elektromagnetischer Strahlung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein explosionsgeschütztes Gehäuse für Mittel zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Strahlung, mit einem Gehäusekörper, der zur Aufnahme solcher Sende- und/oder Empfangsmittel eingerichtet ist, und einem Fensterelement mit einer ersten, dem Gehäuseinneren zugewandten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten, dem Gehäuseinneren abgewandten Seite, wobei das Fensterelement gegenüber elektromagnetischer Strahlung durchlässig ist.

In der Messtechnik, insbesondere in der Sicherheitstechnik, wie beispielsweise bei der Erfassung von Gefahrkenngrößen wie toxische Gase, Brandgase, sowie elektromagnetische Strahlung, Flammen und Funken, werden elektronische Detektionsgeräte, beispielsweise Brandmelder wie Flammenmelder, Funkenmelder, Gasmelder und andere Geräte an Umgebungen und an Orten eingesetzt, wo Explosionsgefahr besteht.

Beispiele für solche Umgebungen und Orte, an denen explosive Gase oder Stäube auftreten können, sind Getreidemühlen, Mehlsilos, Chemieanlagen, Tanklager, Bergwerke, Raffinerien, Ölplattformen, Bohr- und Tankschiffe, Lackierkabinen, Gasverdichterstationen, Holzverarbeitende Betriebe, Papierfabriken und Kläranlagen.

Elektronische Detektionsgeräte, die in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar sind, müssen besondere Sicherheitsanforderungen erfüllen. Diese haben das Ziel entweder eine Zündquelle, die ggf. eine Explosion auslösen könnte, auszuschließen oder zu verhindern, dass eine im Inneren des abgeschlossenen Volumens des Gerätegehäuses entstehende Explosion Auswirkungen auf die Umgebung hat.

Dieses Ziel ist auf verschiedene Arten erreichbar, die in entsprechenden europäischen und internationalen Normen als Zündschutzarten bezeichnet werden.

Anforderungen für die Vermeidung einer Zündquelle werden beispielhaft durch die Normen IEC 60079-1 1 und EN 60079-1 1 gegeben. Die Zündschutzart hierfür hat den Namen„Eigensicherheit" (Ex-i). Diese wird erreicht, wenn die elektrischen Größen Strom, Spannung und Leistung in dem Gerät immer unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegen. Die Grenzwerte müssen so gewählt werden, dass auch im Fehlerfall, beispielsweise durch einen Kurzschluss, keine zündfähige Quelle, wie zum Beispiel ein Funke oder eine heiße Oberfläche, erzeugt wird.

Werden keine Maßnahmen getroffen, um die Anforderungen zur Eigensicherheit zu erfüllen, kann man beispielsweise das Gehäuse des Gerätes in der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung" (Ex-d) ausbilden. Diese Zündschutzart ist in den Normen IEC 60079-1 und EN 60079-1 beschrieben.

Geräte, die gemäß der Zündschutzart„Druckfeste Kapselung" (Ex-d) ausgebildet sind, weisen ein druckfestes Gehäuse auf, welches gewährleistet, dass eine im Inneren des Gehäuses auftretende Explosion nicht in die Umgebung, nicht in den Raum oder den Bereich des Montageortes des Gehäuses übertragen werden kann. Dies bedeutet, mit anderen Worten, dass beim Auftreten einer inneren Explosion das Gehäuse nicht beschädigt werden darf und das ein Übertritt der Explosion über die Wand oder einen Spalt des Gehäuses hinaus in die äußere Umgebung des Gehäuses verhindert wird. Ein Gehäuse, das so ausgebildet ist und diesen Anforderungen genügt, insbesondere durch Zulassungen nach den Normen IEC 60079-1 oder EN 60079-1 , wird hier und im Folgenden als druckfestes Gehäuse bezeichnet. Ein druckfestes Gehäuse ist somit ein Gehäuse, ausgebildet in der Zündschutzart druckfeste Kapselung Ex-d zur Anwendung im explosionsgefährdeten Bereich für Gase.

Verbindungen von Gehäuseteilen und sich konstruktiv ergebende Spalte müssen zünddurschlagsicher ausgebildet sein, um die oben genannten Normen zu erfüllen. Eine zünddurchschlagsichere Verbindung und ein zünddurchschlagsicherer Spalt gewährleisten, dass eine im Inneren des Gehäuses auftretende Explosion nicht in die Umgebung, nicht in den Raum oder den Bereich des Montageortes des Gehäuses übertragen werden kann. Bei der Zündschutzart "Schutz durch Gehäuse", Ex-t, beruht das Schutzkonzept auf dem Einsatz staubgeschützter Gehäuse mit der Schutzart IP 5X und staubdichter Gehäuse mit der Schutzart IP 6X, zusammen mit der Begrenzung der Oberflächentemperatur des Betriebsmittels, so dass sich die äußere Staubatmosphäre nicht entzünden kann. Die Geräte werden einer IP-Schutzartprüfung unterzogen. Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von„Schutzart IP...", so ist hiermit die IP- Code Klassifizierung, bspw. nach DIN EN 60529 (VDE 0470-1 ):2014-09, gemeint.

