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Patent Searching and Data


Title:
EXPLOSION-PROOF PRESSURE-TIGHT HOUSING FOR ELECTRICAL OPERATING MEANS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/122359
Kind Code:
A1
Abstract:
An explosion-proof pressure-tight housing (1) for electrical operating means (11), consisting of a rigid lower shell (2) and an elastic upper shell (3) terminating the lower shell in the manner of a cover, wherein the lower shell (2) has a base (4), preferably in the form of a rounded rectangle, and side walls (5), the outer surfaces of which are inclined inwardly by an acute angle (β), the upper shell (3) has a cover base (6) and side walls (7), which are splayed outwardly by the angle (β), the inside width of the upper shell (3) is smaller than the outside width of the lower shell (2), and the upper shell (3) is pressed with the lower shell (2) such that a flameproof gap is formed between the side walls (7) of the upper shell (3) and the side walls (5) of the lower shell (2).

Inventors:
HAAG, Christian (Max-Dortu-Str. 1, Karlsruhe, 76187, DE)
HUCK, Ralf (Eichelacker 19, Großkrotzenburg, 63538, DE)
Application Number:
EP2018/086654
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
December 21, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02G3/08; H05K5/00
Foreign References:
EP0827244A21998-03-04
DE2112224C31981-04-09
DE19733237C11999-05-20
DE19634671C21998-08-27
DE2816691C21983-03-31
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Claims:
Patentansprüche

1. Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) für elektri sche Betriebsmittel (11), bestehend aus einer steifen Unter schale (2) und einer diese deckelartig abschließenden elasti schen Oberschale (3) , wobei

die Unterschale (2) einen Boden (4) und Seitenwände (5) auf weist, deren Außenflächen um einen spitzen Winkel (ß) zwi schen 1,5° und 4° nach innen geneigt sind,

die Oberschale (3) einen Deckelboden (6) und Seitenwände (7) aufweist, die um den Winkel (ß) nach außen gespreizt sind, die Innenweite der Oberschale (3) ein Untermaß gegenüber der Außenweite der Unterschale (2) aufweist, und

die Oberschale (3) mit der Unterschale (2) unter Ausbildung eines zünddurchschlagsicheren Spaltes zwischen den Seitenwän den (7) der Oberschale (3) und den Seitenwänden (5) der Un terschale (2) verpresst ist.

2. Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) der Un terschale (2) und der Deckelboden (6) jeweils die Form eines abgerundeten Rechtecks aufweisen.

3. Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (7) der Oberschale (3) die Unterschale (2) an der äußeren Um fangskante des Bodens (4) um- und hintergreifen oder in äuße re Aussparungen (10) des Unterteils (2) eingreifen.

4. Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (3) aus einem tiefgezogenen Blech, insbesondere einem Edelstahlblech besteht.

5. Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (2) aus einem Tiefzieh-, Fräs- oder Gussteil mit gefrästen und/oder geschliffenen Außenflächen der Seitenwände (5) besteht.

6. Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit den darin angeordneten elek trischen Betriebsmitteln (11) in Form einer flachen Elektro nikbaugruppe .

Description:
Beschreibung

Explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Be triebsmittel

Die Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Betriebsmittel.

Elektrotechnische Erzeugnisse, die in einer explosionsgefähr denden Umgebung installiert und betrieben werden, müssen den gesetzlichen Schutzmaßnahmen zur Vermeidung wirksamer Zünd quellen im Rahmen des Explosionsschutzes entsprechen. Gehäuse in der Zündschutzart "Druckfeste Kapselung" ("Ex d") müssen dem Druck einer Explosion eines explosionsfähigen Gemisches im Inneren standhalten und die Übertragung der Explosion nach außen verhindern. Der Explosionsdruck hängt vom freien inne ren Volumen und von der Form des Gehäuses ab. Das Gehäuse muss entsprechend stabil sein. Um zu verhindern, dass die Ex plosion aufgrund von Flammendurchschlag (Zünddurchschlag) durch Gehäuseöffnungen nach außen übertragen wird, darf bei allen nach außen führenden Gehäusespalten eine minimale

Spaltlänge nicht unterschritten und eine maximale Spaltweite nicht überschritten werden. Ferner darf die Oberflächentempe ratur an der Gehäuseaußenwand die Zündtemperatur der umgeben den explosionsfähigen Atmosphäre nicht überschreiten.

