WO2019043057A1 - Gehäuse der schutzart druckfeste kapselung und herstellungsverfahren für dieses - Google Patents

Gehäuse der schutzart druckfeste kapselung und herstellungsverfahren für dieses Download PDF

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WO2019043057A1
WO2019043057A1 PCT/EP2018/073238 EP2018073238W WO2019043057A1 WO 2019043057 A1 WO2019043057 A1 WO 2019043057A1 EP 2018073238 W EP2018073238 W EP 2018073238W WO 2019043057 A1 WO2019043057 A1 WO 2019043057A1
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pressure relief
housing
housing according
wall assembly
volume
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PCT/EP2018/073238
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Martin Schomaker
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R. Stahl Schaltgeräte GmbH
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C4/00—Flame traps allowing passage of gas but not of flame or explosion wave
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/26—Casings; Parts thereof or accessories therefor
    • H02B1/28—Casings; Parts thereof or accessories therefor dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof or flameproof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a housing of the protection "flameproof enclosure” in combination with a pressure relief device and a method for producing such a housing.
  • Housing the protection type flameproof enclosure serve the housing of components, in particular electrical and / or electronic components that can form ignition sources for explosive gases. Is the environment of such a housing temporarily or permanently subjected to explosive dusts, gases or vapors, such enclosures to prevent the firing of the ⁇ -like mixtures in the vicinity of the housing. But because it should not be ruled out or that explosive gases, vapors or dusts can get into the interior of the housing, it must be expected that explosions or explosions will be ignited in the housing.
  • the housings are designed in accordance with the standard so resistant that they are not damaged or destroyed by it, and they prevent flames or glowing particles from the hous ⁇ purge space get into the environment.
  • such housings may be equipped with pressure relief devices in the form of so-called flameproof filters.
  • pressure relief devices are formed by one or more porous and thus gas-permeable body, which create a pressure balance between the housing interior and the environment.
  • the pores provided in the pressure relief body, Columns or channels are so narrow and so long that a flame or escape of glowing particles is safely excluded.
  • the pressure relief device is exposed over its entire circumference to the temperature of the housing material, whereby at first ei ⁇ ne thermal expansion and cooling a contraction of the porous body is effected.
  • this can cause problems, at least in larger pressure relief bodies. Therefore, the known method is more suitable for smaller Druckentlas ⁇ processing devices.
  • the Druckent ⁇ load body is mechanically held in a separate element, which may be a socket body or the housing wall itself.
  • the element and / or the housing are produced in a generati ⁇ ven, in particular an additive manufacturing process.
  • an additive manufacturing process only method to be understood here in which the material of the element the or the pressure relief body encloses and holds, and in which the material for forming the Ele ⁇ ments or the housing wall is not a whole but only locally, at points or in layers on already vorhande ⁇ nes material is applied.
  • housings with embedded in the housing wall elements, in particular porous pressure relief bodies allows the cost-effective production variab ⁇ ler housing structures currently in particular in small and medium and increasingly in larger series. Adaptations to installations are possible through software, whereby individual special solutions can be provided efficiently and quickly.
  • Housings can be adapted in size and shape to the internals, thus minimizing the size of the housing interior. This makes the trapped volume potentially ignitable gases minimized, which in turn can lead to material and Ge ⁇ weight saving.
  • the determination of the geometry of the housing is no dependence of the Ge ⁇ staltungsregeln for plastic parts, if they were to manufacture for example by injection molding. Otherwise, there are no typical demoulding requirements and the need to apply draft angles. It also eliminates the otherwise required surfaces for ejector and sprue, which would otherwise be provided in injection molding.
  • the material distribution can be determined as required by the strength requirements.
  • the structural strength of the housing can be maximized.
  • liquid housing ⁇ material is always available in additive manufacturing only in limited, typically small portions, so that there is no danger of full suction of the porous body with liquid wall material due to capillary effects.
  • the pressure relief body may be any porous body suitable for the given purpose. In particular, however, it may be a body sintered from different wire mesh layers whose wire mesh layers are made of stainless steel, for example.
  • the housing material may be aluminum, an aluminum alloy, another metal alloy, plastic, fiber reinforced plastic or ceramic.
  • the housing according to the invention may comprise an inner Dru ⁇ ckentlastungsvolumen or use the environment as a pressure relief volume.
  • the flame arresting pressure relief body is disposed between the pressure relief volume and the enclosed space of the housing.
  • heat-absorbing agents such as a highly porous filling, for example in the form of granules or fibers of a heat-absorbing material, such as ceramic or metal, metal mesh, which are traversed by a gas stream and this Remove heat or the like.
  • the housing wall itself serve for cellsab ⁇ line and to be provided with structures such as cooling fins, fins, knobs, teeth or the like, which protrude into the pressure relief volume.
  • the pressure relief body is in the element, ie its socket or the housing wall, preferably held both form-fitting and cohesively.
  • a holding structure is generated, which overlaps at least on a flat side of the pressure relief body at its edge and thereby forms a positive An ⁇ bearing surface.
  • This structure is preferably arranged on the side facing away from the interior of the housing, so that a pressure surge occurring in the housing presses the pressure relief body against this preferably around the Druckentlastungsöff ⁇ tion leading surface forming an abutment shoulder.
