DE3436300C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gerätegehäuse mit einer explosionssicheren Kammer, die in typischer Weise angewendet werden, um eine elektrische Apparatur zu beherbergen an Plätzen, die explosiven Dämpfen ausgesetzt sein können.

Im kommerziellen und militärischen Flugwesen werden die Flugzeuge mittels Bodenversorgungseinrichtungen am Boden auf dem Hallenvorfeld von Flughäfen, auf dem Vorfeld oder an Wartungsbasen versorgt und gewartet. Die Boden­ versorgungsfunktionen, die an solchen Plätzen durchgeführt werden müssen, schließen das Auftanken, die Versorgung des am Boden befindlichen Flugzeugs mit elektrischer Energie, die Versorgung mit Luftkühlung für den Komfort in der Kabine, und die Versorgung mit Druckluft zum Starten der Triebwerke ein. Diese Wartung wird an modernen Flug­ häfen ausgeführt, indem Versorgungsleitungen benutzt werden, die in vorgefertigten Schächten oder Kammern aufbewahrt sind, wenn kein Flugzeug am Boden in der Nähe ist. Solche vorgefertigten Schächte sind an Flugzeugtankplätzen und -beladeplätzen eingerichtet. Die Schächte sind Anlagen, die unterhalb der Oberfläche der Rollbahn auf dem Hallen­ vorfeld von Flugplätzen, auf dem weiteren Vorfeld und an Wartungsbasen eingerichtet sind.

Die vorgefertigten Schächte enthalten Armaturen, Verbin­ dungsboxen, Luftkühlungsanschlüsse und andere Anschlußvor­ richtungen, die gebraucht werden, um ein Flugzeug zu warten, das auf Parkposition gestellt worden ist. Die Versorgungs­ leitungen und -stränge, die anderweitig in den Schächten untergebracht sind, werden aus den Schächten durch Luken abgezogen und mit dem geparkten Flugzeug gekoppelt, um es mit Kraftstoff, Luft und elektrischer Energie zu versehen. Der Gebrauch solcher unterirdischer Schächte beseitigt die Notwendigkeit von mobilen Fahrgestellen, Transportwagen und anderen Fahrzeugen, die sonst auf dem Rollfeld anwesend wären und die Ankunft und Abfahrt der Flugzeuge stören würden.

Als eine Sicherheitsvorkehrung müssen alle Teile der Grund­ trägerapparatur in solchen vorfabrizierten Schächten, in denen elektrische Kontakte verwendet werden, in explosions­ sicheren Anlagen aufbewahrt sein, was erforderlich ist wegen der Anwesenheit von verdampftem Kraftstoff in der Nähe. Die Anwesenheit von verdampftem Kraftstoff in der Luft kann zu explosiven Gasgemischen führen. Solche Gemische können durch Funkenbildung an den elektrischen Kontakten entzündet werden, solange solche Kontakte nicht in einer explosions­ sicheren Kammer untergebracht sind.

Die DE 28 52 113 B2 offenbart ein explosionssicheres Gehäuse für elektrische Geräte mit einer Entlastungsöffnung für den Austritt von Explosionsgasen, mit einem vor dieser angeordneten Filterelement zur Flammenrückhaltung und einer äußeren Ab­ deckung des Filterelements, die als gasdichte Berstscheibe ausgebildet ist.

In einer explosionssicheren Kammer ist dagegen der Mantel, der die Anlage bildet, nicht völlig luftdicht. Wenn er es wäre, würde eine Funkenbildung der elektrischen Kontakte in einer explosiven Atmosphäre die explosiven Dämpfe entzünden und den Mantel zum Platzen bringen. In einer explosionssicheren Anlage ist die Berührungsfläche zwischen den harten schweren Bereichen des Gehäuses hinreichend lang und manch­ mal gekrümmt, so daß eine entzündete Gasmenge innerhalb des Mantels eine genügend große Entfernung über die Be­ rührungsfläche zurücklegt und abkühlt, bevor sie die Anlage verläßt. Der Austrittsweg des expandierenden Gases an der Berührungsfläche ist lang genug, so daß das entzündete Gas genügend abkühlt, um eine Flamme zu ersticken. Daher kommt trotz Entzündung und Explosion innerhalb der Anlage keine Flamme aus der Anlage heraus. Das Ergebnis ist: Kein Gas außerhalb der Anlage wird entzündet als eine Folge einer Explosion innerhalb der Anlage.

