DE19826911C2 - Verfahren zur Führung von im Innern eines Gehäuses gebildeten Explosionsgasen durch zünddurchschlagsicher ausgebildete Spalte und explosionsgeschütztes Gehäuse - Google Patents
Verfahren zur Führung von im Innern eines Gehäuses gebildeten Explosionsgasen durch zünddurchschlagsicher ausgebildete Spalte und explosionsgeschütztes GehäuseInfo
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- DE19826911C2 DE19826911C2 DE1998126911 DE19826911A DE19826911C2 DE 19826911 C2 DE19826911 C2 DE 19826911C2 DE 1998126911 DE1998126911 DE 1998126911 DE 19826911 A DE19826911 A DE 19826911A DE 19826911 C2 DE19826911 C2 DE 19826911C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Führung von im
Innern eines explosionsgeschützten Gehäuses gebildeten
Explosionsgasen durch konstruktiv bedingte, nach den Anfor
derungen für druckfest gekapselte Gehäuse zünddurchschlag
sicher ausgebildete Spalte mit zueinander parallelen Spalt
oberflächen. Die Erfindung betrifft ferner ein explosions
geschütztes Gehäuse mit konstruktiv bedingten, nach den
Anforderungen für druckfest gekapselte Gehäuse zünddurch
schlagsicher ausgebildeten Spalten mit im wesentlichen
zueinander parallelen Spaltoberflächen zur Durchführung des
Verfahrens.
Zur Verhinderung von Explosionen in explosionsgefährdeten
Bereichen ist es bekannt, besondere Maßnahmen vorzusehen,
die verhindern, daß der explosionsgefährdete Bereich von
einer Explosion erfaßt wird. Dies kann dadurch geschehen,
daß beispielsweise bei elektrischen Geräten durch Steuerung
der dabei wirksamen Energien dafür gesorgt wird, daß eine
Zündung der potentiell explosiblen Atmosphäre nicht
erfolgt. In vielen Fällen läßt sich aufgrund der Natur des
Gerätes, beispielsweise bei der Verwendung einer Flamme
oder bei energiereicheren elektrischen Anlagen, nicht ver
meiden, daß es zu einer Explosion kommen kann. In diesem
Fall wird das Gerät durch sein Gehäuse druckfest gekapselt,
also dafür gesorgt, daß durch das druckfeste Gehäuse die
Explosion im Innern des Gehäuses bleibt und nicht in den
explosionsgefährdeten Außenbereich gelangt. Ein derartiges
Gerätegehäuse muß in aller Regel geöffnet werden können
oder es müssen Leitungen oder bei einem elektrischen Motor
eine Welle nach außen geführt werden. In allen Fällen ent
stehen Spalte, die so ausgebildet sein müssen, daß sie eine
etwaige Explosionsflamme im Innern des Gehäuses löschen und
abkühlen, bevor die entsprechenden Explosionsgase in den
Außenraum gelangen und dort etwaige explosible Gase zünden.
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Sicherheit für die
Vermeidung des Austritts von Explosionen in den Außenraum
eines druckfest gekapselten Gehäuses spielen die Parameter
Spaltlänge und Spaltweite eine entscheidende Rolle. Die
Spalte müssen so eng und so lang bemessen sein, daß eine
Flamme der Gasexplosion gelöscht wird und die nachfolgenden
Rauchgase der Explosion ausreichend abgekühlt nach außen
strömen, um eine Wiederzündung im Außenbereich zu verhin
dern. Die genannten Vorschriften sehen auch detaillierte
konstruktive Ausführungen der Flammenlöschspalte vor. Für
die konstruktive Verlängerung der Spaltlänge können dabei
Labyrinthspalte, z. B. am Austritt einer Welle, zur Anwen
dung kommen, die sich jedoch nur außerordentlich aufwendig
realisieren lassen.
Die bekannte Variation von Spaltlänge und Spaltweite, also
die Ausbildung möglichst enger und möglichst langer Spalte,
stößt im Einzelfall auf erhebliche konstruktive Schwierig
keiten, die zu einer erheblichen Verteuerung des Gerätes
führen. Sollte sich bei der experimentellen Prüfung eines
Gerätes herausstellen, daß die vorgesehenen Spaltlängen und
Spaltweiten keine ausreichende Sicherheit gegen austretende
Explosionen gewährleisten, muß der getestete Prototyp
umkonstruiert und noch aufwendiger gestaltet werden.
Der Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde,
Verbesserungen der Konstruktionen der Gehäuse von explo
sionsgeschützten Geräten zu ermöglichen, die sich nicht in
der Veränderung der Parameter Spaltlänge und Spaltweite
erschöpfen.