  • the material enclosing the pressure relief body can be arranged on the peripheral surface of the Druckentlastungskör ⁇ pers and / or overlap it on its side facing the interior and there be connected with this adhesive, so that a substance-liquid connection is given.
  • the formation of bypass gaps is avoided with high certainty, could penetrate through otherwise hot gases from the interior of the housing to the outside.
  • FIG. 2 shows the housing according to FIG. 1, in a sectional view in section
  • Figure 3 is a section of the casing wall a istand ⁇ th embodiment of the housing of Figure 1;
  • FIG. 4 shows a pressure relief body in a sectional view with a bordered edge
  • FIG. 5 shows a modified housing according to the invention with an internal pressure relief volume
  • Figure 7 shows a pressure relief element in conjunction with a Schauin for use in a housing in the cross section ⁇ representation.
  • a pressure-resistant housing 10 for receiving elements or components is known, which can be effective as ignition sources.
  • the wall assembly 11 of the housing 10 encloses an inner space 12, which is enclosed by the housing on six sides.
  • a cover closing off the housing 10 has been omitted in FIG. 1 for better illustration.
  • the wall assembly 11 includes a plurality of walls in which at least one pressure relief arrangement 13, 14, 15, 16 is arranged.
  • the pressure relief devices 13 to 16 serve to equalize the pressure between the interior 12 of the housing 11 and the environment. For this purpose, they are gas-permeable, for which they have pores and / or gaps which connect the outer flat side 17 (see FIG. 2) and the inner flat side 18 to one another.
  • the pressure relief device 13 is representative and exemplified for all pressure relief devices 13 to 16, for which the following description applies equally.
  • the pressure relief device 13 is formed by a rigid porous pressure relief body 19, the example and preferably may consist of interconnected by sintering layers of wire mesh of the same or different mesh size and wire thickness.
  • the porous body may be made of stainless steel. He has a considerable rigidity and can therefore be formed large ⁇ area. For example, edge lengths of over 10 cm with square or rectangular shape of the outline are not a problem. Other shapes, eg round shapes or irregular shapes are also possible.
  • the wall assembly 11 is in a suitable additive manufacturing process, such as 3-D printing with powder, selective laser sintering, selective laser melting, Elek- Tronenstrahlschmelzen, melt stratification, laser deposition welding, Multij etmodeling, Stereolitographie, Polyjet or other processes produced that do without casting and without machining Be ⁇ processing.
  • a suitable additive manufacturing process such as 3-D printing with powder, selective laser sintering, selective laser melting, Elek- Tronenstrahlschmelzen, melt stratification, laser deposition welding, Multij etmodeling, Stereolitographie, Polyjet or other processes produced that do without casting and without machining Be ⁇ processing.
  • this does not exclude non-cutting post-processing, such as for attaching threaded holes.
  • the manufacturing processes the
  • a first wall portion IIa is generated to initially, which preferably has the Jardinflä ⁇ surface 20 of the later housing 10 and a seating surface 21 on ⁇ surrounding a pressure relief opening 22 annularly continuous.
  • the pressure relief opening 22 may be a
  • the annular seat ⁇ surface 21 is preferably formed as a flat surface.
  • a shoulder 23 may join, which serves to align the porous body 19, so that it rests on the seat surface 21 around the same distance.
  • the preparation of the first wall portion IIa can be briefly interrupted when the shoulder 23 is completed in whole or in part. It is then placed on the seat surface 21 and the additive fabrication of the wall assembly 11 continues with the wall portion IIb now generated the porous pressure relief ⁇ body 19th In this case, it engages over a strip of flat side 18 which leads around the edges and which preferably faces the housing interior 12.
  • the process is conducted in such that a sur fa ⁇ CHIGE contiguous zone 24 forms, in which the material of the wall structure 11 is adhesively bonded to the porous body 18th In this way, an edge seal of Dru ⁇ ckentlastungsvorraum 13 is achieved.
  • the wall assembly 11 may be made of a plastic or a metal, such as aluminum. It can, as shown in simplified form in Figure 2, have a Méli ⁇ che wall thickness or changing wall thicknesses. For example, it may generally be made relatively thin and thickened in the region of the seat 21.
  • Figure 3 illustrates a modified Austrac ⁇ tion of the wall assembly 11, in which the additive manufacturing process shortly after completion of the seat briefly stopped and the porous pressure relief body 19 has been inserted.
  • the continuation of the additive manufacturing ⁇ process for generating the second wall portion IIb leads there ⁇ that the zone 24 with adhesive adhesion between the housing material and the porous pressure relief body 19 not only over the edge of the flat side 18, but also on the peripheral surface 25th can extend, which connects the flat sides 17 and 18 with each other.
  • the peripheral surface 25 for adhesive connection between the porous pressure relief body 19 and the housing material to make the seat 21 narrower.
  • the effective area of the pressure relief body 19 is increased because of the lower marginal embedding.
  • sintered pressure relief bodies may be as described above be used. However, it is equally possible to provide pressure relief bodies according to FIG. 4, which are provided on their peripheral surface 25 and on the outer edge of their flat sides 17, 18 with a skirt 26, which is formed, for example, by a flanged sheet metal strip. This can be completely or partially enclosed by housing material. Such enclosure 26 is particularly part of pre ⁇ if the individual Materialan Stahls vone of additi ⁇ ven manufacturing process require a very smooth surface to be ⁇ closing parts.
