DE102009041612B4

DE102009041612B4 - Explosionsgeschütztes Gehäuse mit Signalisierungseinrichtung und Lichtleiteinrichtung für ein solches Gehäuse

Info

Publication number: DE102009041612B4
Application number: DE102009041612.9A
Authority: DE
Inventors: Helmut Würz; Siegfried Roll
Original assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Current assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: WO2011032997A2; WO2011032997A3; US20120281419A1; DE102009041612A1; US8820969B2

Abstract

Gehäuse (1) in der Zündschutzart druckfeste Kapselung, mit einer als Gewindebohrung ausgeführten Durchgangsöffnung in einer Wand (2) des Gehäuses, mit einer Gewindebuchse (5), mit einem klar lichtdurchlässigen Füllkörper (10), der in der Gewindebuchse (5) sitzt, die in der Gewindebohrung der Wand (2) eingeschraubt ist, wobei der Füllkörper (10) endseitig von Planflächen (12, 13) begrenzt ist, von denen sich die eine in dem Gehäuse (1) befindet und die andere von außen sichtbar ist, mit einer Sammellinse (15) vor der inneren Planfläche (13), mit einer Zerstreuungslinse (16) vor der äußeren Planfläche (12) und mit einer LED (18) vor der inneren Sammellinse (15).