Durch DE-GM 18 72 456 und DE-GM 17 68 265 ist es bekannt, einen
Spalt zwischen einem Gehäuseunterteil und einem Deckel eines
druckfest gekapselten Gehäuses mit wenigstens einer Umlenkung
labyrinthartig auszubilden, um dadurch einerseits die Spaltlänge
zu vergrößern und andererseits eine relative Unanfälligkeit des
gebildeten Spaltes gegen eine geringe Abhebebewegung des Deckels
von dem Gehäuseunterteil beim Auftreten eines Explosionsdruckes zu
gewährleisten. Letzteres wird dadurch ermöglicht, dass ein Teil
der Spaltlänge in Richtung der Abhebebewegung des Deckels
verläuft, sodass durch die geringe Abhebebewegung keine Spalter
weiterung in diesem Teil auftritt, sondern lediglich eine ge
ringfügige Verkürzung der wirksamen Spaltlänge, die konstruktiv
berücksichtigt werden kann.
DE-AS 10 62 306 und DBP 10 57 197 offenbaren Spaltausbildungen mit
durch den Explosionsdruck beweglichen Teilen in Form einer oder
mehrerer Dichtleisten oder nachgiebiger Zungen, wodurch erreicht
werden soll, dass durch den auftretenden Explosionsdruck die
nachgiebigen Teile gegen eine Spaltwand oder gegeneinander
gedrückt werden, um so den Spalt beim Auftreten des Explo
sionsdruckes zur Verhinderung des Durchfliegens heißer Metall
partikel zu verschließen. Das Durchtreten von heißen Metallpar
tikeln soll gemäß DBP 10 57 197 ferner dadurch gelöst werden, dass
in die den Spalt bildenden Wände zum Spalt hin offene Nuten
eingebracht werden, deren in Strömungsrichtung hinten liegende
Nutwände einen spitzen Winkel mit der Strömungsrichtung bilden, um
so durchfliegende heiße Metallpartikel einzufangen.
Der Erfindung liegt auch die Problemstellung zugrunde, verbesserte
Konstruktionen der Gehäuse von explosionsgeschützten Geräten
anzugeben, die sich konstruktiv einfach realisieren lassen und
eine Verbesserung der Wirkung der Spalte ermöglichen.
Ausgehend von dieser Problemstellung ist ein Verfahren der ein
gangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass
die Menge der in die Spalte eintretenden Gase durch Strö
mungsteiler im Innern oder durch mit Flammensperren versehenen
Entlastungsöffnungen vermindert wird und/oder die Strömung der
durch den Spalt hindurchtretenden Gase durch Ausbildung einer
Gegenströmung oder einer verwirbelten Strömung im Spalt behindert
wird, und/oder die aus dem Spalt in den Außenraum austretenden
Gase durch eine gegenüber der Spaltfläche vergrößerte Außenfläche
verteilt werden und/oder die durch den Spalt hindurchtretenden
Gase ganz oder teilweise durch gasdurchlässige abkühlende Körper
geleitet werden.
Die Erfindung beruht auf der durch intensive Untersuchungen ge
fundenen Erkenntnis, daß die die Explosionsfortpflanzung unter
drückende Wirkung eines Spaltes durch konstruktive Ausbildungen
des Spaltes und/oder des Gehäuses verbessert werden kann, so daß
eine gleiche Sicherheit auch mit einer größeren Spaltweite oder
geringeren Spaltlänge erzielbar ist, wodurch die Anforderungen an
Toleranzen o. dgl. vermindert und daher der Produktionsaufwand
erheblich herabgesetzt werden kann. Insbesondere ermöglicht die
vorliegende Erfindung, eine bestehende, sich nicht als ausreichend
herausgestellte Konstruktion durch Zusatzmaßnahmen, insbesondere
Zusatzteile, so zu verbessern, daß die erforderliche Sicherheit
gewährleistet ist.
Die Maßnahmen zur Verminderung der Menge der in die Spalte ein
tretenden Gase kann erfindungsgemäß durch einen den Spalt zum
Innenraum hin begrenzenden, in den Innenraum ragenden Strömungs
teiler erfolgen, der auf seiner dem Spalt abgewandten Seite ge
genüber der betreffenden Gehäusewand hervorsteht. Der Strömungs
teiler ist dabei vorzugsweise mit einer Spitze ausgebildet und
Falle einer Explosion eine Explosionsfront auf den Spalt
zuläuft, die eine lokale Druckerhöhung beinhaltet. Durch
einen Strömungsteiler wird dafür gesorgt, daß ein Teil der
auf den Spalt zulaufenden Explosionsfront vom Spalt wegge
leitet wird und sich so im Innern des Gehäuses verläuft.