  • the pressure relief volume 27 may be provided with a heat-absorbing porous material, such as Keramikwol ⁇ le, ceramic balls or ceramic granules, metal wool, Metallku ⁇ rules or the like. In the pressure relief volume 27 inflowing hot gas thereby cools down and redu ⁇ its volume considerably sheet.
  • a heat-absorbing porous material such as Keramikwol ⁇ le, ceramic balls or ceramic granules, metal wool, Metallku ⁇ rules or the like.
  • the housing 10 can have ⁇ a partition on ⁇ , in which the pressure relief apertures 22a, 22b are formed, in which the pressure relief body 19a are arranged, 19b. Because the porous pressure relief bodies 19a, 19b are gas expanding and heat absorbing, they support already at the crossing of the hot originating from a housing internal deflagration gases in the discharge volume 27 for pressure reduction.
  • FIG. 6 illustrates an embodiment in which the pressure relief device 13 comprises a porous ⁇ pressure relief body 19 which is not directly summarizes overall in the wall assembly 11, but in a separate element 29th This has in turn been produced in additive manufacturing, with the previous description applying the same reference numerals.
  • the element 29 may include means for connection to the wall assembly 11, such as an external thread 30. It may be made of plastic or metal. In addition, it can be designed in several parts.
  • the thread 30 may have been formed for example of metal, on a pre-provisioned provided threaded ring, said threaded ring is connected by means of the material of the ele ments ⁇ 29 with the pressure relief porous body 19th
  • FIG. 7 illustrates a further modification.
  • the pressure relief body 19 is annular in this case and is gripped at its outer edge in the element 29, as has already been described in connection with FIG.
  • a viewing window 31 can be provided, which is connected to the inner edge of the pressure relief body 19 via a preferably likewise additively produced connecting ring 32.
  • a first Operabe ⁇ additive made rich 32a of the connecting ring 32, with a second seating surface 34 are formed for the porous Druckentlas ⁇ tung body 19 at this portion 32a, a seat 33 for the lens 31 and.
  • a first portion 29a are made, for example, lies within an aluminum ring 35 and the seat surface 21 has.
  • the additive manufacturing is continued and thus the second portions 29b, 32b are generated.
  • an element is completed, which can be ⁇ screwed into a wall assembly 11 and at the same time forms window and pressure relief.
  • an explosion-proof housing 10 of the type flameproof enclosure is produced in an additive manufacturing process, wherein the pressure compensation body to be provided for pressure compensation 19 is enclosed by the edge of the material of the additively generated element 29 or the wall assembly produced additive.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein explosionssicheres Gehäuse (10) der Bauart druckfeste Kapselung in einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt, wobei der zum Druckausgleich vorzusehende Druckentlastungskörper (19) von dem Material des additiv erzeugten Elements (29) oder der additiv erzeugten Wandanordnung (11) randseitig umschlossen wird.

Description

GEHÄUSE DER SCHUTZART DRUCKFESTE KAPSELUNG UND HERSTELLVERFAHREN FÜR DIESES
[0001] Die Erfindung betrifft ein Gehäuse der Schutzart „druckfeste Kapselung" in Kombination mit einer Druckentlastungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses.
[0002] Gehäuse der Schutzart druckfeste Kapselung dienen der Einhausung von Komponenten, insbesondere elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, die Zündquellen für explosionsfähige Gase bilden können. Ist die Umgebung eines solchen Gehäuses zeitweilig oder dauernd explosionsfähigen Stäube, Gasen oder Dämpfen ausgesetzt, verhindern solche Gehäuse das Zünden der¬ artiger Stoffgemische in der Umgebung des Gehäuses. Weil aber nicht ausgeschlossen werden soll oder kann, dass explosionsfähige Gase, Dämpfe oder Stäube in den Innenraum des Gehäuses gelangen, muss damit gerechnet werden, dass in dem Gehäuse Verpuffungen oder Explosionen gezündet werden. Die Gehäuse sind entsprechend der Norm so widerstandsfähig ausgelegt, dass sie dadurch nicht beschädigt oder zerstört werden, und sie verhindern, dass Flammen oder glühende Partikel aus dem Gehäu¬ seinnenraum in die Umgebung gelangen. Typischerweise können solche Gehäuse mit Druckentlastungsvorrichtungen in Gestalt sogenannter Flammenschutzfilter ausgerüstet sein. Diese Druckentlastungsvorrichtungen werden durch einen oder mehrere poröse und somit gasdurchlässige Körper gebildet, die einen Druckausgleich zwischen Gehäuseinnenraum und Umgebung schaffen. Die in dem Druckentlastungskörper vorgesehenen Poren, Spalten oder Kanäle sind dabei so eng und so lang, dass ein Flammendurchschlag oder Austritt glühender Partikel sicher ausgeschlossen ist.