Description

Bei Anlagen besteht häufig die Notwendigkeit bestimmte Betriebszustände zu signalisieren. Soweit diese Anlagen in einer normalen nicht explosionsgefährdeten Umgebung betrieben werden, geschieht dies in einfacher Weise durch Leuchtdioden, die an dem Gerät angebracht sind. Schwierig wird die Sache dann, wenn die Anlagenteile wegen einer explosionsgefährdeten Atmosphäre entsprechend gekapselt sind. Sobald die Signalisierungseinrichtung außerhalb des explosionsgeschützten Gehäuses angeordnet ist, müssen die elektrischen Leitungen in einer besonderen sehr aufwendigen Weise durch die Wand des Gehäuses hindurchgeführt werden. Der Aufwand der dabei zu betreiben ist, ist nicht unerheblich.
Günstiger wäre es die Signalisierungseinrichtung innerhalb des Gehäuses unterzubringen. Dann besteht allerdings die Problematik der Sichtbarkeit.
Es ist ferner bekannt, im ex-geschützten Gehäuse Scheiben einzubauen, durch die hindurch dahinter befindliche Messgeräte ablesbar sind. Durchsichtigen Materialien sind jedoch weniger fest als das sonstige Gehäusematerial, was sich insbesondere dann besonders störend bemerkbar macht, wenn die Fläche, die die Scheibe in Anspruch nimmt, groß ist. Je größer die Fläche der Scheibe ist, umso schwieriger wird es deren Bruchfestigkeit zu gewährleisten, damit sie dem Druck Stand hält der auftritt, wenn im Inneren des Gehäuses eine Explosion stattfindet.
Im Falle einer Leuchtdiode würde grundsätzlich ein schlanker Stab aus transparentem Material genügen, damit die Leuchtdiode von außen her sichtbar wird. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch der geringe Winkel, unter dem Licht austritt. Außerdem ist hierbei störend, dass das von der Leuchtdiode ausgehende Licht divergent abgestrahlt wird. Solches Licht würde an der zylindrischen Außenfläche des stabförmigen Lichtleiters nur zum Teil totalreflektiert werden. Ein Großteil würde dort absorbiert werden. Dementsprechend schlecht ist die Lichtausbeute.
DE 20 2004 004 666 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung der Beleuchtung in einem geschlossen zu haltendem Raum. In einer Hülse wird ein Lichtleitkabel aus einem Bündel von Lichtleitfasern angeordnet. Die Lichtleitfasern sind einerseits mit einem Lichtaufnehmer und andererseits mit einer Anzeige verbunden, die jeweils von einer Linse gebildet sind. An beiden Enden ist ein Abdeckrahmen aufgeschraubt, um die Anordnung an einer Wand zu befestigen. Eine explosionsgeschützte Vorrichtung ist nicht beschrieben.
DE 103 129 50 A1 beschreibt eine Kraftfahrzeugleuchte. Das Licht von Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden, kann über Lichtleiter zu einer Lichtaustrittstelle gelenkt werden. Eine explosionsgeschützte Vorrichtung und insbesondere eine explosionsgeschützte Durchführung einer Lichtleiteinrichtung durch eine Gehäusewand ist nicht beschrieben.
Eine explosionsgeschützte Leuchte mit zwei voneinander separaten Gehäusen beschreibt DE 78 13 602 U1 . Die beiden Gehäuse sind über ein Lichtleitkabel miteinander verbunden. Auch aus diesem Dokument ist es nicht bekannt, wie das Lichtleitkabel explosionsgeschützt durch die Wände der beiden Gehäuse geführt werden kann.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zu schaffen, bei der eine Leuchtdiode aus einem relativ großem Winkelbereich sichtbar ist und wenig Licht beim Durchtritt verloren geht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das druckfest gekapselte Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine Lichtleiteinrichtung für ein solches Gehäuse nach Anspruch 8 gelöst.
Das neue Gehäuse weist in einer Wand eine Durchgangsöffnung auf. In dieser Durchgangsöffnung sitzt ein Füllkörper aus einem glasklaren Material. Der Füllkörper ist an beiden Enden mit Planflächen versehen. Vor der dem Gehäuseinneren zugekehrten Planfläche befindet sich eine Sammellinse, während neben der außen befindlichen Planfläche eine Zerstreuungslinse vorgesehen ist.
Aufgrund der auf der Gehäuseinnenseite angeordneten Sammellinse wird ein großer Teil des divergent abgestrahlten Lichts in einen Lichtstrahl mit parallelen Strahlen umgewandelt. Licht, das ohne die Sammellinse gegen die Außenfläche des Füllkörpers gestrahlt würde und dort absorbiert würde, gelangt aufgrund der Sammellinse in das Innere des Füllkörpers und kann ohne Reflexion an Grenzflächen nach außen übertragen werden.
Die auf der Außenseite angeordnete Zerstreuungslinse sorgt nun wiederum dafür, dass das aus parallelen Lichtstrahlen bestehende Lichtbündel aufgefächert wird, damit ein großer Betrachtungswinkel zustande kommt.
Durch die Kombination der Sammellinse mit der Zerstreuungslinse wird quasi die Leuchtdiode zur Außenseite des Füllkörpers hin verlagert.