Dieser Effekt kann noch dadurch unterstützt werden, daß das
den Spalt gegenüberliegend von dem Strömungsteiler begren
zende Bauelement gegenüber der Spaltanordnung zurücksprin
gend angeordnet ist. Im Extremfall ist der Spalt auch auf
der anderen Seite mit einem Strömungsteiler begrenzt. Die
durch die genannten Anordnungen reduzierte Gasmenge läßt
sich naturgemäß mit einem Spalt löschen und abkühlen, der
geringeren Anforderungen entspricht als ein Spalt, der die
gesamte Gasmenge der auf ihn treffenden Explosionsfront
transportieren muß. Besonders schädlich ist bei vorbekann
ten Spaltanordnungen eine häufig vorgesehene Entgratungs
fase, die die von der Explosionsfront in den Spalt gedrück
te Gasmenge noch erhöht.
Die Reduzierung der durch den Spalt zu löschenden und abzu
kühlenden Gasmenge kann auch dadurch erfolgen, daß in der
Gehäusewand Entlastungsöffnungen vorgesehen sind, durch die
Gas aus dem Innern des Gehäuses in den Außenraum austreten
kann. Derartige Entlastungsöffnungen können mit fest einge
setzten Flammensperren, meist aus porösem, gut wärmeleiten
den Material, unproblematisch so ausgebildet werden, daß
sie Flammen und Explosionsgase sicher löschen bzw. abküh
len. Die wesentlich problematischere konstruktive Ausbil
dung von flammenlöschenden Spalten, die als Flächenspalte
oder Ringspalte für Wellendurchführungen o. ä. ausgebildet
sind, können dementsprechend wesentlich vereinfacht werden.
Ein wirksames Mittel zur Behinderung der Strömung der durch
den Spalt hindurchtretenden Gase kann dadurch erfolgen, daß
wenigstens ein in Strömungsrichtung des Spaltes verlaufen
der geschlossener Kanal vorgesehen ist, der über einen
gegen die Strömungsrichtung des Spaltes gerichteten Verbin
dungskanal in den Spalt mündet. Durch diese Anordnung wird
im Spalt eine Gegenströmung verursacht, die naturgemäß den
Transport durch den Spalt nach außen verlangsamt und so
einen intensiveren Kontakt zwischen Explosionsgasen und der
abkühlenden Gehäusewand bewirkt. Ist der Spalt ein ringför
miger Wellendurchtrittsspalt, sollten über den Umfang des
ringförmigen Wellendurchtrittsspalts wenigstens drei Kanäle
in dieser Weise angeordnet sein. Selbstverständlich ist es
auch denkbar, die Kanäle als einen äußeren, geschlossenen
Ringspalt auszubilden, der über Verbindungsbohrungen mit
dem Wellendurchtrittsspalt verbunden ist.
Eine weitere konstruktive Maßnahme zur Behinderung der
Strömung der durch den Spalt hindurchtretenden Gase kann in
der Strukturierung wenigstens einer Spaltoberfläche des
Spaltes bestehen, um dadurch die Gasströmung zu verwirbeln
und einen intensiveren Kontakt zwischen dem Gas und der
kühlenden Spaltoberfläche zu erzielen.
Die Verteilung der aus dem Spalt in den Außenraum austre
tenden Gase auf eine gegenüber der Spaltfläche vergrößerte
Außenfläche gelingt beispielsweise dadurch, daß der Spalt
ausgangsseitig mit einem erweiterten Querschnitt, vorzugs
weise konisch erweiterten Querschnitt, abgeschlossen ist.
Die gegenüber der Außenatmosphäre heißeren Gase, die den
Spalt verlassen, werden dadurch auf ein größeres Gasvolumen
verteilt als bei der herkömmlichen, bis zum Ausgangsende
parallelen Spaltausbildung. In dem größeren Gasvolumen
reduziert sich durch Mischung mit der Außenatmosphäre
naturgemäß die mittlere Temperatur, so daß die Gefahr einer
Wiederzündung im Außenraum reduziert wird.
Auf einem ähnlichen Effekt beruht die Maßnahme, bei einem
Wellendurchtrittsspalt eine rotierende Spaltoberfläche des
Wellendurchtrittsspalts mit der Mantelfläche eines mit der
Welle zu einem Bauteil verbundenen ringförmigen Ansatzes zu
bilden. Hierdurch wird erreicht, daß der Ringspalt einen
größeren Durchmesser als die Welle aufweist, so daß die
durch den Spalt tretenden Gase auch auf ein größeres Volu
men in der Außenatmosphäre verteilt werden.
Die Herabsetzung der Zündfähigkeit der durch den Spalt hin
durchtretenden Gase gelingt beispielsweise dadurch, daß der
Spalt teilweise durch einen porösen, einen Gasdurchtritt
erlaubenden Körper, vorzugsweise aus gut wärmeleitendem
Material, begrenzt ist. Dadurch kann erreicht werden, daß
ein Teil der durch den Spalt hindurchtretenden Gase den
porösen Körper durchläuft und dabei abgekühlt wird. Es ist
aber auch möglich, den porösen Körper so anzuordnen, daß
das gesamte Gas, das durch den Spalt hindurchtritt, auch
den porösen Körper durchläuft und so eine zusätzliche
Abkühlung erfährt.