[0003] Aus der DE 10 2013 109 259 AI ist ein explosionsge¬ schütztes Gehäuse der Bauart druckfeste Kapselung bekannt, das mit mindestens einer Druckentlastungsvorrichtung versehen ist und das als Gussgehäuse ausgebildet ist. Die Druckentlastungs¬ vorrichtung wird durch einen porösen Körper gebildet, der bei der Erzeugung des Gehäuses zunächst in die Gussform eingelegt wird, wonach flüssiger Gehäusewerkstoff in die Gussform einge¬ bracht wird. Auf diese Weise wird entweder ein Aufnahmeteil, das später mit der Gehäusewand verbunden wird, oder das Gehäu¬ se selbst hergestellt. Durch die Anordnung des Druckentlas¬ tungskörpers in der Gussform während des Urformvorgangs eines Fassungsteils oder des gesamten Gehäuses wird ein inniger Ver¬ bund zwischen Gehäusewerkstoff (bzw. Aufnahmeteilwerkstoff) und dem porösen Körper erreicht. Bei diesem Verfahren wird die Druckentlastungsvorrichtung auf ihrem gesamtem Umfang der Temperatur des Gehäusewerkstoffs ausgesetzt, wodurch zunächst ei¬ ne thermische Ausdehnung und beim Abkühlen ein Zusammenziehen des porösen Körpers bewirkt wird. Insbesondere wenn der Gehäu¬ sewerkstoff und der poröse Körper unterschiedliche Wärmeaus¬ dehnungskoeffizienten haben, kann dies zumindest bei größeren Druckentlastungskörpern zu Problemen führen. Deswegen eignet sich das bekannte Verfahren eher für kleinere Druckentlas¬ tungsvorrichtungen .
[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein explosionsgeschütztes Gehäuse und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welches bei der Fertigung solcher Gehäuse größere Freiheiten gestattet .
[0005] Diese Aufgabe wird mit einem Gehäuse nach Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren nach Anspruch 10 gelöst: [0006] Bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse ist der Druckent¬ lastungskörper in einem gesonderten Element mechanisch gehalten, das ein Fassungskörper oder die Gehäusewand selbst sein kann. Das Element und/oder das Gehäuse sind in einem generati¬ ven, insbesondere einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt. Unter einem additiven Fertigungsverfahren werden hier ausschließlich Verfahren verstanden, bei denen der Werkstoff des Elements den oder die Druckentlastungskörper einfasst und festhält, und bei denen der Werkstoff zur Ausbildung des Ele¬ ments oder der Gehäusewand nicht im Ganzen sondern lediglich stellenweise, punktuell oder schichtweise an bereits vorhande¬ nes Material angesetzt wird. Solche generativen Fertigungsver¬ fahren sind z.B. als „3D-Drucken" , „selektives Lasersintern", „selektives Laserschmelzen", „selektives Laserhärten", „Elekt¬ ronenstrahlschmelzen", „Mikrolasersintern" , „Schmelzschichtung", Laserauftragschweißen", „Multij etmodeling" , Sterolitho- graphie", „Polyjet", „Folienlaminier-3D-Druck" , „Contour Craf- ting", „Film Transfer Imaging", „Digital Light Processing" usw. bekannt. Solchen und ähnlichen Fertigungsverfahren ist gemeinsam, dass sie ohne Gussform auskommen. Das Gehäusematerial wird aus Draht, Pulver, Folie, Paste oder auch aus einer Flüssigkeit, je nach Material, durch Sintern, Schmelzen und Erstarren oder Aushärten aufgebaut.
[0007] Die Fertigung von Gehäusen mit in die Gehäusewand eingelassenen Elementen, insbesondere porösen Druckentlastungskörpern gestattet die kostengünstige Herstellung variab¬ ler Gehäusestrukturen gegenwärtig insbesondere in kleinen und mittleren und zunehmend auch in größeren Serien. Anpassungen an Einbauten sind durch Software möglich, wodurch individuelle Sonderlösungen effizient und schnell bereitgestellt werden können. Gehäuse können in Größe und Form an die Einbauten an- gepasst und so die Gehäuseinnenräume in ihrer Größer minimiert werden. Dadurch wird das eingeschlossene Volumen potentiell zündfähiger Gase minimiert, was wiederum zu Material- und Ge¬ wichtseinsparung führen kann. Außerdem besteht bei der Festlegung der Geometrie des Gehäuses keine Abhängigkeit von den Ge¬ staltungsregeln für Kunststoffteile, wenn sie z.B. im Spritzgussverfahren zu fertigen wären. Sonst typische Anforderungen an Entformbarkeit und die Notwendigkeit der Anbringung von Entformungsschrägen bestehen nicht. Es entfallen außerdem die sonst erforderlichen Flächen für Ausstoßer und Anguss, die bei Spritzgussfertigung sonst vorzusehen wären. Die Materialverteilung kann so festgelegt werden, wie es die Festigkeitsanforderungen verlangen. Die Gestaltfestigkeit des Gehäuses kann maximiert werden.
