Deckel für geringere Druckbelastungen ausbildbar, wodurch eine Ausgestaltung des Gehäuses vereinfachbar ist. Nach den geltenden Normen muss die Befestigung des Deckels das 3-fache eines im Gehäuseinneren entwickelbaren Maximaldrucks aushalten können, so dass bei Verminderung des Maximaldrucks eine Vereinfachung der Konstruktion erreichbar ist. Eine Schwammstruktur kann beispielsweise dadurch charakterisiert werden, dass durch Hohlräume, beispielsweise Poren oder Kanäle, eine innere Oberfläche gebildet ist. Bevorzugt ist durch die Poren oder Kanäle ein vernetztes und/oder verästeltes System von Hohlräumen gebildet.
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Beispielsweise kann das erfindungsgemäße explosionsgeschützte Gehäuse als Elektronikgehäuse und/oder als Motorgehäuse ausgebildet sein, da bei einem derartigen Gehäuse im Gehäuseinneren typischerweise wärmeerzeugende Elemente wie Leistungsschaltelemente, Widerstände, Wicklungen, Getriebeteile angeordnet sind, welche bei einer Fehlfunktion die Gefahr in sich bergen, übermäßige Wärme zu entwickeln und somit große Oberflächentemperaturen zu erzeugen. Gerade Elemente der Leistungselektronik, beispielsweise Leistungstransistoren oder Leistungswiderstände, können hohe Oberflächentemperaturen von beispielsweise 180° erreichen. Dies ist für bestimmte Temperaturklassen zu hoch, so dass diese Elemente von einer explosionsgefährdeten Umgebung abgekapselt werden müssen. Die Erfindung hilft hier, den konstruktiven Aufbau für diese Abkapselung mit einem explosionsgeschützten Gehäuse zu reduzieren, da ein Aufschaukeln einer Explosion im Gehäuseinneren abgemildert oder sogar vermieden werden kann.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schwammstruktur mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Wärme im Explosionsgas gut aufnehmbar und verteilbar ist, so dass das Explosionsgas nach oder bei Eindringen in die Schwammstruktur unter eine kritische oder vorgegebene Temperatur kühlbar ist. Dies ermöglicht ein schnelles Abklingen der Reaktion und somit eine Verminderung des sich aufbauenden Maximaldrucks. Besonders günstig ist es hierbei, wenn das Material der Schwammstruktur ein gut wärmeleitendes Metall ist. Dies kann beispielsweise Kupfer, Nickel, Gold, Silber und/oder Aluminium oder eine – gut wärmeleitende – Legierung, die zumindest Kupfer, Nickel, Gold, Silber und/oder Aluminium enthält, sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung und ein Erreichen einer besonders günstigen mechanischen Stabilität.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schwammstruktur an einem Trageelement abgestützt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Explosionswellenminderungselement raumfest im Gehäuseinneren anordenbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Schwammstruktur an einer Innenseite des Gehäusemantels abgestützt ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein flächiges Anliegen erreichbar ist und dass von Explosionswellen auf die Schwammstruktur eingebrachte Kräfte einfach an den Gehäusemantel ableitbar sind.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Explosionswellenminderungselement im Wesentlichen flächenhaft ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine große Aufnahmefläche für eine Explosionswelle bereitgestellt ist. Das Explosionswellenminderungselement kann im Wesentlichen zweidimensional ausgebildet sein, um mit möglichst geringem Materialeinsatz eine möglichst große äußere Oberfläche zu bilden. Alternativ oder zusätzlich kann das Explosionswellenverhinderungselement mit einer dreidimensionalen Oberfläche ausgestaltet sein. Somit kann das Explosionswellenverhinderungselement in das Gehäuseinnere hineinragen und beispielsweise einen Wellenbrecher bilden.
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Besonders günstig ist es, wenn das Explosionswellenminderungselement mattenförmig ausgebildet ist. Dies erlaubt ein einfaches Anlegen des Explosionswellenminderungselements an einer Innenseite des Gehäusemantels und/oder ein einfaches Einlegen des Explosionswellenminderungselements im Gehäuseinneren.