Eine Herabsetzung der Zündfähigkeit der durch den Spalt
hindurchtretenden Gase kann auch durch eine katalytisch
wirksame Ausbildung wenigstens einer der Spaltoberflächen
erzielt werden. Dabei kann die katalytische Ausbildung
nicht nur durch eine katalytische Beschichtung der Spalt
oberfläche sondern auch durch die Ausbildung des porösen
Körpers aus katalytischem Material realisiert werden. Durch
die katalytische Beschichtung können reaktive Gruppen der
Explosionsgase rekombinieren, also "nachverbrennen", so daß
aus dem Spalt überwiegend inerte Reaktionsprodukte austre
ten, also die Gefahr einer die Zündung im Außenraum hervor
rufenden exothermen Reaktion herabgesetzt wird. Da bei die
ser Ausbildung des Spaltes exotherme Reaktionen innerhalb
des Spaltes ablaufen, muß darauf geachtet werden, daß die
aus dem Spalt austretenden Gase ausreichend abgekühlt wer
den, beispielsweise durch Nachschaltung eines porösen Kör
pers zur Durchführung dieser Abkühlung.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen beruhen somit alle auf der
Beeinflussung der Strömung der Gase oder der Gase selbst
beim Eintritt in den Spalt, während der Strömung innerhalb
des Spaltes und/oder beim Austritt aus dem Spalt. Die
genannten Maßnahmen können einzeln realisiert werden.
Bevorzugt wird es aber sein, mehrere dieser Maßnahmen mit
einander zu kombinieren, um die erzielbare Sicherheit zu
vergrößern.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 - einen Schnitt durch einen Elektro
motor in einem druckfest gekapselten
Gehäuse
Fig. 2 bis 7 - Detail-Schnittdarstellungen für
Spaltausbildungen mit einem in den
Innenraum ragenden Strömungsteiler
Fig. 8 - eine Schnittdarstellung eines Spaltes
mit Entlastungsöffnungen
Fig. 9 - eine Schnittdarstellung für einen
ringförmigen Wellenabdichtspalt mit
einem Kanal zur Ausbildung einer
Gegenströmung
Fig. 10 - eine Schnittdarstellung mit einer
schematisch dargestellten Strukturie
rung der Spaltoberflächen zur Verwir
belung der Strömung innerhalb der
Spalte
Fig. 11 bis 13 - Ausführungsformen für an der Aus
trittsseite erweiterte Spalte
Fig. 14 und 15 - gegenüber dem Wellendurchmesser nach
außen verlegte Wellenabdichtspalte
Fig. 16 bis 19 - durch poröse, gasdurchlässige Körper
gebildete Bypass-Wege für einen Spalt
Fig. 20 bis 22 - Anordnungen von porösen, gasdurch
lässigen Körpern als von der gesamten
Gasmenge durchströmte Eingänge und
Ausgänge von Spalten
Fig. 23 - eine Ausbildung eines porösen
gasdurchlässigen Körpers mit einer
Kugelschüttung
Fig. 24 - eine Ausbildung eines Wellendicht
spalts unter Realisierung einer
Kombination mehrerer Maßnahmen
Fig. 1 zeigt ein druckfest gekapseltes Gehäuse 1, das ei
nen aus Rotor 2 und Stator 3 bestehenden Elektromotor bein
haltet. Der Rotor 2 ist mit Wellen 4 beidseitig aus dem
druckfest gekapselten Gehäuse 1 herausgeführt. Zur Heraus
führung der Welle 4 bildet das Gehäuse einen Spalt 5 in
Form eines Wellenabdichtspaltes zwischen der Welle 4 und
einem Lagerschild 6, das über einen Flachspalt 7 an dem
Gehäuse 1 anliegt und mit diesem beispielsweise verschraubt
ist. Das Lagerschild 6 trägt ein Kugellager 8 zur Führung
der Welle 4.
Das Gehäuse ist mit einem aufgesetzten Anschlußkasten 9
versehen an dem ebenfalls Flachspalte 7 ausgebildet sind.
Rotor 2 und Stator 3 befinden sich im Innenraum 10 des
Gehäuses 1, der über einen Kabelkanal 11 mit dem Innenraum
des Anschlußkastens 9 verbunden ist.