[0008] Durch den bei solchen Verfahren typischerweise ledig¬ lich lokalen Energieeintrag und den schrittweisen Aufbau des den Druckentlastungskörper einhüllenden Materials wird insgesamt eher kalt gearbeitet. Dadurch werden Spannungsrisse auf¬ grund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gehäusematerial und Druckentlastungskörper auch dann sicher ausgeschlossen, wenn die Druckentlastungkörper sehr großflächig ausgebildet sind und/oder die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gehäusematerial und Druckentlastungskörper sehr unterschiedlich sind. Auch wird eine lokale Auflösung von Material¬ adhäsion zwischen dem Druckentlastungskörper und dem Gehäusematerial und somit ein sich Lösen des Druckentlastungskörper von dem Gehäusematerial oder dem Material des sonstigen ihn einfassenden Elements und die Ausbildung von Umgehungsspalten vermieden beziehungsweise ausgeschlossen.
[0009] Weiter wird bei Nutzung additiver Fertigungsverfahren eine zu starke Infiltration des porösen Druckentlastungskörpers mit flüssigem Gehäusematerial vermieden. Lokal an den Druckentlastungskörper angesetztes zunächst flüssiges Gehäuse¬ material steht bei der additiven Fertigung immer nur in beschränkten, typischerweise kleinen Portionen zur Verfügung, so dass keine Gefahr des Vollsaugens des porösen Körpers mit flüssigem Wandmaterial infolge von Kapillareffekten besteht.
[0010] Der Druckentlastungskörper kann ein beliebiger poröser, für den vorgegebenen Zweck geeigneter Körper sein. Insbesondere kann es sich dabei aber um einen aus verschiedenen Drahtnetzlagen gesinterten Körper handeln, dessen Drahtnetzlagen zum Beispiel aus Edelstahl bestehen. Das Gehäusematerial kann Aluminium, eine Aluminiumlegierung, eine sonstige Metalllegierung, Kunststoff, faserverstärkter Kunststoff oder auch Keramik sein. Die hohe Steifigkeit eines solchen Druckentlas¬ tungskörpers und die Erzeugung des ihn einfassenden Elements in additiver Fertigung ermöglicht die Bereitstellung von dauerhaft verlässlich funktionsfähigen Druckentlastungsvorrichtungen mit Kantenlängen oder Durchmessern von über 100 mm.
[0011] Das erfindungsgemäße Gehäuse kann ein inneres Dru¬ ckentlastungsvolumen aufweisen oder die Umgebung als Druckentlastungsvolumen nutzen. In beiden Fällen ist zwischen dem Druckentlastungsvolumen und dem von dem Gehäuse umschlossenen Innenraum der flammendurchschlagssichere Druckentlastungkörper angeordnet. Bei Nutzung gehäuseinterner Druckentlastungsvolu¬ mina können diese mit wärmeaufnehmenden Mitteln versehen sein, wie zum Beispiel mit einer hochporösen Füllung, zum Beispiel in Form von Granulat oder Fasern aus einem wärmeaufnehmenden Material, wie Keramik oder Metall, Metallgitter, die von einem Gasstrom durchströmt werden und diesem Wärme entziehen oder dergleichen. Außerdem kann die Gehäusewand selbst zur Wärmeab¬ leitung dienen und dazu mit Strukturen, wie Kühlrippen, Flossen, Noppen, Zacken oder dergleichen versehen sein, die in das Druckentlastungsvolumen ragen.
[0012] Der Druckentlastungskörper ist in dem Element, d.h. seiner Fassung oder der Gehäusewand, vorzugsweise sowohl formschlüssig als auch stoffschlüssig gehalten. In dem additiven Fertigungsverfahren wird eine Haltestruktur erzeugt, die zumindest an einer Flachseite des Druckentlastungskörpers diesen an seinem Rand übergreift und dadurch eine formschlüssige An¬ lagefläche bildet. Diese Struktur ist vorzugsweise an der dem Innenraum abgewandten Seite des Gehäuses angeordnet, so dass ein im Gehäuse auftretender Druckstoß den Druckentlastungskörper gegen diese vorzugsweise rings um die Druckentlastungsöff¬ nung führende Fläche drückt, die eine Anlageschulter bildet.
[0013] Zusätzlich kann das den Druckentlastungskörper einfassende Material an der Umfangfläche des Druckentlastungskör¬ pers angeordnet sein und/oder diesen an seiner dem Innenraum zugewandten Seite übergreifen und dort mit diesem adhäsiv verbunden sein, so dass eine Stoffflüssige Verbindung gegeben ist. Dadurch wird mit hoher Sicherheit die Entstehung von Umgehungsspalten vermieden, durch die hindurch sonst heiße Gase aus dem Innenraum des Gehäuses nach außen durchschlagen könnten .
[0014] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung der Beschreibung oder von Ansprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
[0015] Figur 1 ein erfindungsgemäßes Gehäuse ohne Deckel, in vereinfachter perspektivischer Darstellung,
[0016] Figur 2 das Gehäuse nach Figur 1, in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung,
[0017] Figur 3 ein Schnitt der Gehäusewand einer abgewandel¬ ten Ausführungsform des Gehäuses nach Figur 1,
[0018] Figur 4 einen Druckentlastungskörper in ausschnittsweiser Schnittdarstellung mit eingefassten Rand, [0019] Figur 5 ein abgewandeltes erfindungsgemäßes Gehäuse mit innerem Druckentlastungsvolumen,
[0020] Figur 6 ein mit einem Druckentlastungskörper versehenes, im additiven Fertigungsverfahren erzeugtes Element zum Einsetzen in ein Gehäuse,
[0021] Figur 7 ein Druckentlastungselement in Verbindung mit einer Schauscheibe zum Einsatz in ein Gehäuse im Querschnitts¬ darstellung .