Die Geräte müssen zudem einer Umweltprüfung z. B. gemäß IEC 60079-0 und IEC 60079-31 unterzogen werden. Die Umweltprüfungen beinhalten unter anderem eine Wärme- und Kältebeständigkeitsprüfung bei Kunststoffgehäuseteilen, eine Stoß- und Schlagprüfung, sowie eine Druckprüfung. Betriebsmittel dieser Zündschutzart müssen den Anforderungen beispielsweise der Norm IEC 60079-31 genügen.

Durch das staubdichte Gehäuse wird verhindert, dass ein brennbarer Staub in das Gehäuse eindringen und dort entzündet werden könnte. Elektrisch leitfähiger Staub, wie beispielsweise Metallstaub, wird durch die staubdichte Ausführung des Gehäuses abgehalten und kann damit nicht zu gefährlichen Überhitzungen durch Kurzschlüsse bzw. elektrische Übergangswiderstände führen.

Ein Gehäuse, das ausgebildet ist die Zündschutzart "Schutz durch Gehäuse", Ex-t zu erfüllen, insbesondere durch Zulassungen nach den Normen IEC 60079-31 oder EN 60079-31 , wird hier und im Folgenden als staubdichtes Gehäuse bezeichnet. Ein staubdichtes Gehäuse ist somit ein Gehäuse, ausgebildet in der Zündschutzart„Schutz durch Gehäuse" Ex-t zur Anwendung im explosionsgefährdeten Bereich für Staub.

Explosionsgeschützte Gehäuse mit einem Fensterelement, für Mittel zum Senden bzw. Empfangen elektromagnetischer Strahlung, sind grundsätzlich bekannt. So offenbart DE202006014464 ein druckfestes Gehäuse mit einem als transparenten Festkörper ausgebildeten Fensterelement einer optischen Baugruppe zum Ein- und/oder Auskoppeln von elektromagnetischer Strahlung. Der transparente Festkörper wird in einer druckfesten Vergussmasse gehalten.

Nachteilig an solchen Gehäusen aus dem Stand der Technik sind hohe Herstellkosten. Ferner sind im Stand der Technik mehrere Bauteile notwendig, um das Fensterelement verliersicher und druckfest, mit anderen Worten zünddurchschlagsicher am Gehäuse anordnen zu können. Ein Austausch des Fensterelementes bzw. eines Gehäuseteils mit Fensterelement ist ferner nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich.

Die vorstehenden Definitionen, insbesondere zu den Begriffen der Zünddurchschlagssicherheit, Staubdichtheit, und zum Explosionsschutz, gelten auch für die im Folgenden erläuterte Erfindung und die erfindungsgemäßen Ausführungsformen.

Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein explosionsgeschütztes Gehäuse der eingangs bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, dass die vorstehend benannten Nachteile möglichst weitgehend vermindert werden. Insbesondere lag die Aufgabe zugrunde die Herstellkosten zu senken, ohne die Zündschutzart, insbesondere die Ausführung als druckfestes Gehäuse zu kompromittieren und zusätzlich ein hohes Maß an Flexibilität beim Einsatz solcher Gehäuse, und insbesondere bei Wartung und Instandhaltung, zu gewährleisten. Die Erfindung löst diese Aufgabe für ein explosionsgeschütztes Gehäuse der eingangs genannten Art gemäß einem ersten Aspekt, indem der Gehäusekörper auf der zweiten Seite des Fensterelements eine Bördelung aufweist, welche das Fensterelement in Richtung eines im Inneren des Gehäuses ausgebildeten Sitzes drückt, so dass das Gehäuse als druckfestes Gehäuse und/oder als staubdichtes Gehäuse ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Sitz im Inneren des Gehäusekörpers angeordnet. Weiter vorzugsweise ist der Sitz einstückig mit dem Gehäusekörper ausgeschildert. Insbesondere ist der Sitz als Vorsprung der inneren Wandlung des Gehäusekörpers ausgebildet. Hierdurch wird die Montage weiter vereinfacht, da die Bauteilzahl reduziert werden kann.

Die Bördelung zur mechanischen Halterung des Fensterelementes wird verstanden als ein metallisches Klemmelement, erzeugt durch das mechanische Umbiegen, insbesondere mittels Kaltverformen, einer an dem Gehäusekörper vorgesehenen Metallkante mit einem geeigneten Werkzeug, z. B. einer walzenförmigen Rolle oder einer Kugel. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist die Erhöhung der Festigkeit durch die Kaltverformung des Metalls. Die Metallkante ist im Rohzustand des Gehäusekörpers vor dem Bördeln vorzugsweise als Verjüngung, insbesondere als Fase oder als axial vorstehender Ringabschnitt ausgebildet. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch den geringen Materialeinsatz der Bördelung nur eine schmale Abdeckung im Randbereich des Fensterelementes erfolgt, so dass eine freie unverdeckte Fensterfläche A _u für den Durchlass der elektromagnetischen Strahlung erreicht wird. Ferner wird durch die Ausführung der Bördelung erreicht, dass eine geringe Angriffsfläche für Verschmutzungen am Fensterelement vorliegt.

Durch die Bördelung wird eine kosteneffiziente Herstellung ermöglicht, da keine weiteren Teile oder Gehäuseteile oder andere Maßnahmen zur Gewährleistung der zünddurchschlagsicheren Verbindung des Fensterelements mit dem Gehäusekörper notwendig sind.

Vorzugsweise ist das Fensterelement für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 0, 15 μιτι bis 15,0 μιτι, besonders bevorzugt 1 μητι bis 6 μιτι durchlässig.