Die nachfolgenden Zeichnungsfiguren befassen sich mit der
Ausbildung der Spalte 5, 7. Die zwischen feststehenden Ge
häuseteilen ausgebildeten Spalte 7 können als flache und/oder
konzentrische Spalte ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt einen rechtwinklig abgewinkelten Spalt 7 zwi
schen zwei feststehenden Teilen des Gehäuses 1. Zum Innen
raum 10 hin ist der Spalt auf einer Seite mit einem in den
Innenraum 10 ragenden Strömungsteiler 13 ausgestattet, der
als Spitze ausgebildet ist und mit einer schräg verlaufen
den Seite 14 in die zugehörige Gehäusewand einmündet. Fig.
2 zeigt schematisch, daß eine gegen den Spalt 7 laufende
Explosionsfront 15 durch den Strömungsteiler 13 aufgeteilt
wird, so daß ein Teil der Gase der Explosionsfront 15 auf
der schräg verlaufenden Seite 14 abgeleitet wird und sich
so im Innenraum 10 verläuft, also nicht in den Spalt 7
gelangt.
Eine ähnliche Ausführungsform zeigt Fig. 3, bei der die
dem Strömungsteiler 13 gegenüberliegende Wand des Spaltes 7
den Verlauf der schrägen Seite 14 fortsetzt und so eine
Ausnehmung 16 bildet, durch die die zugehörige Seitenwand
somit gegenüber dem Spalt 7 zurückspringt, wodurch die Auf
teilung der Gase der Explosionsfront 15 noch unterstützt
wird.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, das
wirkungsmäßig mit dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungs
beispiel übereinstimmt, ist der Spalt 7 mit Abstand zu der
dem Strömungsteiler 13 gegenüberliegenden Innenwand ange
ordnet, so daß die Innenwand aus diesem Grund gegenüber dem
Spalt 7 zurückspringend ausgebildet ist.
Fig. 5 zeigt eine durch ein Gehäuse 1 hindurchgeführte
Welle 4 mit einem ringförmigen Wellendichtspalt 5. Auch der
Spalt 5 ist mit einem Strömungsteiler 13 zur Innenseite 10
des Gehäuses 1 hin abgeschlossen, so daß die anlaufenden
Explosionsfronten 15 die oben erläuterte Aufteilung erfah
ren. Der Strömungsteiler 13 ist dabei ringförmig ausgebil
det, mit einer die Spaltoberfläche des Gehäuses 1 fortset
zenden Innenwand und einer schräg nach außen zur Gehäuse
wand 1 verlaufenden Außenseite 14.
Die Fig. 6 zeigt die Realisierung einer Ausnehmung 16, die
in diesem Fall an der Welle 4 erfolgt ist und mit der die
schräge Seite 14 im Bereich der Welle 4 etwas fortgesetzt
ist, um die Aufteilung der Explosionsfront 15 zu begünsti
gen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 erfolgt der glei
che Effekt analog zu der Ausführungsform gemäß Fig. 4, in
dem der Spalt 5 durch einen entsprechenden Ansatz 17 der
Welle 4 um ein Stück radial nach außen verlegt worden ist.
Fig. 8 zeigt analog zur Fig. 1 einen Spalt 7. In die Wand
des Gehäuses 1 sind dabei zwei Entlastungsöffnungen 18 ein
gebracht, durch die der Innenraum 10 mit der äußeren Atmo
sphäre verbunden ist. In die Entlastungsöffnungen 18 sind
Flammensperren 19 fest eingesetzt, die beispielsweise durch
poröse, gasdurchlässige und gut wärmeleitende Körper gebil
det sind. Der Einsatz der Flammensperren 19 in die Entla
stungsöffnungen 18 ist nicht problematisch, da in der Ent
lastungsöffnung 18 keine relativ zueinander bewegten Teile
vorhanden sind. Demgegenüber ist die Ausbildung der Spalte
5, 7 mit gegeneinander bewegbaren Teilen deutlich problema
tischer. Durch die Entlastungsöffnungen 18 wird ein Teil
der mit der Explosionsfront 15 anlaufenden Explosionsgase
sicher in das Äußere des Gehäuses 1 geleitet, so daß der
Druck auf den Spalt 7 deutlich reduziert wird.
Fig. 9 verdeutlicht eine Welle 4 mit dem zugehörigen Ring
spalt 5. Radial außen von dem Ringspalt 5 ist eine Bohrung
20 angeordnet, die zur Außenseite mit einem Verschluß 21
sicher verschlossen ist. Die einen Kanal bildende Bohrung
20 ist durch einen im spitzen Winkel zurückgerichteten Ver
bindungskanal 22 mit dem Ringspalt 5 verbunden.