Ein Problem, das innerhalb der konventionellen explosions­ sicherem Mäntel existiert, ist, daß die Anlage mit wechseln­ der Umgebungstemperatur "atmet". Die Anlage ist kalt in den frühen Morgenstunden, ungefähr 15 bis 16°C. Mit ansteigender Hitze des Tages steigt die Temperatur. In einigen Gegenden erreicht das Innere der Anlage eine Temperatur von 71°C. Die Luft in der Anlage dehnt sich um ein Volumen von etwa 17% bei einem solchen Temperaturwechsel aus. Die expandierende Luft entweicht durch die Manteloberfläche.

Da die Anlage am späten Nachmittag und Abend abkühlt, wird Feuchtigkeit enthaltende Luft in die Anlage durch die Mantel­ oberfläche gezogen. Die Feuchtigkeit in der Luft kondensiert in der Anlage. Im Laufe der Zeit häuft sich die Feuchtigkeit in der Anlage an, weil die umgebende Luft, die hereingezogen wird, gewöhnlich wärmer ist als die Luft innerhalb der Anlage. Das liegt daran, daß mit Wasserdampf beladene Luft in die An­ lage gezogen wird, während relativ trockene Luft aus ihr herausgetrieben wird. Die Feuchtigkeit, die im der Anlage verbleibt, greift den Kontrollmechanismus an, der darin auf­ bewahrt ist, und korrodiert die Relais- und Endkontakte und unterbricht anderweitig den Arbeitsvorgang der eingebetteten Anlage.

Die US-30 03 659 offenbart einen zusammenklappbaren Behälter, der fluiddicht mit der Atmosphäre über einer Flüssigkeit ver­ bunden ist, die in einer gegen die Außenatmosphäre isolierten Umhüllung enthalten ist. Der ebenfalls in einer gegen die Um­ gebungsatmosphäre abgeschlossenen Umhüllung angeordnete zusam­ menklappbare Behälter gleicht durch seine Ausdehnung bzw. sein Zusammenschrumpfen die durch Änderung des Flüssigkeitspegels hervorgerufenen Druckänderungen in der Atmosphäre über diese Flüssigkeit aus und verhindert dadurch deren Verschmutzung.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine explosionssichere Kammer der vorstehend beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die durch das beschriebene thermische Atmen der explosions­ sicheren Kammer ausgelöste Korrosionsgefahr für die in der Kammer untergebrachten korrosionsempfindlichen Geräte und Bauteile behoben werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Kammer der eingangs beschriebenen Art, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Die Erfindung ist also wesentlich durch ein kollabierbares Reservoir, das im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und Ansprüche kurz als "Blase" bezeichnet ist, gekennzeichnet, das bzw. die innerhalb der explosionssicheren Kammer, die die elektrischen Anschlüsse, Kontakte oder anderes korrosions­ empfindliches Gerät enthält, angeordnet ist. Bei einem explo­ sionssicheren Gehäuse der hier beschriebenen Art ist die Blase ebenfalls innerhalb eines explosionssicheren Behälters angeordnet. Vorzugsweise besteht die Kammer jedoch aus einem Hauptgehäuse, in dem die zu schützenden elektrischen Anla­ genteile angeordnet sind, und einer zusätzlichen Ausdehnungs­ kammer, die ebenfalls als explosionssichere Kammer ausgebil­ det ist. Das Hauptgehäuse und die Ausdehnungskammer sind vorzugsweise durch eine Rohrleitung, die sich zwischen Hauptgehäuse und Ausdehnungskammer erstreckt, miteinander verbunden.

Die Blase ist zwar innerhalb der zusätzlichen Ausdehnungs­ kammer angeordnet, dabei aber gleichzeitig pneumatisch hermetisch von dieser getrennt. Die Eintrittsöffnung der Blase ist vorzugsweise dicht mit dem einen Ende der Leitung verbunden, die das Hauptgehäuse mit der Ausdehnungskammer verbindet. Das Hauptgehäuse und das Innere der Blase sind auf diese Weise pneumatisch frei miteinander kommunizierend verbunden. Die Blase dehmt sich so innerhalb der Ausdehnungs­ kammer aus und zieht sich zusammen, ohne daß ein Luftüber­ tritt zwischen dem Inneren der Blase und dem umgebenden Volumen der Ausdehnungskammer durch die Wand der Blase hindurch erfolgt.