Die Öffnung in dem Gehäuse kann eine Gewindebohrung sein und der Füllkörper in einer Gewindebuchse sitzen. Er kann dort eingeklebt sein.
Der Füllkörper hat eine zylindrische Gestalt, was den Einbau in der Buchse besonders vereinfacht. Der Durchmesser des Füllkörpers kann so gewählt werden, dass insgesamt eine große Festigkeit entsteht, die der Festigkeit der angrenzenden Wand vergleichbar ist.
Sowohl die Sammellinse als auch die Zerstreuungslinse können an dem Füllkörper stoffschlüssig angefügt sein oder fügeflächenfrei mit diesem zusammen hergestellt sein.
Günstige optische Verhältnisse können sich ergeben, wenn sowohl die Sammellinse als auch die Zerstreuungslinse aspherische rotationssymmetrische Linsen sind, d. h. vorzugsweise können sie Paraboloidform haben.
Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
Die nachfolgende Figurenbeschreibung erläutert Aspekte zum Verständnis der Erfindung. Weitere nicht beschriebene Details kann der Fachmann in der gewohnten Weise den Zeichnungen entnehmen, die insoweit die Figurenbeschreibung ergänzen.
Die nachfolgenden Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstäblich. Zur Veranschaulichung von Details können möglicherweise bestimmte Bereiche übertrieben groß dargestellt sein. Darüber hinaus sind die Zeichnungen plakativ vereinfacht und enthalten nicht jedes bei der praktischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail. Die Begriffe ”oben” und ”unten” bzw. ”links” und ”rechts beziehen sich auf die Darstellung in den Figuren.
1 zeigt ein explosionsgeschützes Gehäuse mit Blick auf dessen Frontseite.
2 zeigt den Aufbau der Signalisierungseinrichtung im Längsschnitt.
1 zeigt ein explosionsgeschützes Gehäuse 1, das eine dem Betrachter zugekehrte Frontseite oder Frontplatte 2 aufweist. Die Frontplatte ist mit insgesamt vier Schrauben 3 an dem Gehäusekorpus befestigt, der sich unmittelbar hinter der Frontplatte 2 erstreckt.
In der Frontplatte 3 sitzt eine Signalisierungseinrichtung 4 deren Aufbau anhand von 2 nachstehend erläutert ist.
Die Signalisierungseinrichtung 4 weist eine Gewindebuchse 5 auf, die eine zylindrische Stufenbohrung 6 enthält. Die Stufenbohrung 6 wechselt an einer planen Schulter 7 den Durchmesser. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Schulter 6 zum Gehäuseinneren zeigt, d. h. der zur Frontseite hin liegende Abschnitt weist einen kleineren Durchmesser auf als der zur Gehäuseinnenseite liegende Abschnitt. Außerdem ist der zur Gehäuseinnenseite liegende Abschnitt in der Länge deutlich größer bemessen.
Die Gewindebuchse 5 ist an der Außenseite mit einem durchgehenden Gewinde 8 versehen, mit dem sie in eine entsprechende Durchgangsbohrung der Frontplatte 2 eingeschraubt ist. Das Gewinde 8 bildet mit dem Gewinde in der Frontplatte 2 ein explosionsgeschützes Gewinde.
In der Stufenbohrung 6 sitzt ein Glaskörper 10. Der Glaskörper 10 besteht aus einem klar lichtdurchlässigen Material, beispielsweise Glas oder einem entsprechenden Kunststoff, beispielsweise Acryl oder Polycarbonat.
Der Glaskörper 10 ist als im Wesentlichen rotationssymmetrischer Körper ausgebildet und gliedert sich in ein Mittelstück 11, das zu der Schulter 7 an einer gedachten Planfläche 12 und zum Gehäuseinneren zu einer gedachten Planfläche 13 erstreckt. Der Außendurchmesser des Mittelstücks 11 entspricht dem Innendurchmesser des Abschnitts der Durchgangsbohrung 6 mit dem größeren Durchmesser. Die Planfläche 12 liegt an der Schulter 7 an, während die Planfläche 13 mit den betreffenden benachbarten Enden der Gewindebuchse 5 bündig ist.
Auf der Planfläche 13 ist eine Sammellinse 14 ausgebildet, deren optische Achse mit der Längsachse des zylindrischen Mittel- oder Zwischenstücks 11 zusammenfällt. Die Sammellinse 14 kann eine sphärische Linse sein oder eine asphärische Linse mit einer Paraboloidgestalt sein. Letztere Ausgestaltung ist aus optischen Gründen vorteilhaft.
Auf der Planfläche 12 befindet sich eine Zerstreuungslinse 16, deren optische Achse mit der optischen Achse 14 des Systems zusammenfällt. Auch die Zerstreuungslinse 16 kann eine sphärische oder eine asphärische Linse mit einer Paraboloidfläche sein.
Die beiden Linsen 15 und 16 können mit dem Mittelstück 11 an dessen Planflächen verklebt bzw. verkittet sein oder auch mit diesem ohne weitere Fügeflächen einstückig ausgeführt sein. Die fügeflächenfreie Ausgestaltung gestattet es den gesamten Glaskörper 10 in einem Stück zu spritzen.
Wie sich aus der Figur weiter ergibt hat die Stufenbohrung 6 an die Anschluss an die Schulter 7 zur Außenseite hin eine Länge entsprechend der Baulänge der Zerstreuungslinse 16. Diese steht somit über die Stirnseite der Gewindebuchse 5 nicht über.