Die über die Explosionsfront 15 auf die dargestellte Anord
nung unter Druck auftreffenden Gase werden durch den Ring
spalt 5 einerseits und andererseits in die Bohrung 20 ge
drückt. Da die Bohrung 20 durch den Verschluß 21 verschlos
sen ist, strömen die Gase über den rückwärts gerichteten
Verbindungskanal 22 in den Ringspalt 5, also mit einer
überwiegend rückwärts gerichteten Bewegungsrichtung. In dem
Ringspalt 5 wird daher im Bereich der Einmündung des Ver
bindungskanals 22 eine Gegenströmung erzeugt, die das Aus
strömen der Gase der Explosionsfront 15 durch den Ringspalt
5 behindert und verringert. Aufgrund der geringeren Strö
mung kann bereits ein Zünddurchschlag verhindert werden.
Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
sowohl an das Lagerschild 6 des Gehäuses 1 ein Ansatz 23
als auch an die Welle 4 ein Ansatz 24 angebracht. Der Ring
spalt 5 zwischen Welle 4 und Lagerschild 6 wird durch den
Abstand zwischen den beiden Ansätzen 23 und 24 fortgesetzt.
Der Ansatz 23 ist am Lagerschild 6 ortsfest, während der
Ansatz 24 mit der Welle 4 rotiert. Die beiden zueinander
zeigenden Oberflächen 25, 26 der Ansätze 23, 24 sind mit
sägezahnförmigen Rillen 27 versehen, die dazu dienen, die
Strömung in dem Ringspalt 5 zu verwirbeln und daher den
Kontakt zwischen Explosionsgasen und den Gehäuseteilen 23,
24 zu verbessern, wodurch eine verbesserte Abkühlung der
Gase erzielt wird.
Fig. 11 zeigt einen Ringspalt 5 zwischen einer Welle 4 und
einem Lagerschild 6, der in üblicher Weise ausgebildet ist.
Auf das Lagerschild 6 ist jedoch ein ringförmiges Ansatz
teil 28, z. B. durch Aufschrauben, aufgesetzt, das eine den
Ringspalt 5 konisch erweiternde Innenfläche 29 aufweist.
Die durch den Spalt 5 hindurchtretenden Gase gelangen daher
nicht in konzentrierter und gerichteter Form in den Außen
raum, sondern verteilen sich fächerartig unter sofortiger
Verdünnung und Abkühlung, wie dies die schematisch einge
zeichneten Pfeile verdeutlichen.
Eine ähnliche Ausbildung eines Ausganges eines Spaltes 7
zeigt Fig. 12, wo beide Gehäuseteile des Spaltes 7 mit
einer schrägen Seitenwand zur Ausbildung einer konischen
Erweiterung des Spaltes 7 versehen sind.
Fig. 13 verdeutlicht schematisch eine Gasaustrittswolke 30
für die Ausbildungsform gemäß Fig. 12, und im Unterschied
dazu gestrichelt eingezeichnet, eine Gasaustrittswolke 30'
für eine herkömmliche Spaltausbildung. Es ist erkennbar,
daß die bei der erfindungsgemäßen Ausbildung auftretende
Gasaustrittswolke 30 eine erhebliche Verdünnung und damit
Abkühlung der Explosionsgase bewirkt.
Fig. 14 zeigt wiederum einen Ringspalt 5 zwischen einer
Welle 4 und einem Lagerschild 6. Ähnlich wie bei der Aus
führungsform gemäß Fig. 10 ist auch hier ein Ansatzteil 31
am Lagerschild 6 und ein Ansatzteil 32 an der Welle 4, bei
spielsweise durch Schweißen, befestigt. Zwischen den
Ansatzteilen 31, 32 und dem Lagerschild 6 wird der Ring
spalt 5 fortgesetzt, endet somit jedoch auf einem deutlich
größeren Radius als durch die Welle 4 vorgegeben. Aufgrund
des Austritts auf einem größeren Radius liegt für das den
Ringspalt 5 durchlaufende Gas eine wesentlich größere Aus
trittsfläche vor als bei einem geradlinig verlaufenden
Ringspalt 5. Die größere Austrittsfläche wiederum bewirkt
unmittelbar eine größere Verdünnung der austretenden Gase.
Bei der in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform wird der
gleiche Effekt der Radiusvergrößerung für den Ringspalt 5
bewirkt. Allerdings in diesem Fall dadurch, daß auf die
Welle 4 das Ansatzteil 32' aufgesetzt oder einstückig mit
der Welle 4 verbunden ist und das Lagerschild 6 radial
fluchtend mit dem Ansatzstück 32 positioniert ist, so daß
der Ringspalt 5 zwischen dem Lagerschild 6 und dem Ansatz
teil 32' entsteht.
Auch dieser Ringspalt weist somit einen wesentlich größeren
Radius, auf als er durch die Welle 4 vorgegeben ist.