Mit dem Wechsel der Umgebungstemperatur folgt die Luft in der Geräteanlage dem Weg des geringsten Widerstandes und "atmet" in die Blase hinein bzw. aus dieser heraus, d. h. über die Blase statt durch die Schnittlinien zwischen den Hauptgehäuseteilen. Da auf diese Weise stets dasselbe Luftvolumen zwischen dem Inneren der Blase und dem Hohlraum des Hauptgehäuses ausgetauscht wird, tritt keine Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts in der Anlage auf. Die Apparatur innerhalb des Gehäuses ist so hermetisch von der umgebenden Atmosphäre abgeschlossen, ohne daß ein hermetischer Ver­ schluß an den Schnittlinien der Gehäuseteile vorgesehen zu werden braucht. Die Unterschiede in den Ein- und Aus­ strömwiderständen der Luft zu den einzelnen Kammern, nämlich dem Hauptgehäuse und der Ausdehnungskammer, erüb­ rigen also eine Dichtung zwischen den Hauptgehäuseteilen, die hier bestimmungsgemäß nicht angebracht werden kann.

Die Blase ist nicht elastisch. Jegliche Elastizität in der Blasenkonstruktion innerhalb des Bereichs ihrer normalen Ausdehnung und Zusammenziehung würde einen Gegendruck erzeugen, der den Zweck der Blase zunichte machen würde. Das liegt daran, daß, wenn irgend ein Gegendruck existieren würde, die Luft zurück von der Blase in das Hauptgehäuse gezwungen würde und das Hauptgehäuse dann durch die Schnittlinienspalte der Gehäuseteile "atmen" würde.

Die zusätzliche Ausdehnungskammer ist dabei ebenfalls eine explosionssichere Konstruktion, die aus zusätzlichen Gehäuseteilen besteht, die an einer Schnittstelle aufeinan­ dertreffen. Die Ausdehnungskammer "atmet" in Verbindung zu der umgebenden Atmosphäre. Dabei sammelt sich Feuchtig­ keit in der Ausdehnungskammer aus Gründen, wie sie oben beschrieben sind. Da es jedoch in der Ausdehnungskammer keine korrosionsempfindlichen Bauteile gibt, hat die Ansammlung von Feuchtigkeit darin keine nachteiligen Folgen.

Dasselbe Prinzip der Erfindung kann für verschiedene Typen von explosionssicheren Behältern angewandt werden, die anders sind als die, die in den vorgefertigten Schächten für die Bodenwartung des Flugzeugs gebraucht werden. Zum Beispiel können eine zur Umgebungsatmosphäre "nicht atmende" nicht elastische Blase und eine Ausdehnungskammer bei einem Benzinlagerbehälter, bei einer Steuertafel in einer Öl­ raffinerie, bei Tanklastzügen und bei Kraftstofftanklagern angewendet werden. Darüber hinaus kann die Erfindung bei nicht explosionssicheren verschlossenen Systemen angewendet werden, beispielsweise bei Computergehäusen.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß es keinen Luftaustausch zwischen der explosionssicheren Anlage und der die Anlage umgebenden Luft gibt. Dieselbe Luftmasse wird zyklisch zwischen dem Gehäuse, das die Apparatur enthält, und der Blase in der zusätzlichen Ausdehnungskammer ausge­ tauscht. Da keine neue Luft in das Apparaturgehäuse fließt, tritt auch keine Änderung im Feuchtigkeitsgehalt ein. Auf diese Weise wird eine Ansammlung von Feuchtigkeit verhindert.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein explosionssicheres Gehäuse, das von relativ kühler Luft umgeben ist; und

Fig. 2 ein explosionssicheres Gehäuse wie Fig. 1, das von relativ warmer Luft umgeben ist.

