DE4418158C2 - Vorrichtung zum Betreiben von elektrischen Geräten in einer zündfähigen Atmosphäre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von elektrischen Geräten, die mit einem Gehäuse mit der Zündschutzart "Überdruckkapselung EExp nach DIN EN 50016" ausgerüstet sind und in einer zündfähigen Atmosphäre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Zündschutzart Überdruckkapselung nach DIN EN 50016 liegt der Gedanke zugrunde, im Inneren eines elektrischen Gerätegehäuses einen ständigen Überdruck eines Schutzgases aufrechtzuerhalten, um zu verhindern, daß explosionsfähige Gase in das Gerätegehäuse eindringen können. Vor Inbetriebnahme muß das Gehäuse mit der fünffachen Menge seines freien Volumens vorgespült werden, um eventuelle Reste von zündfähigen Gasen zu beseitigen. Die Gerätegehäuse sind hierzu mit einem Spülgas-Einlaß und einem Spülgas-Auslaß ausgerüstet. Im Spülgas-Einlaß befindet sich üblicherweise eine Drosselstelle, die den Druck des eingeleiteten Spülgases reduziert. Im Spülgasauslaß befinden sich ein Durchflußwächter, der einen elektrischen Schaltkontakt betätigt, sobald die durchfließende Spülgasmenge einen Schwellwert überschreitet, und ein Absperrventil, weiches in der Spülphase ganz geöffnet ist. Sobald der Durchflußwächter das Schaltsignal abgibt, wird in einer übergeordneten Steuervorrichtung ein Zeitrelais gestartet, welches den Spülluft-Durchfluß nach einer vorbestimmten Zeitspanne abschaltet und gleichzeitig das Absperrventil im Spülluftauslaß schließt. Dabei wird unterstellt, daß während der bewußten Zeitspanne der von der Norm geforderte fünffache Luftaustausch stattgefunden hat. Dies stimmt jedoch dann nicht, wenn das Gerätegehäuse wie üblich Leckstellen hat. Falls der Spülgaseinlaß selbst eine Leckstelle besitzt, gelangt nur eine reduzierte Menge Spülgas in das Gerätegehäuse selbst, so daß sich dort beim Umschalten in die Betriebsphase noch zündfähiges Gemisch befinden kann. Will man jedoch die fünffache Spülgasmenge am Spülgasauslaß überwachen, muß der Durchfluß während der gesamten Spülzeit den Schwellwert des Druckschalters überschreiten, was zu einem höheren Spülgasverbrauch als nötig führt.

In dem Aufsatz "Explosionsschutz durch Überdruckkapselung" von H. Bachmann, abgedruckt in der DE-Zeitschrift Elektro-Anzeiger, 26. Jg. 1973, Nr. 14, S. 307 und 308, wird eine Überdruckkapselung beschrieben, die mit Hilfe eines Dreiwegeventils zwei verschieden große Spülströme realisiert. Das Dreiwegeventil wird beim Spülvorgang (fünffaches Gehäusevolumen) auf großen Durchlaß geschaltet. Nach der Spülung wird auf kleinen Spülstrom umgeschaltet; mit der benötigten Luftmenge werden während des Betriebs die Leckverluste gedeckt und ein Überdruck von 0,5 mbar im Gehäuse aufrecht erhalten. Die Druckmessung erfolgt mittels eingebauter Blende. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckgefälles spricht ein Differenzdruckmanometer an und setzt über ein eigensicheres Relais ein Zeitrelais in Gang, das auf die zur fünffachen Gehäusespülung erforderliche Zeit eingestellt ist. Sinkt im Falle eines Lecks der Gehäuseinnendruck, wird das im Gehäuse befindliche elektrische Gerät ausgeschaltet.

Aus der DE 40 18 016 C2 ist ein Hitzdraht-Luftmengenmesser bekannt, der mit einer besonders stabil arbeitenden Steuerschaltung ausgerüstet ist.