Bei den in den Fig. 16 und 17 dargestellten Ausführungs
beispielen ist wiederum ein Ringspalt zwischen einer Welle
4 und dem Lagerschild 6 ausgebildet, der sich zwischen den
Ansatzteilen 31, 32 fortsetzt, wobei in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel die Ansatzzeile 31, 32 so ausgebildet
sind, daß sie eine Art Labyrinthspalt zwischen sich ein
schließen. Ein Teil 31' des feststehenden Ansatzes 31 ist
dabei als poröser, gasdurchlässiger Körper ausgebildet, der
über eine erhebliche Länge den gebildeten Labyrinthspalt
begrenzt. Der poröse Körper bildet somit eine Art Bypass
für das sonst im Spalt transportierte Gas. Da der poröse
Körper 31' vorzugsweise aus gut wärmeleitendem Material,
beispielsweise Sintermetallen gebildet ist, kühlt sich das
ihn durchlaufende Gas schnell ab und tritt in den Aus
trittsteil des Spaltes 5 in stark abgekühlter Form ein.
In gleicher Weise wirken die porösen Körper 33 für die
Spalte 7 gemäß den Ausführungsformen in Fig. 18 und Fig.
19. Fig. 19 zeigt eine Variante, bei der auch der Spalt 7
als ein Labyrinthspalt ausgebildet ist und in diesem
Bereich von dem porösen Körper 33 begrenzt wird.
In Fig. 20 ist ein poröser Körper 33 im Innenraum 10 am
Spalteingang angeordnet und wird mit einem Federelement 34
gegen eine als Deckel wirkende Gehäusewand gedrückt.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 21 befindet sich der po
röse Körper 33 am ausgangsseitigen Ende des Spaltes 7. In
beiden Fällen durchströmen die gesamten, vom Spalt 7 trans
portierten Gase den porösen Körper 33, wodurch sie die ge
wünschte erhebliche Abkühlung erfahren.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 22 zeigt eine Anord
nung, die wirkungsmäßig der Anordnung in Fig. 21 ent
spricht, jedoch für das Ausführungsbeispiel einer Kabel
durchführung 35 vorgesehen ist. Der dabei gebildete Ring
spalt 5 wird durch einen ringförmigen porösen Körper 33 zur
Außenseite hin abgeschlossen, wodurch der Abkühlungseffekt
erzielt wird.
Fig. 23 verdeutlicht, daß ein poröser Körper 31', 33 auch
durch eine Kugelschüttung 36 gebildet sein kann, die sich
in einem Gehäuse befindet, das die beiden Oberflächen 37
eines Spaltes bildet und an den axialen Enden verschweißt
sein kann. Die Wände 37 können dabei ein gasdurchlässiges
Sieb oder Lochblech sein. Die Ausbildung einer Kugelschüt
tung 36 ermöglicht die Verwendung von katalytisch wirksamen
Pellets, die die Nachverbrennung der Explosionsgase ermög
lichen und so bewirken, daß praktisch nur noch inerte Gase
nach außen gelangen. Ggf. muß noch eine Abkühlstrecke aus
nicht katalytisch wirksamen Kugeln oder einem entsprechen
den porösen Körper 33 vorgesehen werden, um eine Wieder
zündung durch die aufgeheizten Gase im Außenraum zu verhin
dern.
Fig. 24 zeigt schließlich eine Kombination verschiedener
Maßnahmen an einem Ringspalt 5 zwischen einer Welle 4 und
einem Lagerschild 6. Auf der Innenseite ist auf die Welle 4
ein Ansatz 32 mit der Ausbildung eines Strömungsteilers 13
angebracht. Ein ähnlicher Ansatz mit ebenfalls einem Strö
mungsteiler 13 befindet sich auf der Innenseite des Lager
schilds 6. Der Ringspalt 5 ist dabei als Labyrinthspalt
ausgebildet und teilweise durch einen porösen Körper 31',
der am Lagerschild 6 angebracht ist, begrenzt. Eine spie
gelsymmetrische Ausbildung mit Ansätzen 31' und 32 findet
sich auf der Ausgangsseite des Ringspaltes 5, auf der der
Ringspalt 5 mit einem gegenüber dem Durchmesser der Welle 4
stark vergrößertem Durchmesser austritt.
Mit einer derartigen Kombination von Maßnahmen wird eine
höchstmögliche Sicherheit erreicht. Diese erlaubt die Her
absetzung der sonst sehr engen Toleranzen für die Weite des
Spaltes 5, wodurch erhebliche Einsparungen in der Fertigung
erzielbar sind.
In allen beschriebenen Ausführungsformen kann vorgesehen
werden, die jeweiligen Spaltoberflächen katalytisch zu
beschichten, um die Nachverbrennungs- und Rekombinations
effekte zu erzielen.