[0022] In Figur 1 ist ein druckfestes Gehäuse 10 zur Aufnahme von Elementen oder Komponenten bekannt, die als Zündquellen wirksam sein können. Die Wandanordnung 11 des Gehäuses 10 umschließt einen Innenraum 12, der von dem Gehäuse sechsseitig umschlossen ist. Ein das Gehäuse 10 abschließender Deckel ist in Figur 1 zur besseren Veranschaulichung weggelassen worden.
[0023] Die Wandanordnung 11 umfasst mehrere Wände, in denen wenigstens eine Druckentlastungsanordnung 13, 14, 15, 16 angeordnet ist. Die Druckentlastungsvorrichtungen 13 bis 16 dienen dem Druckausgleich zwischen dem Innenraum 12 des Gehäuses 11 und der Umgebung. Dazu sind sie gasdurchlässig ausgebildet, wozu sie Poren und/oder Spalten aufweisen, die die äußere Flachseite 17 (siehe Figur 2) und die innere Flachseite 18 miteinander verbinden.
[0024] In Figur 2 ist die Druckentlastungsvorrichtung 13 stellvertretend und exemplarisch für alle Druckentlastungsvorrichtungen 13 bis 16 veranschaulicht, für die die nachfolgende Beschreibung gleichermaßen gilt. Die Druckentlastungsvorrichtung 13 ist durch einen starren porösen Druckentlastungskörper 19 gebildet, der beispiels- und vorzugsweise aus miteinander durch Sinterung verbundene Lagen aus Drahtnetzen gleicher oder verschiedener Maschenweite und Drahtstärke bestehen kann. Zum Beispiel kann der poröse Körper aus Edelstahl bestehen. Er weist eine erhebliche Steifigkeit auf und kann deswegen gro߬ flächig ausgebildet sein. Beispielsweise sind Kantenlängen von über 10 cm bei quadratischer oder rechteckiger Form des Umrisses kein Problem. Andere Formen, z.B. runde Formen oder unregelmäßige Formen sind ebenfalls möglich.
[0025] Die Wandanordnung 11 ist in einem geeigneten additiven Fertigungsverfahren, wie beispielsweise 3-D-Druck mit Pulver, selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen, Elek- tronenstrahlschmelzen, Schmelzschichtung, Laserauftragsschweißen, Multij etmodeling, Stereolitographie, Polyjet oder anderen Verfahren hergestellt, die ohne Gussform und ohne spanende Be¬ arbeitung auskommen. Dies schließt allerdings nicht spanende Nachbearbeitungen, wie z.B. zum Anbringen von Gewindelöchern, nicht aus. Bei jedem dieser Fertigungsverfahren wird die
Wandanordnung 11 ohne Zuhilfenahme einer Gießform aus formlosem Material (z.B. Pulver oder Flüssigkeit) oder Material an¬ derer Grundform (z.B. Draht oder Folie) erzeugt. Bei der in Figur 2 veranschaulichten Wandanordnung wird dazu zunächst ein erster Wandbereich IIa erzeugt, der vorzugsweise die Außenflä¬ che 20 des späteren Gehäuses 10 und eine Sitzfläche 21 auf¬ weist, die eine Druckentlastungsöffnung 22 ringförmig ununterbrochen umgibt. Die Druckentlastungsöffnung 22 kann eine
Rechtecköffnung, eine runde, z.B. kreisförmige Öffnung oder eine anderweitig geformte Öffnung sein. Die ringförmige Sitz¬ fläche 21 ist vorzugsweise als Planfläche ausgebildet. An die Sitzfläche 21 kann sich eine Schulter 23 anschließen, die zum Ausrichten des porösen Körpers 19 dient, so dass dieser auf der Sitzfläche 21 ringsum etwa gleich weit aufliegt.
[0026] Die Herstellung des ersten Wandbereichs IIa kann kurz unterbrochen werden, wenn die Schulter 23 ganz oder teilweise fertiggestellt ist. Es wird dann der poröse Druckentlastungs¬ körper 19 auf die Sitzfläche 21 aufgelegt und die additive Fertigung der Wandanordnung 11 fortgesetzt, indem nun der Wandbereich IIb erzeugt wird. Dabei übergreift dieser einen randnahen ringsum führenden Streifen der Flachseite 18, die vorzugsweise dem Gehäuseinnenraum 12 zugewandt ist. Vorzugs¬ weise wird der Prozess dabei so geführt, dass sich eine flä¬ chige zusammenhängende Zone 24 ausbildet, in der das Material der Wandanordnung 11 adhäsiv mit dem porösen Körper 18 verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Randabdichtung der Dru¬ ckentlastungsvorrichtung 13 erreicht. [0027] Die Wandanordnung 11 kann aus einem Kunststoff oder einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, bestehen. Sie kann, wie in Figur 2 vereinfacht dargestellt, eine einheitli¬ che Wandstärke oder auch wechselnde Wandstärken haben. Zum Beispiel kann sie im Allgemeinen relativ dünn und im Bereich der Sitzfläche 21 verdickt ausgebildet sein.