Die Transmission für den bevorzugten Wellenlängenbereich ist vorzugsweise größer als 80%. Um einen großen Sichtbereich gewährleisten zu können, hat das Material des Fensterelementes einen möglichst geringen Brechungsindex, vorzugsweise kleiner als Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Sitz und der ersten Seite des Fensterelements und/oder zwischen der Bördelung und der zweiten Seite des Fensterelements (jeweils) ein elastisches Dichtungselement angeordnet. Mittels der Bördelung werden hierbei der Gehäusekörper, das Fensterelement und das oder die Dichtungselemente staubdicht, sowie vorzugsweise wasser- und/oder luftdicht, miteinander in Anlage gehalten. Als wasserdicht wird hierbei die Schutzart IP67 oder besser angesehen. Die Verbindung des Fensterelements mit dem Gehäuse und der vorzugsweise hierbei gebildete Spalt sind vorzugsweise zünddurchschlagsicher ausgebildet. Durch das oder die elastischen Dichtungselemente wird es ermöglicht, dass die Energie von Schlagimpulsen auf das Fensterelement abgeschwächt oder absorbiert wird. Die Größe des Fensterelements, insbesondere die Dicke, welche den Abstand der ersten und der zweiten Seite des Fensterelements vorgibt, sowie die Materialart des Fensterelements und die Elastizität des oder der Dichtungselemente sind so ausgebildet, dass das Fensterelement der Einwirkung einer Schlagenergie von 2 J bis 7 J (Joule) widersteht. Abhängig von der Fläche des Fensterelementes, liegt die Schlagenergie besonders bevorzugt bei 2 J oder 4 J. Eine Schlagenergie von 2 J wird beispielsweise angenommen, wenn die zu schützende Fläche kleiner als 2500 mm ² ist. Das Fensterelement muss vorzugsweise einer senkrecht herabfallenden Prüfmasse von 1 kg ohne Zerstörung wiederstehen. Diese Schlagprüfung wird beispielsweise in der Norm IEC 60079-0 mit einer Prüfmasse von 1 kg und einer Stahlkugel mit 25 mm Durchmesser als Aufschlagfläche durchgeführt, wobei die Stahlkugel unter der Prüfmasse sitzt und die Fensterfläche beim Aufschlag berührt.

Die Dichtigkeit wird in der Umweltprüfung, nach der Schlagprüfung überprüft und muss mindestens der Schutzart IP5x entsprechen, bspw. nach IEC60529. In einer besonders bevorzugten Ausführung beträgt die Staubdichtigkeits-Schutzart nach dem Schlagimpuls IP6x.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung, die zugleich eine bevorzugte Ausführungsform des ersten Aspekts und ein eigenständiger zweiter Aspekt des eingangs genannten Gehäuses ist, weist das Fensterelement eine Umfangsfläche auf, die sich von der ersten Seite zur zweiten Seite erstreckt, und mittels eines elastischen Haftmittels am Gehäuse befestigt ist, wobei das elastische Haftmittel zwischen der ersten Seite des Fensterelements und einem im Inneren des Gehäusekörpers ausgebildeten Sitz, und zwischen der Umfangsfläche und einer inneren Wandung des Gehäusekörpers angeordnet ist, und das Fensterelement und das elastische Haftmittel das Gehäuse staubdicht, sowie vorzugsweise wasser- und/oder luftdicht, verschließen. Die Elastizität des Haftmittels ermöglicht, dass die Energie von Schlagimpulsen auf das Fensterelement abgeschwächt oder absorbiert wird. Hinsichtlich einer bevorzugten Ausgestaltung des Fensterelements, insbesondere hinsichtlich der Größe, der Dicke, welche den Abstand der ersten und der zweiten Seite des Fensterelements vorgibt, sowie der Materialart des Fensterelements und der Elastizität des Haftmittels wird auf die vorstehenden Ausführungen zum ersten Aspekt verwiesen. Das elastische Haftmittel trägt dazu bei, dass die Verbindung des Fensterelements mit dem Gehäusekörper zünddurchschlagsicher ausgebildet ist. Dies ist eine sehr einfache und kostengünstige Lösung zur Herstellung solcher Gehäuse. Vorzugsweise ist das Gehäuse als druckfestes Gehäuse und/oder als staubdichtes Gehäuse ausgebildet. Das Gehäuse ist vorzugsweise in der Zündschutzart druckfeste Kapselung Ex „d" zur Anwendung im Gas-Ex-Bereich und/oder in der Zündschutzart Schutz durch Gehäuse Ex„t" zur Anwendung im Staub-Ex-Bereich ausgebildet.

Vorzugsweise ist das elastische Haftmittel ein silikonhaltiges Elastomer. Dieses bringt den Vorteil mit sich, dass es in einem großen Temperaturbereich hoch elastisch, sowie resistent gegen eine Vielzahl von Chemikalien ist.

Die oben genannten Ausführungen zum staubdichten sowie wasser- und/oder luftdichten Verschließen gelten auch für diesen zweiten Aspekt der Erfindung.

Vorzugsweise weist der Gehäusekörper eine Innenwand im Bereich des Fensterelements auf. Zwischen dem Fensterelement und der Innenwand ist ein Spalt zünddurchschlagsicher ausgebildet. Somit ist er derart gestaltet, dass er die Ausbreitung einer Flamme von einer Explosion im Inneren, über die Gehäusewand hinaus, verhindert.