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Für eine Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Seitenfläche des Explosionswellenminderungselements frei anströmbar im Gehäuseinneren angeordnet ist. Somit ist eine Explosionswelle direkt durch die Seitenfläche aufnehmbar. Beispielsweise kann dies eine Seitenfläche sein, welche eine im Wesentlichen flächenhafte oder zweidimensionale Ausbildung und/oder eine dreidimensionale Ausbildung, beispielsweise die bereits erwähnte dreidimensionale Oberfläche, des Explosionswellenminderungselements beschreibt. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Seitenfläche des Explosionswellenminderungselements beaufschlagungsfrei im Gehäuseinneren angeordnet wird. Somit wird eine Druckbeaufschlagung der Schwammstruktur und somit ein ungewolltes Verschließen von Öffnungen in der Schwammstruktur vermieden.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuseinnere durch das Explosionswellenminderungselement in wenigstens zwei Teilräume unterteilt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Explosion, die in einem der beiden Teilräume entsteht, in den anderen Teilraum nur gelangen kann, indem sie durch das Explosionswellenminderungselement hindurchtritt. Hierzu ist bevorzugt das Explosionswellenminderungselement zum Gehäusemantel hin abgedichtet. Auf diese Weise kann einfach erreicht werden, dass die Explosionswelle vollständig durch das Explosionswellenminderungselement durchtreten muss, um in den benachbarten Teilraum zu gelangen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Explosionswellenminderungselement von Gas durchströmbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Entlastung eines durch das Explosionswellenminderungselement begrenzten Gebiets dadurch erreichbar ist, dass ein Explosionsgas hinter dem Explosionswellenminderungselement austreten kann. Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Durchströmbarkeit durch durchgehende Poren der Schwammstruktur erreicht ist. Somit ist erreichbar, dass ein Explosionsgas beim Durchdringen des Explosionswellenminderungselements mit der Schwammstruktur in Kontakt kommt und durch die Schwammstruktur kühlbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Explosionswellenminderungselement eine innere Oberfläche, beispielsweise die bereits erwähnte innere Oberfläche, und eine äußere Oberfläche aufweist, wobei die innere Oberfläche größer als die äußere Oberfläche ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine gute Wärmeaufnahme aus einem eindringenden Explosionsgas erreichbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Explosionswellenminderungselement aus einem formstabilen Material gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Explosionswellenminderungselement stoßstabil im Gehäuseinneren anordenbar ist. Beschädigungen von weiteren Teilen im Gehäuseinneren, beispielsweise dadurch, dass das Explosionswellenminderungselement seine Form und/oder Position unbeabsichtigt ändert, sind somit vermeidbar.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Explosionswellenminderungselement an dem Gehäusemantel und/oder einem, beispielsweise dem bereits erwähnten, Trageelement befestigt ist. Somit ist eine feste Positionierung des Explosionswellenminderungselements im Gehäuseinneren erreichbar. Besonders günstig ist es, wenn das Explosionswellenminderungselement lösbar befestigt ist. Somit ist ein nachträglicher Austausch erreichbar.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Oberfläche des Explosionswellenminderungselements elektrisch nicht-leitfähig ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass elektrische Kurzschlüsse durch eine ungewollte Kontaktierung weiterer Bestandteile oder Elemente im Gehäuseinneren oder Funkenschläge vermeidbar sind. Vorzugsweise ist die elektrisch nicht-leitfähige Ausbildung durch ein Materialbearbeitungsverfahren ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass auch elektrisch leitfähige Materialen wie Metalle zur Ausbildung der Schwammstruktur besonders gut verwendbar sind.
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Bei der Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Porengröße der Schwammstruktur so gewählt ist, dass eine Beschichtung einer inneren Oberfläche der Schwammstruktur durchführbar ist. Auf diese Weise lässt sich einfach eine Materialbearbeitung erreichen, nach welcher das Explosionswellenminderungselement elektrisch nicht-leitfähig ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Beschichtung der inneren Oberfläche durch eine Lackierung, eine elektrochemische Beschichtung und/oder eine elektrolytische Oberflächenbehandlung ausgebildet. Lackierungen lassen sich besonders einfach erzeugen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Gehäusemantel und/oder der Deckel schauglasfrei ausgebildet sind. Vor Vorteil ist dabei, dass Schwachstellen im Gehäusemantel und/oder im Deckel bei der Aufnahme von Explosionsdrücken vermeidbar sind.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Gehäusemantel rohr- oder topfförmig ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine allseitig gute Kraftaufnahme oder Druckaufnahme für die Explosionsdrücke erreichbar ist. Bevorzugt weist hierzu der Gehäusemantel zumindest abschnittsweise eine runde oder gebogene oder gewölbte Querschnittskontur auf.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Gehäuseinneren Mittel zur Aufnahme eines Stators und eines Rotors ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein Motorgehäuse erfindungsgemäß aufrüstbar ist. Von Vorteil ist weiter, dass Explosionen, die beispielsweise durch fehlerhaft schwergängige drehende Teile des Rotors und/oder fehlerhaft verschaltete Wicklungen des Rotors und/oder des Stators erzeugbar sind, erfindungsgemäß gut dämpfbar sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass im Gehäuseinneren Mittel zur Aufnahme wenigstens einer Elektronikplatine ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein Elektronikgehäuse erfindungsgemäß ausgebildet ist. Insbesondere ermöglicht die Erfindung somit, Explosionen, die beispielsweise durch eine fehlerhafte Funktion eines elektronischen Bauteils, beispielsweise eines Leistungsschaltelements und/oder eines Widerstandes, erzeugbar oder zündbar sind, erfindungsgemäß gedämpft werden können.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
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Es zeigt:
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1 ein erfindungsgemäßes, explosionsgeschütztes Gehäuse in geöffnetem Zustand in einer dreidimensionalen Schrägansicht,
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2 das Gehäuse gemäß 1 in einer Längsschnittdarstellung,
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3 das Gehäuse gemäß 1 in einer weiteren Längsschnittdarstellung, wobei die Schnittebene gegenüber 2 um 90° gedreht ist,
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4 das Gehäuse gemäß 1 in einer Querschnittsdarstellung, wobei die Schnittebene senkrecht auf den Schnittebenen zu 2 und 3 steht,
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5 ein weiteres erfindungsgemäßes, explosionsgeschütztes Gehäuse mit ein Gehäuseinneres unterteilenden Explosionswellenminderungselementen,
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6 ein weiteres erfindungsgemäßes Explosionswellenminderungselement im Querschnitt mit dreidimensionaler Formgebung und
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7 ein weiteres erfindungsgemäßes Explosionswellenminderungselement im Querschnitt mit dreidimensionaler Anordnung.