Die DE 21 12 224 C3 offenbart ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Betriebsmittel, bestehend aus einem Gehäuseunterteil und einem Deckel mit einem zylind rischen Passungsteil, das unter Ausbildung eines zünddurch- schlagsicheren Spalts in das Gehäuseunterteil eingreift. Der Deckel ist mittels Schrauben an dem Gehäuseunterteil befes tigt. Um zu verhindern, dass bei einer Explosion im Inneren des Gehäuses und einer daraus resultierenden Aufwölbung des Deckelbodens nach außen das zylindrische Passungsteil im Sin ne einer Vergrößerung des Spalts nach innen gedrückt wird, weist der Deckel im Übergangsbereich zwischen dem zylindri schen Passungsteil und dem Deckelboden eine elastische Zone auf . Die DE 197 33 237 CI offenbart ein explosionsgeschütztes Kunststoffgehäuse mit einem Unterteil und einem Oberteil, die jeweils einen rechteckförmigen Boden und dazu senkrecht ste hende Seitenwände aufweisen. Die Seitenwände des Oberteils ragen bis in das Unterteil hinein, so dass die Wände des Un terteils die Seitenwände des Oberteils teilweise überragen.

An den Wänden des Unterteils sind Rasthaken angeformt, die an den Seitenwänden des Oberteils ausgebildete Widerlager über greifen, so dass eine formschlüssige Rastverbindung des Un ter- und Oberteils gegeben ist. An den Seitenwänden des Ober teils sind außerdem Außenwandteile angeformt, die sich auf Abstand parallel zu den Seitenwänden erstrecken und zwischen deren Innenfläche und den Rasthaken des Unterteils ein Spalt besteht. Dieser Spalt wird nach dem Zusammenbau des Gehäuses mit einem Gießharz gefüllt, so dass die Rasthaken in der dar gestellten Position gegen ein Zurückbiegen bzw. Lösen gesi chert sind und gewährleistet ist, dass das Gehäuse eine druckfeste Kapselung bildet. An dem Oberteil sind von außen zugängliche Kontaktklemmkörper für elektrische Zuleitungen angeordnet, was darauf hinweist, dass das, offenbar für Kraftfahrzeuge vorgesehene Gehäuse für den Einsatz im indust riellen Umfeld (Prozessindustrie) nicht vorgesehen und nicht geeignet ist.

Aus der DE 196 34 671 C2 ist ein quaderförmiges Metallgehäuse der Zündschutzart "Druckfeste Kapselung" mit einem Gehäuse unterteil und einem Gehäuseoberteil bekannt, die schalenför mig ausgebildet sind und an einer einen Ex-Spalt bildenden Trennfuge, beispielsweise in Form einer Nut-Rippe-Verbindung zusammenstoßen. Das eine Gehäuseteil ist an seiner Fugenflä che, z. B. der Rippe, Stoffschlüssig mit einer Beschichtung versehen, deren freie Fläche eine Negativabformung der Fugen fläche, z. B. der Nut, des jeweils anderen Gehäuseteils dar stellt und die im geschlossenen Zustand des Gehäuses den kon struktiv vorhandenen spaltförmigen Raum zwischen beiden Fu genflächen ausfüllt. Die beiden Gehäuseteile werden mit Schrauben zusammengehalten, die in einem Bereich außerhalb des durch die Nut umgrenzten Bereiches angeordnet sind. Die DE 28 16 691 C2 offenbart ebenfalls ein explosionsge schütztes druckfestes Gehäuse mit einem topfartigen Oberteil und mit einem teilweise in das Oberteil hineinragenden scha lenförmigen Unterteil, wobei der Spalt zwischen dem Oberteil und dem Unterteil mit einem Gießharz ausgefüllt ist.