[0028] Zwischen den Wandbereichen IIa und IIb ist in Figur 2 eine gestrichelte Linie eingetragen, die jedoch keine Trennfu¬ ge oder dergleichen darstellt, sondern lediglich eine Grenze, bei der die additive Fertigung der Wandanordnung 11 unterbrochen war, um den porösen Druckentlastungskörper 19 einzulegen. Auf die Wandstruktur hat dies keinen Einfluss, vielmehr bildet die Wandanordnung vorzugsweise einen nahtlos einstückigen Körper .
[0029] Figur 3 veranschaulicht eine abgewandelte Ausfüh¬ rungsform der Wandanordnung 11, bei der der additive Ferti- gungsprozess unmittelbar nach Fertigstellung der Sitzfläche kurz angehalten und der poröse Druckentlastungskörper 19 eingelegt worden ist. Die Fortsetzung des additiven Fertigungs¬ prozesses zur Erzeugung des zweiten Wandbereichs IIb führt da¬ zu, dass sich die Zone 24 mit adhäsiver Haftung zwischen Gehäusematerial und dem porösen Druckentlastungskörper 19 nicht nur über den Rand der Flachseite 18, sondern auch über die Um- fangsfläche 25 erstrecken kann, die die Flachseiten 17 und 18 miteinander verbindet. Bei dieser Bauform ist es wegen der Nutzung der Umfangsfläche 25 zur adhäsiven Verbindung zwischen dem porösen Druckentlastungskörper 19 und dem Gehäusematerial möglich, die Sitzfläche 21 schmaler zu gestalten. Damit wird die wirksame Fläche des Druckentlastungskörpers 19 wegen der geringeren randseitigen Einbettung erhöht.
[0030] Bei allen beschriebenen Ausführungsformen können gesinterte Druckentlastungskörper wie vorstehend beschrieben eingesetzt werden. Es ist aber gleichermaßen möglich, Druckentlastungskörper nach Figur 4 vorzusehen, die an ihrer Um- fangsfläche 25 und am äußeren Rand ihrer Flachseiten 17, 18 mit einer Einfassung 26 versehen sind, die beispielsweise durch einen gebördelten Blechstreifen gebildet ist. Dieser kann ganz oder teilweise von Gehäusematerial umschlossen werden. Eine solche Einfassung 26 ist insbesondere dann von Vor¬ teil, wenn die einzelnen Materialanfügungsschritte des additi¬ ven Fertigungsverfahrens eine sehr glatte Oberfläche an anzu¬ schließenden Teilen voraussetzen.
[0031] Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispie¬ len ist davon ausgegangen worden, dass die Druckentlastungs¬ öffnung 22 den Innenraum 12 mit der Umgebung verbindet, die das Druckentlastungsvolumen bildet. Wie in Figur 5 veranschaulicht ist es jedoch auch möglich, solche Druckentlastungsöff¬ nungen 22a, 22b zum Anschluss eines seinerseits geschlossenen Druckentlastungsvolumens 27 an den Innenraum 12 zu nutzen. Ein solches Gehäuse 10 kann aus zwei Teilgehäusen 10a, 10b beste¬ hen, die an einer Trennfuge 10c aneinander anschließen und miteinander verbunden sind.
[0032] Das Druckentlastungsvolumen 27 kann mit einem wärmeaufnehmenden porösen Material, wie beispielsweise Keramikwol¬ le, Keramikkugeln oder Keramikgranulat, Metallwolle, Metallku¬ geln oder dergleichen, versehen sein. In das Druckentlastungsvolumen 27 einströmendes heißes Gas kühlt dadurch ab und redu¬ ziert sein Volumen erheblich.
[0033] Zur Separierung des Innenraums 12 von dem Druckent¬ lastungsvolumen 27 kann das Gehäuse 10 λ eine Zwischenwand auf¬ weisen, in der die Druckentlastungsöffnungen 22a, 22b ausgebildet sind, in denen die Druckentlastungskörper 19a, 19b angeordnet sind. Weil die porösen Druckentlastungskörper 19a, 19b gasexpandierend und wärmeaufnehmend wirken, tragen sie schon beim Übertritt der heißen von einer gehäuseinternen Verpuffung herrührenden Gase in das Entlastungsvolumen 27 zum Druckabbau bei.
[0034] Figur 6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Druckentlastungsvorrichtung 13 λ einen porösen Druckentlastungskörper 19 aufweist, der nicht unmittelbar in der Wandanordnung 11, sondern in einem gesonderten Element 29 ge- fasst ist. Dieses ist wiederum in additiver Fertigung erzeugt worden, wobei die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen entsprechend gilt. Das Element 29 kann Mittel zur Verbindung mit der Wandanordnung 11 aufweisen, wie beispielsweise ein Außengewinde 30. Es kann aus Kunststoff o- der Metall bestehen. Außerdem kann es mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Gewinde 30 an einem vorab bereit gestellten Gewindering, z.B. aus Metall, ausgebildet worden sein, wobei dieser Gewindering mittels des Materials des Ele¬ ments 29 mit dem porösen Druckentlastungskörper 19 verbunden ist .