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Die 1 bis 4 zeigen unterschiedliche Ansichten eines im Ganzen mit 1 bezeichneten erfindungsgemäßen explosionsgeschützten Gehäuses und werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Das explosionsgeschützte Gehäuse 1 hat einen druckfesten Gehäusemantel 2, in welchem wenigstens eine Zugangsöffnung 3, 4, 5, 6 ausgebildet ist. Durch die Zugangsöffnungen 3, 4, 5, 6 ist ein Gehäuseinneres 7 von außen zugänglich.
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Jede der Zugangsöffnungen 3, 4, 5, 6 weist hierbei eine kreisförmige Innenkontur 9, 10 auf, auf die jeweils ein Deckel 12, 13 mit einer passenden Außenkontur zur Bildung eines Explosionsspalts 14, aufsetzbar ist.
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In den 1 bis 4 sind die Deckel der Zugangsöffnungen 4 und 5 zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. In der Darstellung gemäß 1 ist zusätzlich der Deckel 12 der Zugangsöffnung 3 weggelassen.
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In dem Gehäuseinneren sind zwei Explosionswellenminderungselemente 15, 16, angeordnet, die – durch verästelte und vernetzte Poren – eine nicht weiter dargestellte Schwammstruktur aufweisen und somit als schwammförmig beschreibbar sind.
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Die Explosionswellenminderungselemente 15, 16 sind hierbei aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, Nickel, Gold, Silber und/oder Aluminium oder einer Legierung mit einzelnen oder mehreren der genannten Metalle, gefertigt und weisen daher eine gute Wärmeleitfähigkeit auf.
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Die Explosionswellenminderungselemente liegen an der Innenseite 17 des Gehäusemantels 2 an und werden so von dem Gehäusemantel 2 abgestützt.
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Jedes der Explosionswellenminderungselemente ist hierbei mattenförmig ausgebildet und ist daher flächenhaft und zweidimensional ausgeformt.
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6 und 7 zeigen weitere Explosionswellenminderungselemente 15 mit einer dreidimensionalen Ausformung. Diese Explosionswellenminderungselemente 15 können alternativ oder zusätzlich zu den in den übrigen 1 bis 5 gezeigten Explosionswellenminderungselementen 15, 16 eingesetzt werden. Die Erläuterungen zu den 1 bis 5 gelten daher zu 6 und 7 entsprechend.
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Bei dem Beispiel nach 6 wird die dreidimensionale Oberfläche 28, welche die Seitenfläche 18 beschreibt, durch die dreidimensionale Form des Explosionswellenminderungselements 15 erreicht. Diese Oberfläche 28 ragt in das Gehäuseinnere 7 hinein und wirkt als Wellenbrecher.
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Bei dem Beispiel nach 7 wird die dreidimensionale Oberfläche 28, welche die Seitenfläche 18 beschreibt, durch den nicht-ebenen Verlauf des im Wesentlichen zweidimensionalen Explosionswellenminderungselements 15 gebildet. Auch hier ragt die Oberfläche 28 in das Gehäuseinnere 7 hinein, um als Wellenbrecher zu wirken.
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Durch diese zweidimensionale oder flächenhafte – oder auch dreidimensionale – Ausbildung weist jedes Explosionswellenminderungselement 15, 16 eine Seitenfläche 18 auf, die vom Gehäuseinneren 7 her anströmbar frei im Gehäuseinneren 7 angeordnet ist.
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Die Poren der Explosionswellenminderungselemente 15, 16 ermöglichen, dass Gas im Gehäuseinneren 7 durch die Explosionswellenminderungselemente 15, 16 durchströmen kann.