Werden explosionsgeschützte druckfeste Gehäuse unter Einbe ziehung aller erforderlichen Einbauten wie z. B. Elektronik-, Mechanik- oder Pneumatik-Komponenten konzipiert, entwickelt und gefertigt, entstehen teure, aufwändig konstruierte Gehäu se mit entsprechend großen Volumina und Wandstärken.

Ziel dieser Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln und ge ringem Materialeinsatz ausschließlich solche Einbauten in Be triebsmitteln im Sinne der Zündschutzart "Druckfeste Kapse lung" für den Einsatz im industriellen Umfeld zu schützen, die als potentielle Zündquelle angesehen werden können (ins besondere Elektronikbaugruppen) .

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene explosionsgeschützte druckfeste Gehäuse gelöst, von dem vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse für elektrische Betriebsmittel, bestehend aus einer steifen Unterschale und einer diese deckelartig ab schließenden elastischen Oberschale, wobei

die Unterschale einen Boden und Seitenwände aufweist, deren Außenflächen um einen spitzen Winkel zwischen 1,5° und 4° nach innen geneigt sind,

die Oberschale einen Deckelboden und Seitenwände aufweist, die um den Winkel nach außen gespreizt sind,

die Innenweite der Oberschale ein Untermaß gegenüber der Au ßenweite der Unterschale aufweist, und

die Oberschale mit der Unterschale unter Ausbildung eines zünddurchschlagsicheren Spaltes zwischen den Seitenwänden der Oberschale und den Seitenwänden der Unterschale verpresst ist . Zu optimalen Volumenausnutzung bei, z. B., der Unterbringung von Elektronikbaugruppen ist das Gehäuse vorzugsweise quader förmig, insbesondere als flacher Quader, mit dem Boden der Unterschale und dem Deckelboden jeweils in Form eines abge rundeten Rechtecks ausgebildet.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass das Ober teil überdehnt wird und damit unter sehr hoher Spannung auf dem Unterteil aufsitzt, so dass auch bei einer Explosion kein regelwidriger Spalt entstehen kann. Eine Verfüllung des Spal tes mit. z. B. Gießharz, ist damit nicht erforderlich. Das erfindungsgemäße Ex-d Gehäuse berücksichtigt nur diejenigen Teile von Betriebsmitteln und ist nur für solche Teile ausge legt, welche wirksame Zündquellen in Betriebsmitteln darstel len. Solche Zündquellen stellen in der Regel Elektronikbau gruppen dar. Das erfindungsgemäße Gehäuse hat einen im We sentlichen flachen quaderförmigen Aufbau mit einen relativ kleinen Volumen, was kleinere Wandstärken ermöglicht und da durch zu einer Vereinfachung der Konstruktion und Reduzierung des Gewichts im Vergleich zu herkömmlichen Ex-d Gehäusen führt. Es nicht vorgesehen, dass der Kunde das flache Ex-d Gehäuse zerstörungsfrei öffnen und die Elektronikbaugruppe aus dem Ex-d Gehäuse herausnehmen kann.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des erfin dungsgemäßen Gehäuses ist vorgesehen, dass die Seitenwände der Oberschale die Unterschale an der äußeren Umfangskante des Bodens um- und hintergreifen oder in äußere Aussparungen des Unterteils eingreifen. Dazu können die Seitenwände der Oberschale abgekantet oder umgefalzt sein, oder durch Prägen oder Stanzen Laschen, Haken o. dgl . gebildet werden, die um den Boden der Unterschale greifen oder in seitliche Ausspa rungen wie z. B. eine umlaufende Nut greifen. Dadurch kann die Oberschale nach Abschluss des Verpressens mit der Unter schale automatisch einrasten oder nachträglich durch Herstel lung der Hintergreifung, beispielweise durch Umbiegen, fi xiert werden. Anhand der Zeichnungen werden im Folgenden die Erfindung so wie Ausgestaltungen und Vorteile beispielhaft erläutert. Im Einzelnen zeigen

Figur 1 eine Schnittdarstellung eines erstes Ausführungsbei spiel des erfindungsgemäßen Gehäuses mit getrennter Ober- und Unterschale,

Figur 2 das Gehäuse gemäß Figur 1 mit zusammengesetzter

Ober- und Unterschale und Sicherung des Presssitzes,

Figur 3 die Oberschale in Draufsicht,

Figur 4 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungs beispiel des erfindungsgemäßen Gehäuses mit getrenn ter Ober- und Unterschale und

Figur 5 das Gehäuse gemäß Figur 4 mit zusammengesetzter

Ober- und Unterschale und Sicherung des Presssitzes.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maß stäblich .