Vorzugsweise weist der Spalt bei einem Gehäusevolumen von weniger als 100 cm ³ eine Spaltlänge von mindestens 6 mm und eine Spaltweite von 0, 1 mm oder weniger auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Fensterelement eine zylindrische Umfangsfläche auf. Der Gehäusekörper weist eine korrespondierend ausgebildete Ausnehmung zur Aufnahme des Fensterelements auf. Die Ausbildung des Fensterelements als zylindrische Scheibe und der Ausnehmung als kreisförmige Aufnahme sind besonders kostengünstig herzustellen. Zusätzlich ermöglicht diese Form einen gleichmäßigen Öffnungskegel bzw. Öffnungswinkel des Mittels zum Empfang elektromagnetischer Strahlung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Gehäusekörper ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf, wobei das erste Gehäuseteil das Fensterelement umfasst, und das zweite Gehäuseteil zur Aufnahme der Sende- bzw. Empfangsmittel ausgebildet ist.

Hierbei ist es bevorzugt, dass das erste Gehäuseteil mittels einer zünddurchschlagssicheren Verbindung reversibel lösbar mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden ist, wobei bevorzugt die zünddurchschlagsichere Verbindung ein erstes Verbindungselement, vorzugsweise ein Innen- oder Außengewinde, an dem ersten Gehäuseteil und ein korrespondierendes zweites Verbindungselement, vorzugsweise ein Außen- oder Innengewinde, an dem zweiten Gehäuseteil aufweist.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung ist das erste Gehäuseteil mit dem Fensterelement als Wechseloptik ausgebildet. Bei Verschmutzung oder Verschleiß des Fensterelements, insbesondere der zweiten Seite, die der Umgebung des Gehäuses zugewandt ist, ist somit ein schneller Wechsel durch das Servicepersonal möglich, unter Beibehaltung der Ausbildung des Gehäuses als druckfestes Gehäuse und/oder staubdichtes Gehäuse. Unter reversibler Lösbarkeit wird hierbei insbesondere verstanden, dass es möglich ist, zerstörungsfrei eine Vielzahl von Trennungen und erneuten Verbindungen der Verbindungsmittel herbeizuführen.

Insbesondere für die Ausführungsformen mit einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil ist es vorteilhaft, dass sie eine kantenfreie, vorzugsweise zylindrische Außenfläche haben, die als Sonderwerkzeugangriffsfläche dient. Bevorzugt wird diese Ausführung, da ein Schutz gegen unbefugtes Öffnen mittels allgemein erhältlicher Mehrkant-Werkzeuge (bspw. Vierkant, Sechskant etc.) geschaffen wird. Vorzugsweise wird zum Lösen und Befestigen der Verbindung ein Sonderwerkzeug zum Einsetzen von zylindrischen Rohr- und Gewindekörpern, auch bezeichnet als Super-Nuss, oder ähnliches Werkzeug verwendet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfassen die Empfangsmittel für elektromagnetische Strahlung eine Sensoreinheit und eine Sensorsignalauswerteeinheit. Als Sensoreinheit wird hier sowohl eine elektromagnetische Strahlung empfangende, als auch sendende Einheit verstanden. Vorzugsweise sind hierbei die Sensoreinheit und Sensorsignalauswerteeinheit dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 0, 15 μιτι bis 15 μηη zu detektieren. Funken und Flammen strahlen charakteristische elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 0, 15 μιτι bis 15 μιη aus. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht der Körper des ersten Gehäuseteils und/oder des zweiten Gehäuseteils aus einem der folgenden Materialien: Metall, vorzugsweise Edelstahl, Keramik, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise CFK oder GFK, oder aus einer Kombination mehrerer dieser Materialien. Vorzugsweise werden das erfindungsgemäße Gehäuse, der Gehäusekörper oder das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil als Drehteil aus Edelstahl ausgebildet. Das erste zylindrische Gehäuseteil aus Edelstahl ist hierbei als Fassung für das Fensterelement, welches die Form einer zylindrischen Scheibe hat, ausgebildet.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Gehäuse ein freies Innenvolumen von maximal 100 cm ³ , besonders bevorzugt für eine kompakte Bauweise von maximal 10 cm ³ auf.

Das Gehäuse ist vorzugsweise zur Reduktion des freien Gehäusevolumens teilweise oder vollständig vergossen. Hierdurch werden Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit, aggressive Gasatmosphären etc. von den Einbauteilen im Gehäuseinneren abgehalten und das Volumen einer zündfähigen Gasatmosphäre reduziert.

Das erste Gehäuseteil weist vorzugsweise eine Innenwand im Bereich des Fensterelements auf, und zwischen dem Fensterelement und der Innenwand ist ein Spalt ausgebildet, der zünddurchschlagsicher ausgebildet ist. Somit ist er derart gestaltet, dass er die Ausbreitung einer Explosion aus dem Gehäuseinneren über die Gehäusewand hinaus nach außen verhindert. Vorzugsweise ist der Spalt zylindrisch ausgebildet.