Claims (15)
1. Verfahren zur Führung von im Innern (10) eines explosionsge
schützten Gehäuses (1) gebildeten Explosionsgasen (15) durch
konstruktiv bedingte, nach den Anforderungen für druckfest ge
kapselte Gehäuse zünddurchschlagsicher ausgebildete Spalte (5,
7) mit zueinander parallelen Spaltoberflächen, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Menge der in die Spalte (5, 7) eintretenden
Gase durch Strömungsteiler (15) im Innern (10) oder durch mit
Flammensperren (19) versehenen Entlastungsöffnungen (18) vermin
dert wird
und/oder die Strömung der durch den Spalt (5, 7) hindurchtreten den Gase durch Ausbildung einer Gegenströmung oder einer verwir belten Strömung im Spalt (5, 7) behindert wird,
und/oder die aus dem Spalt (5, 7) in den Außenraum austretenden Gase durch eine gegenüber der Spaltfläche vergrößerte Außenflä che verteilt werden
und/oder die durch den Spalt hindurchtretenden Gase ganz oder teilweise durch gasdurchlässige abkühlende Körper (31', 33, 36) geleitet werden.
und/oder die Strömung der durch den Spalt (5, 7) hindurchtreten den Gase durch Ausbildung einer Gegenströmung oder einer verwir belten Strömung im Spalt (5, 7) behindert wird,
und/oder die aus dem Spalt (5, 7) in den Außenraum austretenden Gase durch eine gegenüber der Spaltfläche vergrößerte Außenflä che verteilt werden
und/oder die durch den Spalt hindurchtretenden Gase ganz oder teilweise durch gasdurchlässige abkühlende Körper (31', 33, 36) geleitet werden.
2. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch einen den Spalt (5, 7) zum Innenraum
(10) hin begrenzenden, in den Innenraum (10) ragenden
Strömungsteiler (13), der auf seiner dem Spalt (5, 7)
abgewandten Seite gegenüber der betreffenden Gehäusewand
hervorsteht.
3. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler mit einer
Spitze ausgebildet ist und mit einer schräg verlaufenden
Seite (14) in die Gehäusewand einmündet.
4. Explosionsgeschützes Gehäuse (1) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das den Spalt (5, 7) zusammen
mit dem Strömungsteiler (13) bildende Wandelement in
Strömungsrichtung vor der Spaltanordnung zurückspringend
ausgebildet ist.
5. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusewand mit Flam
mensperren (19) versehene Entlastungsöffnungen (18) vor
gesehen sind.
6. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein in Strömungs
richtung des Spaltes (5) verlaufender geschlossener Kanal
(20) vorgesehen ist, der über einen gegen die Strömungs
richtung des Spaltes (5) gerichteten Verbindungskanals
(22) in den Spalt (5) mündet.
7. Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 6, bei dem
der Spalt ein ringförmiger Wellendurchtrittsspalt (5)
ist, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang des
ringförmigen Wellendurchtrittsspaltes wenigstens drei
Kanäle (20) angeordnet sind.
8. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spaltober
fläche (24, 25) des Spaltes (5) zur Verwirbelung der hin
durchtretenden Gasströmung strukturiert ist.
9. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5, 7) ausgangssei
tig mit einem erweiterten Querschnitt abgeschlossen ist.
10. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
bei dem der Spalt ein ringförmiger Wellendurchtrittsspalt
(5) ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine rotierende
Spaltoberfläche des Wellendurchtrittsspalts (5) mit der
Mantelfläche eines mit der Welle (4) zu einem Bauteil
verbundenen ringförmigen Ansatzes (32, 32') gebildet ist.
11. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5, 7) teilweise
durch einen porösen, einen Gasdurchtritt erlaubenden Kör
per (31', 33) begrenzt ist.
12. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) nach Anspruch 11, da
durch gekennzeichnet, daß die porösen Körper (31', 33)
aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen.
13. Explosionsgeschütztes Gehäuse (1) mit konstruktiv beding
ten, nach den Anforderungen für druckfest gekapselte Ge
häuse (1) zünddurchschlagsicher ausgebildeten Spalten (5,
7) mit im wesentlichen zueinander parallelen Spaltober
flächen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Spalt
oberflächen katalytisch wirksam ausgebildet ist.
14. Explosionsgeschütztes Gehäuse nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß ein in den Spalt (5, 7) eingesetzter
poröser Körper (31', 33) eine katalytisch wirksam ausge
bildete innere Oberfläche aufweist.
15. Explosionsgeschützes Gehäuse nach einem der Ansprüche 2
bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die konstruktive Maß
nahme durch wenigstens ein Ansatzteil (23, 24; 28; 31,
32) an einer Spaltanordnung verwirklicht ist.
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DE1998126911 DE19826911C2 (de) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | Verfahren zur Führung von im Innern eines Gehäuses gebildeten Explosionsgasen durch zünddurchschlagsicher ausgebildete Spalte und explosionsgeschütztes Gehäuse |
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