Der Glaskörper 10 ist in die Stufenbohrung 6 eingeklebt. Aufgrund der Verklebung und des Zusammenwirkens der Planfläche 12 mit der Schulter 7 ergibt sich eine sehr wirksame Befestigung des Glaskörpers 10 in der Gewindebuchse 5. Eine Explosion im Inneren des explosionsgeschützten Gehäuses 1 vermag den Glaskörper 10 nicht aus der Gewindebuchse 5 heraus zu schleudern.
Da der Durchmesser des Glaskörpers 10 sehr klein ist, braucht kein besonders festes Material verwendet zu werden. Insbesondere ist es von Vorteil wenn der Durchmesser des Zentralbereiches 11 kleiner ist als dessen Länge.
Die Bemessung der Brennweiten der beiden Linsen 15 und 16 ergibt sich aus der nachfolgenden Funktionsbeschreibung.
Die Sammellinse 15 hat eine verhältnismäßig kurze Brennweite. In ihrem bei 17 angedeuteten Brennpunkt befindet sich eine Leuchtdiode 18.
Die Leuchtdiode 18 strahlt in einem Azimutwinkel dessen Grenzen durch Randstrahlen 20 und 21 symbolisiert sind, Licht aus. Dieses Licht fällt auf die Sammellinse 15 und wird dort zu einem parallelen Strahlenbündel, dass durch den Zentralabschnitt 11 im Wesentlichen ungeschwächt hindurchtritt. Das Licht gelangt als paralleles Lichtbündel zu der optisch wirksamen Fläche der Zerstreuungslinse 16, die das Lichtbündel wieder in ein divergentes Lichtbündel auffächert.
Je kürzer die Brennweite der Zerstreuungslinse 16 ist, umso größer ist der Winkel, den die beiden Randstrahlen 20 und 21 nach dem Austritt aus der Linse 16 aufweisen.
Die Zerstreuungslinse 16 weist einen virtuellen Brennpunkt auf, der bei 22 eingezeichnet ist und der in der Nähe der Planfläche 12 liegt.
Licht, das außerhalb der beiden Randstrahlen 20 und 21 von der Leuchtdiode 18 ausgesandt wird, geht verloren und ist außen nicht sichtbar. Allerdings ist das Licht, das die Leuchtdiode 17 zwischen den Randstrahlen 20 und 21 aussendet der größte Anteil, wenn die Leuchtdiode eine entsprechende Strahlungskeule zeigt.
Wie sich aus der Darstellung der 2 unschwer ergibt, wird bei der entsprechenden Strahlungskeule der Leuchtdiode 18 praktisch das gesamte ausgesendete Licht durch den Glaskörper 10 hindurch zur Außenseite des Gehäuses geleitet um dort wiederum als divergentes Lichtbündel abgestrahlt zu werden. Aufgrund der Optik ist die Leuchtdiode 18 scheinbar in den Brennpunkt 22 der Zerstreuungslinse 16 verschoben.
Aufgrund der verwendeten Optik wird praktisch das gesamte von der Leuchtdiode 18 ausgesendete Licht auch zur Signalisierung an der Frontseite des explosionsgeschützen Gehäuses bereit gestellt. Aufgrund der Divergenz des Lichtes an dieser Stelle ist das Licht auch aus einem sehr großen Winkelbereich, d. h. sehr weit abliegend von der optischen Achse 14 zu erkennen.
Die Darstellung lässt auch erkennen, dass das Bauteil mit dem die Signalisierung nach außen erfolgt sehr einfach gestaltet ist und keinerlei elektrische Durchführungen benötigt. Die Anordnung kann in praktisch jede Gewindebuchse eingesetzt werden, die in dem Ex-Gehäuse vorhanden ist, beispielsweise auch in die Gewindebohrungen, durch die normalerweise explosionsgeschützte Kabel in das Gehäuse eingeführt werden.
Die gezeigte Anordnung eignet sich in gleicher Weise für Gehäuse mit Sandkapselung wenn sichergestellt ist, dass in den Raum zwischen der Leuchtdiode und der Sammellinse 15 kein Sand gelangen kann. Da die Sammellinse 15 eine sehr kurze Brennweite hat, kann hier ohne weiteres ein entsprechender Freiraum bereit gehalten werden, beispielsweise in dem dort noch ein zusätzliches kegelförmiges Gehäuse bereit gehalten wird, in das von einem Ende die Leuchtdiode und vom anderen Ende die Sammellinse eintaucht. Das entstehende Volumen ist so klein, dass die Sandkapselung hierdurch nicht beeinträchtigt wird.
Die Wände eines solchen gedachten Gehäuses entsprechen dem Verlauf der eingezeichneten Randstrahlen 20 und 21 zwischen der Leuchtdiode 18 und der Planfläche 13.
Ein explosionsgeschützes Gehäuse enthält eine Gewindeöffnung. In der Gewindeöffnung sitzt eine Gewindebuchse, die in ihrem Inneren einen Glaskörper enthält. Der Glaskörper ist auf der Außenseite mit einer Zerstreuungslinse und auf der Innenseite mit einer Sammellinse versehen. Im Brennpunkt der Sammellinse sitzt eine Leuchtdiode. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das innerhalb des Auffangbereiches der Sammellinse anfallende Licht in paralleles Licht umgewandelt wird, das durch den Glaskörper zur Zerstreuungslinse hin gelangt. Durch die Zerstreuungslinse wird das parallele Lichtbündel wieder in ein divergentes Lichtbündel umgewandelt, so dass das austretende Licht aus einem großen Winkelbereich sichtbar ist.