Der zylindrische Spalt ist hierzu so ausgebildet, dass er vorzugsweise eine Mindestlänge von 6 mm und eine maximale Spaltweite von 0, 1 mm aufweist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Fensterelement durchlässig für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 0, 15 μιτι bis 15 μιτι oder im bevorzugten Bereich von 1 μητι bis 6 μιτι. Vorzugsweise ist das Fensterelement aus Saphir, Kunststoff, Borosilikatglas, insbesondere Borosilikat-Kronglas mit Brechungsindex 7, eingefärbtem Glas, Silizium, oder Quarzglas, oder einer Kombination aus mehreren dieser Materialien ausgebildet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Gehäusekörper im Bereich des Fensterelements einen zylindrischen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche A auf, und eine von der Bördelung des Fensterelements unverdeckte Fensterfläche Ay, die 80% oder mehr der Querschnittsfläche A beträgt. Dies ermöglicht eine maximale Eintrittsfläche für die in das Gehäuse einzukoppelnde und/oder auszukoppelnde elektromagnetische Strahlung und damit einen maximalen Öffnungswinkel für die Sensoreinheit. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass der Materialverbrauch für das Fensterelement minimiert wird, im Vergleich zu Lösungen, wo das Fensterelement durch die fixierenden Teile mehr abgedeckt wird.

Die Sensoreinheit ist in der von der zweiten Seite des Fensterelements um H beabstandeten Empfangsebene angeordnet. Der Durchmesser der Fläche A _u und der Abstand H bestimmen die Größe des Öffnungswinkels a, der bei vorgegebenem Abstand H umso größer ist, je größer die Fläche A _u ist. Hierbei ist es vorteilhaft, dass das Innere des Gehäusekörpers und seine Komponenten im Inneren so ausgebildet sind, dass nach Durchtritt der elektromagnetischen Strahlung durch die erste Seite des Fensterelements, diese ungehindert die Empfangsebene mit der Fläche A _u erreicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Öffnungswinkel größer als 90 Grad, vorzugsweise120 oder 140 Grad.

Die Signal-/Energiezuführung in das druckfeste Gehäuse ist vorzugsweise mittels einer Kabeleinführung ausgebildet, die mit einem zünddurchschlagsicheren Gewinde in den Gehäusekörper eingesetzt ist, oder mittels einer geeigneten Bohrung durch eine Wand des Gehäusekörpers, die vorzugsweise durch Verguss im Inneren druckfest abgedichtet ist.

Die Erfindung spiegelt sich nicht nur im explosionsgeschützten Gehäuse mit seinen Einzelelementen, sondern auch in der modularen Kombination dieser Einzelelemente wieder.

Somit betrifft die Erfindung in einem dritten Aspekt ein explosionsgeschütztes Gehäuse- Kit, mit einem explosionsgeschützten Gehäuse nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen mit dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil, wobei vorzugweise das erste Gehäuseteil das Fensterelement umfasst, und das zweite Gehäuseteil zur Aufnahme der Sende- bzw. Empfangsmittel ausgebildet ist, und ferner mit einem oder mehreren weiteren ersten Gehäuseteilen, die als Wechseloptiken bereitgehalten werden und vorzugsweise jeweils zu den Übrigen unterschiedlich ausgebildete Fensterelemente aufweisen, und/oder - einem oder mehreren weiteren zweiten Gehäuseteilen, die jeweils, vorzugsweise zu den Übrigen unterschiedlich ausgebildete, Sende- bzw. Empfangsmittel für elektromagnetische Strahlung aufweisen und als Wechselsendeeinheiten und/oder Wechselempfangseinheiten bereitgehalten werden. Die bevorzugten Ausführungsformen gemäß dem ersten und dritten Aspekt sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des zweiten Aspekts. Die bevorzugten Ausführungsformen des ersten und zweiten Aspekts sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des dritten Aspekts. Die bevorzugten Ausführungsformen des zweiten und dritten Aspekts der Erfindung sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung.

Der dritte Aspekt der Erfindung und alle Ausgestaltungsvarianten mit der Ausgestaltung des Gehäusekörpers mit dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil haben den Vorteil, dass ein modulares Plattformkonzept bereitgestellt wird, mittel dessen verschiedene erste Gehäuseteile, die sich in der Transmissivität und/oder den mechanischen Eigenschaften des Fensterelements, insbesondere hinsichtlich der durchgelassenen Wellenlänge unterscheiden, mit zweiten Gehäuseteilen kombinieren kann, die jeweils verschiedene, der Mess- oder Überwachungsaufgabe angepasste Sende- und/oder Empfangsmittel für elektromagnetische Strahlung aufweisen. Weiterhin verbessern die Flexibilität und die Einfachheit des Auswechseins von diesen Gehäuseteilen die Umrüsteffizienz für das Servicepersonal und erlauben eine zügige Konfektionierung der Gehäuse direkt am Montageort. Somit können baugleiche explosionsgeschützte Gehäuse mit baugleichen Gehäuseteilen für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden, was die Herstellkosten wesentlich reduziert. Als besonderer Vorteil derjenigen Ausführungsform, bei der das erste Gehäuseteil mit dem Fensterelement als Wechseloptik ausgebildet ist, kann die Wechseloptik bei Verschmutzung oder Verschleiß des Fensterelements sehr flexibel und kosteneffizient getauscht werden, ohne die Staubschutzfunktion bzw. Druckdichtheit des Gehäuses zu kompromittieren. Eine bevorzugte Verwendung liegt beispielsweise in der Überwachung eines pulverförmigen oder partikelförmigen Materialstroms, bei welcher gerade die Wechseloptik besonders beansprucht und Verschmutzungen ausgesetzt ist.