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 1 bestehend aus einer steifen Unterschale 2 und einer elastischen Oberschale 3. Die Unterschale 2 weist einen Boden 4 in Form eines abgerundeten Rechtecks und Seitenwände 5 auf, deren Außenflächen vom Boden 4 ausgehend um einen spitzen Winkel ß von etwa 1,5° bis 4°, idealerweise 3°, nach innen geneigt sind. Um die geforderte Steifigkeit zu erreichen, ist die Unterschale 2 mit vergleichsweise großer Wandstärke bei spielsweise als Frästeil (z. B. aus Edelstahl) oder als Me tall- oder Kunststoff-Gussteil mit ggf. gefrästen und/oder geschliffenen Außenflächen gefertigt.

Die Oberschale 3, deren Draufsicht Figur 3 zeigt, weist einen Deckelboden 6, ebenfalls in Form eines abgerundeten Recht ecks, und Seitenwände 7 aufweist, die um den Winkel ß nach außen gespreizt sind. Um die geforderte Elastizität zu errei chen, ist die Oberschale 3 mit vergleichsweise dünner Wand stärke, beispielsweise aus Tiefziehblech, mit einem Untermaß der Innenweite gegenüber der Außenweite der Unterschale 2 ge fertigt .

Figur 1 zeigt das Gehäuse 3 mit getrennter Oberschale 3 und Unterschale 2, und Figur 2 nach dem Verpressen beider Schalen 2, 3. Beim Verpressen von der Oberschale 3 auf die Unterscha le 2 wird die Oberschale 3 derart gedehnt, dass sich alle To leranzen ausgleichen und zwischen den Seitenwänden 7 der Oberschale 3 und den Seitenwänden 5 der Unterschale 2 eine Presspassung mit einem Null-Spalt entsteht, dessen Spaltlänge in Abhängigkeit des gewählten Gehäusevolumens den Anforderun gen des Explosionsschutzes nach IEC 60079-1, ANSI/ISA 60079- 1, FM3515 bzw. CSA C22.2 No.30 entspricht. Die Verbindung von beider Schalen 2, 3 ist dann nicht mehr gewaltfrei zu öffnen und die Reibkräfte zwischen ihnen sind so dimensioniert, dass sie auch Gasexplosionen im Inneren der beiden Schalen 2, 3 sicher standhalten.

Um sicherzustellen, dass nicht nur der Presssitz ein Heraus drücken der Oberschale 3 bei einer Explosion im Inneren des Gehäuses 1 verhindert, kann, wie Figur 2 zeigt, ein umlaufen der Überstand 8 der Oberschale 3 nach dem Verpressen beider Schalen 2, 3 an dem Boden 4 der Unterschale 2 umlaufend umge legt werden.

Die Figuren 4 und 5 zeigen als beispielhafte Alternative durch Stanzprägung in der Oberschale 3 ausgebildete Zungen 9, die nach dem Verpressen der beiden Schalen 2, 3 in Ausnehmun gen 10 in den Seitenwänden 5 des Unterteils 2 rastend ein- greifen. Alternativ können die Zungen 9 oder Abkantungen der Seitenwände 7 der Oberschale 3 den Boden 4 der Unterschale 2 um- und hintergreifen.

Die Außenabmessungen (Circa-Maße) des Gehäuses 3 betragen beispielsweise Breite B = 160 mm, Höhe H = 20 mm und Tiefe T = 20 mm. In dem Gehäuse 1 sind elektrische Betriebsmittel 11, hier eine Elektronikbaugruppe, angeordnet, deren elektri sche Verbindung nach außen durch eine typ- oder baumusterge prüfte oder bescheinigte Ex-d Durchführung 12 (z. B. T08 So ckel) ermöglicht wird.