Claims

Gehäuse (1) in der Zündschutzart druckfeste Kapselung, mit einer als Gewindebohrung ausgeführten Durchgangsöffnung in einer Wand (2) des Gehäuses, mit einer Gewindebuchse (5), mit einem klar lichtdurchlässigen Füllkörper (10), der in der Gewindebuchse (5) sitzt, die in der Gewindebohrung der Wand (2) eingeschraubt ist, wobei der Füllkörper (10) endseitig von Planflächen (12, 13) begrenzt ist, von denen sich die eine in dem Gehäuse (1) befindet und die andere von außen sichtbar ist, mit einer Sammellinse (15) vor der inneren Planfläche (13), mit einer Zerstreuungslinse (16) vor der äußeren Planfläche (12) und mit einer LED (18) vor der inneren Sammellinse (15).
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (10) eine zylindrische Gestalt aufweist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (15) mit dem Füllkörper (10) stoffschlüssig oder fügeflächenfrei verbunden ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstreuungslinse (16) mit dem Füllkörper (10) stoffschlüssig oder fügeflächenfrei verbunden ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (10) aus mineralischem Glas oder Kunststoff besteht.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (10) in der Gewindebuchse (5) eingeklebt ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (15, 16) sphärische oder asphärische Linsen sind.
Lichtleiteinrichtung für ein explosionsgeschütztes Gehäuse (1), mit einer Gewindebuchse (5) und mit einem klar lichtdurchlässigen Füllkörper (10), der in der Gewindebuchse (5) sitzt, die zum Einsetzen in einer Gewindebohrung einer Wand (2) des Gehäuses (1) bestimmt ist, wobei der Füllkörper (10) endseitig von Planflächen (12, 13) begrenzt ist, von denen sich im eingesetzten Zustand der Lichtleiteinrichtung im Gehäuse (1) die eine, innere Planfläche (13) in dem Gehäuse (1) befindet und die andere, äußere Planfläche (12) von außen sichtbar ist, mit einer Sammellinse (15) vor der inneren Planfläche (13), mit einer Zerstreuungslinse (16) vor der äußeren Planfläche (12).