Die Erfindung betrifft in einem vierten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines explosionsgeschützten Gehäuses oder Teils eines Gehäuses für Mittel zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Strahlung. Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe, indem das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Herstellen oder Bereitstellen eines Gehäusekörpers, der eine Längsachse, ein Gehäuseinneres zur Aufnahme solcher Sende- und/oder Empfangsmittel, einen im Inneren des Gehäusekörpers ausgebildeten Sitz für ein Fensterelement, und eine in Richtung der Längsachse vom Gehäusekörper vorstehende metallische Kante aufweist, insbesondere ausgebildet als Fase oder ringförmiger Vorsprung,

- Herstellen oder Bereitstellen eines Fensterelements,

- Einsetzen des Fensterelements in das Innere des Gehäusekörpers an der Seite des Sitzes, und

- Bördeln der metallischen Kante derart, dass die gebördelte Kante das Fensterelement gegen den Sitz drückt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft weitergebildet, indem vor dem Einsetzen des Fensterelements in das Innere des Gehäusekörpers ein, vorzugsweise elastisches, Dichtelement an der Seite des Sitzes eingesetzt wird, wobei das Dichtelement mittels des Bördelns in dichtende Anlage mit dem Sitz einerseits und dem Fensterelement andererseits gebracht wird.

Das Gehäuse bzw. der Gehäusekörper ist vorzugsweise nach einer der hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des ersten oder zweiten Aspekts ausgebildet und vorzugsweise zur Verwendung in einem Kit gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines explosionsgeschützten

Gehäuses einer bevorzugten Ausführung,

Figur 2 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Ausschnitts des

Gehäusekörpers gemäß Fig. 1 mit der Anordnung des Fensterelements mit Bördelung,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des

Gehäusekörpers mit der Anordnung des Fensterelements gemäß Figur 1 und 2 mit elastischem Haftmittel,

Figur 4 eine schematische Darstellung eines ersten Gehäuseteils für eine zweiteilige Ausführung des Gehäusekörpers,

Figur 5 eine schematische Darstellung der unverdeckten Fensterfläche Ay _, Figur 6a bis 6c eine schematische Übersichtsdarstellung eines explosionsgeschützten Gehäuse-Kits und

Figur 7 eine schematische Darstellung einer Aufnahme für das Gehäuse.

Figur 1 zeigt ein explosionsgeschütztes Gehäuse gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das explosionsgeschützte Gehäuse weist einen Gehäusekörper 1 auf, der zur Aufnahme von Mitteln zum Senden und/oder Empfangen 2 elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Weiterhin weist das Gehäuse ein Fensterelement 5 auf. Das Fensterelement 5 hat zwei Seiten, eine erste, dem Gehäuseinneren zugewandten Seite 7 und eine gegenüberliegenden zweite, dem Gehäuseinneren abgewandte Seite 6 (s. Fig. 2). Das Fensterelement 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise im Wellenlängenbereich 1 μητι bis 6 μιτι durchlässig.

Ein Ausschnitt des Gehäusekörpers ist in Fig. 2 dargestellt. Der Gehäusekörper 1 weist auf der zweiten Seite 6 des Fensterelements 5 eine Bördelung 1 1 auf, welche nach innen zum Fensterelement 5 hin umgebogen ist und das Fensterelement 5 in Richtung eines im Inneren des Gehäuses ausgebildeten Sitzes 13 drückt, so dass das Gehäuse, wie es in Figur 1 dargestellt als druckfestes Gehäuse und/oder als staubdichtes Gehäuse ausgebildet ist. Die Bördelung 1 1 ist vorzugsweise in dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer in Richtung einer Längsachse L vorstehenden metallischen Kante 1 1a (in Strichlinien angedeutet in Fig. 2) erzeugt worden. Die Kante 1 1a hat beispielsweise als Verjüngung, als Fase oder ringförmiger Vorsprung, vorgelegen. Vorzugsweise wird die Kante 1 1a in einem Umformvorgang mittels eines Bördelwerkzeugs in Richtung des Fensterelements 5 umgebogen. Besonders bevorzugt wird die Kante 1 1a mittels Kaltverformung umgebogen. Der Sitz 13 ist in dieser Ausführung vorzugsweise als umlaufender Auflagesteg im Inneren des Gehäusekörpers 1 angeordnet. Weiterhin zeigt Figur 2 die Ausgestaltung des Gehäuses mit der Anordnung eines elastischen Dichtungselements 12 zwischen dem Sitz 13 und der ersten Seite 7 des Fensterelements 5. Die zusätzliche oder ausschließliche Anordnung des elastischen Dichtungselements 12 zwischen der Bördelung 1 1 und der zweiten Seite 6 des Fensterelements 5 für weitere vorteilhafte Ausführungen ist nicht dargestellt. Hierbei werden mittels der Bördelung 1 1 der Gehäusekörper 1 , das Fensterelement 5 und das Dichtungselemente 12 staubdicht, sowie vorzugsweise wasser- und luftdicht, miteinander in Anlage gehalten.