[0035] Eine weitere Abwandlung veranschaulicht Figur 7. Der Druckentlastungskörper 19 ist in diesem Fall ringförmig ausgebildet und an seinem äußeren Rand in dem Element 29 gefasst, wie es schon im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben worden ist. Bei der in Figur 7 veranschaulichten Anordnung kann eine Sichtscheibe 31 vorgesehen sein, die mit dem inneren Rand des Druckentlastungskörpers 19 über einen vorzugsweise ebenfalls additiv gefertigten Verbindungsring 32 verbunden ist. Für die Herstellung des Verbindungsrings 32 gelten alle Ausführungen zur Herstellung des Elements 29 und auch der Wandanordnung 11 entsprechend. Zum Beispiel wird zunächst ein erster Teilbe¬ reich 32a des Verbindungsrings 32 additiv gefertigt, wobei an diesem Teilbereich 32a eine Sitzfläche 33 für die Sichtscheibe 31 und eine zweite Sitzfläche 34 für den porösen Druckentlas¬ tungskörper 19 ausgebildet sind. Zugleich kann von dem Element 29 ein erster Teilbereich 29a gefertigt werden, der z.B. innerhalb eines Aluminiumrings 35 liegt und die Sitzfläche 21 aufweist. Nach Auflegen der Sichtscheibe 31 und des porösen Körpers 19 auf die entsprechenden Sitzflächen 21, 33, 34 wird die additive Fertigung fortgesetzt und es werden somit die zweiten Teilbereiche 29b, 32b erzeugt. Auf diese Weise ist ein Element fertiggestellt, das in eine Wandanordnung 11 einge¬ schraubt werden kann und zugleich Sichtfenster und Druckentlastung bildet.
[0036] Erfindungsgemäß wird ein explosionssicheres Gehäuse 10 der Bauart druckfeste Kapselung in einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt, wobei der zum Druckausgleich vorzusehende Druckentlastungskörper 19 von dem Material des additiv erzeugten Elements 29 oder der additiv erzeugten Wandanordnung randseitig umschlossen wird.
Bezugs zeichen :
10, 10 λ Gehäuse
11 Wandanordnung
12 Innenraum
13 - 16 Druckentlastungsvorrichtungen 17, 18 Flachseiten
19 poröser Körper
IIa erster Wandbereich
20 Außenfläche
21 Sitzfläche
22 Druckentlastungsöffnung
23 Schulter
IIb zweiter Wandbereich
24 Zone
25 Umfangsfläche
26 Einfassung
27 Druckentlastungsvolumen 10a, 10b Gehäuseteile
10c Trennfuge
28 wärmeaufnehmendes Material 29 Element
30 Gewinde
31 Sichtscheibe
32 Verbindungsring
32a erster Teilbereich
33, 34 Sitzflächen
29a erster Teilbereich
35 Aluminiumring
29b, 32b zweite Teilbereiche

Claims

Patentansprüche :
1. Gehäuse (10) der Schutzart Druckfeste Kapselung mit einer Wandanordnung (11), die einen Innenraum (12) zur Aufnahme von Komponenten umschließt, um diese nach dem Standard „Druckfeste Kapselung" sicher einzuschließen, mit wenigstens einem flammendurchschlagsicheren Druckentlastungskörper (19), der in einer Druckentastungsöffnung (22) angeordnet ist, die den Innenraum (12) mit einem Druckentlastungsvolumen verbindet, wobei der Druckentlas¬ tungskörper (19) an seinem Rand in einem Element (11, 29) mechanisch gehalten ist, das in einem additivem Fertigungsverfahren erzeugt ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckentlastungsvolumen ein gegen die Umgebung abgegrenztes Volumen (27) ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckentlastungsvolumen durch eine Gehäusekammer (27) gebildet ist.
4. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckentlastungsvolumen durch die Umgebung selbst gebildet ist .
5. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (11, 29) den Rand des Dru¬ ckentlastungskörpers (19) übergreifend ausgebildet ist.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskörper (19) zwei voneinander weg weisende Flachseiten (17, 18) und eine die Flachseiten (17, 18) verbindende Umfangsfläche (25) aufweist und dass das Ele¬ ment (19) und/oder an einer Randzone mindestens einer der Flachseiten (17, 18) entlang des gesamten Umfangs als auch an der Umfangsflache (25) vollflächig anliegend ausgebil¬ det ist.
7. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (11, 29) an beiden Flachseiten (17, 18) entlang des gesamten Umfangs des Druckentlastungskörpers (19) vollflächig an dem Druckentlastungskörper (19) anliegend ausgebildet ist.
8. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (29) eine Fassung ist, die mit der Wandanordnung (11) verbunden, insbesondere verschraubt ist.
9. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (11) durch die Wandanord¬ nung (11) selbst gebildet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses nach Anspruch 1, bei dem: in einem ersten Fertigungsabschnitt die Wandanordnung (11) oder ein Abschnitt (IIa) der-selben in einem additiven Fertigungsverfahren unter Ausbildung eines Öffnung (22) in einer Teilstärke bereitgestellt wird, auf die Öffnung (22) ein passender Druckentlastungskörper (19) aufgelegt wird, in einem zweiten Fertigungsabschnitt die Wandanordnung (11) oder ein Abschnitt (IIb) derselben in voller Stärke fertiggestellt wird.
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