Aus der DE 32 37 230 A1 ist eine Meßblendenkammer bekannt, die einen präzisen Austausch von Meßblenden ermöglicht, ohne die Rohrleitung zu trennen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Geräte und ihrer Betriebsweise ist, daß sich im Geräteinneren ein unzulässig hoher Überdruck aufbauen kann. Dadurch können beispielsweise Folienteile über Computertastaturen platzen. Dies ist dadurch bedingt, daß auch in der Betriebsphase die Querschnitte für den Spülgaseinlaß und den Spülgasauslaß fest eingestellt sind und ein unkontrollierter Spülgasverlust an Leckstellen durch Sicherheitszuschläge bei der dem Gehäuse zugeführten Spülgasmenge berücksichtigt werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche sicherstellt, daß die von der Norm geforderte mehrfache Spülung des Gehäuse inneren mit Spülgas unter allen Umständen und in der kürzest möglichen Zeit eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die das Gerätegehäuse über den Spülgasauslaß tatsächlich verlassende Spülgasmenge gemessen; Spülgasanteile, die das Gehäuse über Gehäuselecks verlassen, verfälschen die Messung nicht. Des weiteren entfällt die Notwendigkeit, in das Gehäuse so viel Spülgas einzudrücken, daß auch unter Berücksichtigung der Leckverluste der Überwachungsschalter im Spülgasauslaß anspricht. Dadurch kann der Gehäuseüberdruck jetzt auf sehr geringe Werte reduziert werden, so daß mechanisch wenig stabile Gehäuseteile, beispielsweise Abdeckfolien über Schaltern, Computertastaturen und dergleichen, auf keinen Fall beschädigt werden. Die Umschaltung aus der Spülphase in die eigentliche Betriebsphase erfolgt, sobald im Spülgasauslaß die von der vorm geforderte x-fache Spülgasmenge gemessen wurde, so daß die Dauer der Spülphase bei leckarmen Gehäusen kürzer wird als derzeit üblich, während bei leckreichen Gehäusen so lange gespült wird, bis der x-fache Gasaustausch erreicht wurde.

Zur Messung der das Gehäuse über den Spülgasauslaß verlassenden Spülgasmenge eignen sich grundsätzlich alle Arten von Durchflußmessern, beispielsweise Hitzdraht-Instrumente, Meßblenden oder Venturi-Düsen mit Differenzdrucksensoren usw. Gegebenenfalls werden die Meßsignalwerte integriert.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie in Gehäusen mit der Zündschutzart Überdruckkapselung EExp nach DIN EN 50016 mit geringerem Einsatz an Betriebsstoffen und Energie und bei verringerter Druckbelastung des Gerätegehäuses einen wenigstens gleich guten Explosionsschutz ermöglicht.

Dank der Regelung des Gehäuseinnendrucks wird unabhängig von der Leckrate des Gehäuses stets der Soll-Überdruck erreicht, der dank der Regelung aber auf einen Minimalwert in der Größenordnung von 1 mbar eingestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt ohne Änderung den Betrieb entweder ohne oder mit ständiger Gasdurchspülung, beispielsweise zur Kühlung der elektronischen Einheiten im Gerätegehäuse. Des weiteren ist sichergestellt, daß das Gehäuseinnere während der Spülphase immer mit mindestens der von der Norm vorgeschriebenen x-fachen Spülgasmenge gespült wird, so daß auf jeden Fall sichergestellt ist, daß am Ende der Spülphase sich mit Sicherheit kein zündfähiges Gas mehr im Gehäuseinneren befindet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielhaft erklärt werden.

Man erkennt in rein schematischer Darstellung ein Elektrogeräte-Gehäuse 10 mit einem Spülgaseinlaß 1, 3 mit eingesetztem Proportionalventil 2, einem Spülgasauslaß 4 mit eingesetztem Durchflußmeßgerät 5 und eingesetztem Absperrventil 8 und einem in die Gehäusewand eingesetzten Differenzdruckmeßgerät 6. Man erkennt ferner eine übergeordnete Steuer- und Meßeinrichtung 7, die die Meßsignale von Differenzdruckmesser 6 und Durchflußmeßgerät 5 verarbeitet und einerseits das Proportionalventil 2, andererseits das Absperrventil 8 aktiviert.

In die Wand des Gehäuses 10 ist beispielhaft ein Leck 11 eingezeichnet.