Die Figur 3 stellt einen Ausschnitt des explosionsgeschützten Gehäuses entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung dar. Das Fensterelement 5 weist eine Umfangsfläche 8 auf, die sich von der ersten Seite 7 zur zweiten Seite 6 des Fensterelements 5 erstreckt, und mittels eines elastischen Haftmittels 22 am Gehäuse befestigt ist. Das elastische Haftmittel 22 ist zwischen der ersten Seite 7 des Fensterelements 5 und einem im Inneren des Gehäusekörpers 1 ausgebildeten Sitz 13, und zwischen der Umfangsfläche 8 und einer inneren Gehäusewandung des Gehäusekörpers 1 angeordnet. Das Fensterelement 5 und das elastische Haftmittel 22 verschließen das Gehäuse staubdicht, sowie vorzugsweise wasser- und luftdicht.

Das Gehäuse nach Fig. 1 ist insbesondere als druckfestes Gehäuse und/oder als staubdichtes Gehäuse ausgebildet. Hierzu ist ein Spalt 9, wie in Fig. 2, der zwischen einer inneren Wandung bzw. Innenwand 10 des Gehäusekörpers 1 im Bereich des Fensterelements 5 und dem Fensterelement 5 gebildet wird, zünddurchschlagsicher ausgebildet. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Gehäuse ein freies Innenvolumen von 35 bis 45 cm ³ auf. Der Spalt 9 weist vorzugsweise eine Mindestlänge von 6 mm und eine maximale Spaltweite von 0, 1 mm auf. Das Fensterelement 5 ist als zylindrische Scheibe ausgebildet und weist eine zylindrische Umfangsfläche auf und der Gehäusekörper 1 entsprechend eine korrespondierend ausgebildete zylindrisch geformte Ausnehmung zur Aufnahme des Fensterelements 5.

Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Gehäusekörper 1 vorzugsweise zweiteilig ausgebildet. Der Gehäusekörper 1 weist ein erstes Gehäuseteil 3 und ein zweites Gehäuseteil 4 auf, welche vorzugsweise aus Edelstahl ausgebildet sind. Im ersten Gehäuseteil 3 ist das Fensterelement 5 angeordnet. Das zweite Gehäuseteil 4 ist zur Aufnahme der Sendebzw. Empfangsmittel 2 für elektromagnetische Strahlung ausgebildet, wobei diese vorzugsweise eine Sensoreinheit 14 und Sensorsignalauswerteeinheit 15 umfassen.

Das erste Gehäuseteil 3 ist, wie in Fig. 1 und Fig. 6a dargestellt, vorzugsweise mittels einer zünddurchschlagssicheren Verbindung 20 (Fig. 6a) reversibel lösbar mit dem zweiten Gehäuseteil 4 verbunden ist. Die beiden Gehäuseteile 3, 4 in voneinander gelöstem Zustand sind in Fig. 6b und 6c dargestellt.

Die zünddurchschlagsichere Verbindung 20 wird durch ein erstes Verbindungselement 18, in Fig. 4 u. Fig. 6b als ein Innengewinde am ersten Gehäuseteil 3, und als ein korrespondierendes zweites Verbindungselement 19, hier ein Außengewinde am zweiten Gehäuseteil 4 gebildet. Das erste Gehäuseteil 3 und das zweite Gehäuseteil 4 haben eine kantenfreie, zylindrische Außenfläche. Dies erfordert zum Öffnen des Gehäuses ein Spezialwerkzeug.

Figur 5 stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform dar. Der Gehäusekörper 1 weist im Bereich des Fensterelements 5 einen zylindrischen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche A auf. Die von der Bördelung 1 1 des Fensterelements 5 unverdeckte Fensterfläche A _u ist so gewählt, dass sie 80% oder mehr der Querschnittsfläche A beträgt. Somit wird ein großer Öffnungswinkel α von vorzugsweise mehr als 90 Grad realisiert und eine kompakte Bauform ermöglicht. Die Sensoreinheit 14 mit dem Sensorelement 21 ist in der von der zweiten Seite 6 des Fensterelements 5 um H beabstandeten Empfangsebene angeordnet.

In der Ausführungsform gemäß Figur 5 sind die Sensoreinheit 14 und die Sensorsignalauswerteeinheit 15 (nicht dargestellt) dazu eingerichtet, Funken und/oder Flammen zu detektieren. Die Sensoreinheit 14 ist zu diesem Zweck dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung im Bereich von 0, 15 μιτι bis 15 μιτι zu detektieren.

Vorzugsweise ist das Fensterelement 5 entsprechend durchlässig für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 1 μητι bis 6 μιτι und besteht vorzugsweise aus Saphir.

In Figur 6 (6a bis 6c) ist schematisch der dritte Aspekt der Erfindung, ein explosionsgeschütztes Gehäuse-Kit dargestellt. Es umfasst in dieser Ausführung ein oder mehrerer explosionsgeschützte Gehäuse in zweiteiliger Ausführung des Gehäusekörpers 1 mit einem ersten Gehäuseteil 3 und einem zweiten Gehäuseteil 4, welche mittels der zünddurchschlagssicheren Verbindung 20 (s. Fig. 1 und Fig. 6a) reversibel lösbar miteinander verbunden sind. Das Gehäuse-Kit umfasst ferner mehrere als Wechseloptik ausgebildete erste Gehäuseteile 3, die in diesem modularen Konzept bereitgehalten werden. In Fig. 6a bis 6c sind exemplarisch drei hiervon Gehäuseteile 3a, 3b und 3c dargestellt. Die ersten Gehäuseteile 3a und 3b weisen ein baugleiches Fensterelement 5, mit gleichen Transmissionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung auf. Bei Verschmutzung oder Verschleiß kann die Wechseloptik 3a gegen die Wechseloptik 3b getauscht werden, da die zünddurchschlagsichere Verbindung 20 reversibel lösbar ist. Somit kann schnell und flexibel die Wechseloptik getauscht werden, bei Beibehaltung der Ausbildung des Gehäuses als druckfestes Gehäuse und/oder staubdichtes Gehäuse.