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Die Poren bilden eine nicht weiter dargestellte innere Oberfläche, die im Verhältnis zu der äußeren Oberfläche, die insbesondere durch die jeweilige Seitenfläche 18 gegeben ist, sehr groß ausgebildet ist. Das Verhältnis der Oberflächen kann hierbei beispielsweise zehn oder mehr als zehn betragen.
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Das Material der Explosionswellenminderungselemente 15, 16 ist formstabil und die Explosionswellenminderungselemente 15, 16 sind lösbar an dem Gehäusemantel 2 befestigt. Die Befestigung ergibt sich hier durch die Formstabilität des Materials und durch weitere, hier zur Vereinfachung nicht dargestellte Befestigungselemente.
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Die Oberfläche des Explosionswellenminderungselements 15, 16, insbesondere die innere Oberfläche und die äußere Oberfläche, sind in einem Materialverarbeitungsverfahren durch Lackierung, elektrochemische Beschichtung und/oder elektrolytische Oberflächenbehandlung elektrisch nicht leitfähig ausgebildet.
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Somit ist eine ausreichende elektrische Isolation gegenüber elektrischen Bauteilen, insbesondere einen Transformator 19, einem Schalt- und Wendeschütz 20 eines Stellantriebs (nicht dargestellt) und einer oder mehreren Elektronikplatinen 21 mit leistungselektronischen Elementen hergestellt. Die Elektronikplatinen 21 sind mit Mitteln zur Aufnahme befestigt, die gleichzeitig die Trageelemente 22 bilden.
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Aus den Darstellungen ist ersichtlich, dass der Gehäusemantel 2 zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildet ist, während die Deckel 12, 13 topfförmig ausgebildet sind.
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Insgesamt sind somit zumindest abschnittsweise gerundete oder gewölbte Querschnittskonturen gebildet, wie dies 4 zeigt.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung ähnlich 2, wobei funktionell und konstruktiv zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel identische oder ähnliche Bauteile und Funktionseinheiten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben sind. Die Ausführungen zu den 1 bis 4 gelten daher zu 5 entsprechend.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Explosionswellenminderungselemente 15, 16 freistehend im Gehäuseinneren 7 an einem Trageelement 22 befestigt sind. Hierbei schließen die Explosionswellenminderungselemente 15, 16 mit ihren Rändern 27 an den Gehäusemantel 2 bzw. den Deckel 12 an, so dass das Gehäuseinnere 7 durch jedes Explosionswellenminderungselement 15, 16 in zwei Teilräume 23, 24, 25 unterteilt wird.
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Entsteht eine Explosion in eine der Teilräume 23, 24, 25, so tritt die sich ausbreitende Explosionswelle durch das jeweilige angrenzende Explosionswellenminderungselement 15, 16 hindurch, bevor es in die jeweils verbleibenden Teilräume 23, 24, 25 eintreten kann. Durch dieses Hindurchströmen durch das Explosionswellenminderungselement 15, 16 wird ein Abklingen der Wucht oder Gewalt der Explosion erreicht.
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In den Figuren ist noch ersichtlich, dass das explosionsgeschützte Gehäuse 1 und insbesondere der Gehäusemantel 2 und die zugehörigen Deckel 12, 13 schauglasfrei ausgebildet sind. Somit weist insbesondere der Gehäusemantel 2 keine Schaugläser und keine zugehörigen Durchbrechungen auf.
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Bei einem explosionsgeschützten Gehäuse 1, welches einen Gehäusemantel 2 und in diesem Gehäusemantel 2 Zugangsöffnungen 3, 4, 5, 6 mit jeweils runder Innenkontur 8, 9, 10, 11 und jeweils einen Explosionsspalt 14 definierenden Deckel 12, 13 aufweist, wird vorgeschlagen, in dem Gehäuseinneren 7 ein schwammförmiges Explosionswellenminderungselement 15, 16 auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- explosionsgeschütztes Gehäuse
- 2
- Gehäusemantel
- 3
- Zugangsöffnung
- 4
- Zugangsöffnung
- 5
- Zugangsöffnung
- 6
- Zugangsöffnung
- 7
- Gehäuseinneres
- 8
- Innenkontur
- 9
- Innenkontur
- 10
- Innenkontur
- 11
- Innenkontur
- 12
- Deckel
- 13
- Deckel
- 14
- Explosionsspalt
- 15
- Explosionswellenminderungselement
- 16
- Explosionswellenminderungselement
- 17
- Innenseite
- 18
- Seitenfläche
- 19
- Transformator
- 20
- Schalt- und Wendeschütz
- 21
- Elektronikplatine
- 22
- Trageelement
- 23
- Teilraum
- 24
- Teilraum
- 25
- Teilraum
- 26
- Mittel zur Aufnahme von 21
- 27
- Rand
- 28
- dreidimensionale Oberfläche