Beim Stand der Technik befindet sich im Spülgaseinlaß 1 derzeit lediglich eine Reduzierdrossel, die das mit Überdruck angelieferte Spülgas, beispielsweise Druckluft von 2 bar, auf einen für das Gehäuse 10 verträglichen Wert reduziert. Dieses druckreduzierte Spülgas verläßt das Gehäuse 10 einerseits über das Leck 11, andererseits über den Spülgasauslaß 4, dessen Absperrventil 8 während der Spülphase ganz geöffnet ist. Anstelle einer Durchflußmeßeinrichtung 5 verwendet der Stand der Technik hier nur einen Durchflußwächter, der dann ein Signal abgibt, wenn der Durchfluß einen eingestellten Schwellwert überschreitet. Sobald dieses Überwachungssignal erscheint, wird beim Stand der Technik ein Zeitrelais in Gang gesetzt, welches die Dauer der Spülphase bestimmt. Am Ende der Spülphase wird das Absperrventil 8 ganz oder teilweise geschlossen. Gleichzeitig wird die Druckreduzierdrossel im Spülgaseinlaß 1 ebenfalls reduziert, da andernfalls mit einer unzulässigen Druckerhöhung im Gehäuseinneren gerechnet werden müßte.

Da nicht bekannt ist, wieviel Spülgas das Gehäuse 10 über ein Gehäuseleck 11 verläßt, ist der Erfolg des Spülvorgangs letztlich nicht vorhersehbar, was durch Sicherheitszuschläge ausgeglichen wird.

Bei der vorliegenden Erfindung dagegen wird im Durchflußmeßgerät 5 die das Gehäuse 10 über den Spülgasauslaß 4 verlassende Spülgasmenge während der Spülphase meßtechnisch erfaßt und in der übergeordneten Steuer- und Meßeinrichtung 7 gegebenenfalls integriert. Sobald die x-fache Spülgasmenge gemessen wurde, wird von der Spülphase in die Betriebsphase umgeschaltet. Hierzu wird das Absperrventil 8 ganz oder teilweise geschlossen. Die Menge an Spülgas, die das Gehäuse 10 über das Gehäuseleck 11 verlassen hat, welches möglicherweise so ungünstig liegen kann, daß aufgrund der Strömungsverhältnisse die entsprechenden Spülgasmengen überhaupt nichts zur Beseitigung von zündfähigen Gasen beitragen konnten, verfälscht den Spülvorgang nicht.

Da mit Hilfe der Differenzdruckmeßeinrichtung 6 auch während der Spülphase der Gehäuseüberdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre gemessen wird, ist sichergestellt, daß auch empfindliche Gehäuseteile wie Folienabdeckungen von Computertastaturen nicht überlastet werden.

Sobald beim Eintritt in die Betriebsphase das Absperrventil 8 im Spülgasauslaß 4 geschlossen wird, wird das Proportionalventil 2 im Spülgaseinlaß 1, 3 dank der Differenzdruckmessung ebenfalls so weit geschlossen, daß der eingestellte Gehäuseüberdruck nicht überschritten wird. Größere und kleinere Gehäuselecks 11 werden ausgeregelt. Auch kann zur Aufrechterhaltung eines das Gehäuseinnere ständig kühlenden Gasdurchflusses das Absperrventil 8 im Spülgasauslaß nur teilweise geschlossen sein.

Die übergeordnete Steuer- und Meßeinrichtung 7 kann bevorzugt unter Verwendung eines Mikroprozessors realisiert werden, der sowohl alle erforderlichen Rechenaufgaben wie das Integrieren der Meßwerte und die Steueraufgaben wie das Ansteuern des Proportionalventils 2 oder das Öffnen und Schließen des Absperrventils 8 erledigt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Betreiben von elektrischen Geräten, die mit einem Gehäuse (10) mit der Zündschutzart "Überdruckkapselung EExp nach DIN EN 50016" ausgerüstet sind, in einer zündfähigen Atmosphäre, umfassend das Gehäuse (10), einen Spülgas-Einlaß (1, 3) mit Druckreduziervorrichtung, einen Spülgas-Auslaß (4) mit Absperrventil (8) und Überdruckmesser (6) und eine übergeordnete Meß- und Steuereinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, daß in den Spülgas-Auslaß (4) eine Durchflußmeßvorrichtung (5) und in den Spülgas-Einlaß (1, 3) ein Proportional-Ventil (2) eingesetzt ist und daß die Steuer- und Meßeinrichtung (7) den Gehäuse-Überdruck mit dem Proportional-Ventil (2) konstant hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportional-Ventil (2) durch die Steuer- und Meßeinrichtung (7) betätigt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmeßeinrichtung (5) mit Hitzdraht arbeitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmeßeinrichtung (5) mit Meßblende und Differenzdrucksensor arbeitet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Meßeinrichtung (7) mit einem Mikroprozessor ausgestattet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrator vorgesehen ist, der die Ausgangssignale der Spülgasdurchflußmeßvorrichtung (5) integriert.