Vorzugsweise werden auch Gehäuseteile 3c mit jeweils zu den Übrigen Gehäuseteilen unterschiedlich ausgebildeten Fensterelementen als Wechseloptiken bereitgehalten. Das explosionsgeschützte Gehäuse-Kit umfasst ferner vorzugsweise mehrere zweite Gehäuseteile 4, in der dargestellten Ausführung sind nur 4a und 4c dargestellt (s. Fig. 6a bis 6c). Diese weisen vorzugsweise zu den übrigen Gehäuseteilen 4 unterschiedlich ausgebildete, Sende- bzw. Empfangsmittel 2, hier vorzugsweise 2a (s. Fig. 6b) und 2b (s. Fig. 6c) für elektromagnetische Strahlung auf. Auch diese Gehäuseteile 4, 4a, 4c lassen sich mittels der reversibel lösbaren zünddurchschlagssicheren Verbindung 20 (s. Fig. 1 und Fig. 6a) bei Bedarf austauschen bzw. durch die Messaufgabe bedingt bereits bei der Installation mit den zugehörigen ersten Gehäuseteilen 3, 3a, 3c kombinieren. Die Gehäuseteile 4, z. B. 4a und 4c werden in diesem modularen Konzept als Wechselsendeeinheiten und/oder Wechselempfangseinheiten bereitgehalten.

In Fig. 6a ist eine weitere bevorzugte Ausführung des Gehäuses dargestellt. An dem Gehäusekörper 1 , insbesondere am zweiten Gehäuseteil 4 des Gehäusekörpers 1 ist eine Anzahl von Vorsprüngen 23 ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Vorsprünge 23 gleichmäßig über den Umfang des Gehäusekörpers 1 bzw. des zweiten Gehäuseteils 4 verteilt. Die Vorsprünge 23 sind zum Eingriff in korrespondierende Kulissenführungen 24 eines Bajonettverschlusses angepasst. Mit Hilfe der Vorsprünge 23 lässt sich das Gehäuse effizient verliersicher in einer dafür vorgesehenen Aufnahme 25, wie in Fig. 7 dargestellt, installieren, wobei die Aufnahme 25 die Kulissenführungen 24 für die Vorsprünge 23 aufweist. Alternativ ist die Anzahl Vorsprünge 23 in anderen bevorzugten Ausführungsformen am ersten Gehäuseteil 3 (nicht dargestellt) ausgebildet. Ebenso kann ein einteiliger Gehäusekörper 1 eine entsprechende Anzahl von Vorsprüngen 23 an seiner Umfangsfläche aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung wird die Aufnahme 25 an dem zu schützenden Objekt derart befestigt und auf den zu schützenden Bereich ausgerichtet, dass nach Einführung des Gehäusekörpers 1 in die Aufnahme 25 der Öffnungswinkel α den zu schützenden Bereich erfasst. Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, ist mit der vorliegenden Erfindung ein explosionsgeschütztes Gehäuse für Mittel zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Strahlung sowie ein Gehäuse-Kit vorgestellt worden. Die Einfachheit der zünddurchschlagsicheren Verbindung des Fensterelements mit dem Gehäuse, sowie die Standardisierung der ersten und zweiten Gehäuseteile, welche zum flexiblen kombinieren und zum schnellen und flexiblen Austauschen bei Wartungs- und Servicearbeiten ausgebildet sind, ermöglichen eine Kostenreduzierung in der Herstellung der Komponenten und deutlich verminderten Aufwand für Wartung und Service, ohne die Schutzfunktion des Gehäuses zu kompromittieren.

Bezuqszeichenliste

I Gehäusekörper

2, 2a, 2b Sende- und/oder Empfangsmittel für elektromagnetische Strahlung

3, 3a, 3b, 3c erstes Gehäuseteil, vorzugsweise als Wechseloptik ausgebildet

4, 4a, 4c zweites Gehäuseteil

5 Fensterelement

6 Zweite Seite des Fensterelements (dem Gehäuseinneren abgewandt)

7 Erste Seite des Fensterelements (dem Gehäuseinneren zugewandt)

8 Umfangsfläche, vorzugsweise zylindrische Mantelfläche des

Fensterelements 5

9 Spalt

10 innere Wandung bzw. Innenwand des Gehäusekörpers 1

I I Bördelung

1 1a metallische Kante

12 elastisches Dichtungselement

13 Sitz

14 Sensoreinheit

15 Sensorsignalauswerteeinheit

18 Erstes Verbindungselement

19 Zweites Verbindungselement

20 Zünddurchschlagsichere Verbindung des ersten Gehäuseteils (3, 3a, 3b,

3c) mit dem zweiten Gehäuseteil (4, 4a, 4c)

21 Sensorelement und/oder Sensorarray

22 Elastisches Haftmittel

23 Vorsprünge am Gehäusekörper

A Querschnittsfläche des Gehäusekörpers 1 im Bereich des

Fensterelements 5

Au Freie unverdeckte Fläche des Fensterelements 5

L Längsachse