Fig. 1 zeigt ein Gerätegehäusesystem mit einer explosions­ sicheren Kammer 10 zur Aufnahme von elektrischem Gerät, das Komponenten umfaßt, die einer Funkenbildung unterworfen sind, beispielsweise ein Relais. Eine zusätzliche Ausdehnungs­ kammer 12 ist mit dem Gerätegehäuse bzw. der Kammer 10 mittels einer zylindrischen Rohrleitung 14 verbunden, die an beiden Enden 16, 18 eingeschraubt ist, und an einem Ende einen Stutzen 20 trägt. Eine unelastische Blase 22 ist in der Ausdehnungs­ kammer 12 angebracht. Der Mund 24 der Blase 22 ist luftdicht an dem Stutzen 20 befestigt. Ein konventionelles Spannband kann für diesen Zweck verwendet werden.

Das Hauptgehäuse 10 für das Gerät ist als ein im wesent­ lichen tonnenförmiger Stahlmantelbehälter ausgebildet, an dem ein Stahldeckel 28 befestigt ist. Der Mantel 26 und der Deckel 28 treffen in korrespondierenden und ineinandergreifenden Flanschen 30 und 32 zusammen, welche eine Berührungsfläche 34 begrenzen, die sich über den gesamten Umfang des Gehäuses 10 erstreckt. Die Flansche 30 und 32 erstrecken sich von dem innerhalb des Gehäuses 10 liegenden Innenraum so ausreichend weit nach außen, daß ein innerhalb des Hohlraums des Gehäuses 10 entzündetes Gas genügend abkühlt, bevor es das Gehäuse 10 durch die Berührungsfläche 34 verläßt, so daß keine Flamme aus dem Gehäuse 10 herausschlagen kann. Die Berührungsfläche 34 kann eine Abdichtung 36 aufweisen, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse 10 zu verhindern.

Die Ausdehnungskammer 12 wird ebenfalls von einem Mantel 38 und einem Deckel 40 gebildet. Der Mantel 38 und der Deckel 40 sind an einer Berührungsfläche zwischen deren entsprechenden Flanschen 44 und 46 verbunden. Die zusätz­ liche Ausdehnungskammer 12 ist dadurch auch als eine explosionssichere Konstruktion gebaut.

Um die Ausbildung jeglichen Gegendruckes in der Ausdehnungs­ kammer 12 zu verhindern, ist ein zylindrischer Stahlbe­ lüftungstubus 48 an eine Öffnung im Mantel 38 angeschweißt. Der Durchmesser der Bohrung 50 in dem Belüftungstubus 48 ist genügend klein und der Belüftungstubus 48 ist genügend lang, so daß ein entzündetes Gas, das aus der zusätzlichen Ausdehnungskammer 12 durch den Belüftungstubus 48 entweicht, sich genügend abkühlt, bevor es die zusätzliche Ausdehnungs­ kammer 12 verläßt. Daher tritt keine Flamme aus dem Be­ lüftungstubus 48.

Da der Mund 24 der Blase 22 am Stutzen 20 der Rohrleitung 14 luftdicht befestigt ist, sind die zusätzliche Aus­ dehnungskammer 12 und das Gerätegehäuse 10 pneumatisch voneinander isoliert. Die Blase 22 kann aus irgendeinem biegsamen unelastischen wasserundurchlässigen und luft­ dichten Material bestehen, vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Nylon.

Das Gerätegehäusesystem der Erfindung ist in Fig. 1 abge­ bildet, wie es erscheint, wenn es von relativ kühler Luft umgeben ist. Da die Kammer 10 relativ kalt ist, ist das Volumen der eingeschlossenen Luft relativ klein.

Bei einem konstanten Druck nimmt eine bestimmte Menge Gas ein kleineres Volumen ein, wenn es kalt ist, als wenn es erhitzt worden ist. Entsprechend zieht sich das Gas zusammen, wenn das Gehäuse 10 und die Luft darin kalt sind.

Wenn das Gas innerhalb der Kammer 10 sich abkühlt und zusammenzieht, wird kein zusätzliches Gas durch die Berührungsfläche 34 zwischen dem Mantel 26 und dem Deckel 28 hereingezogen. Eher wird Gas in das Gehäuse 10 von der Blase 22 gezogen, die dabei in der zusätzlichen Expansionskanmer 12 zusammenfällt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Unterdruck in der zusätzlichen Ausdehnungskammer 12 wird vermieden, da die umgebende Luft in die Ausdehnungs­ kammer 12 durch die Bohrung 50 in den Belüftungstubus 48 gezogen wird. Der Druck in der Ausdehnungskammer 12 inner­ halb der Blase 22 und innerhalb des umgebenden Raumes der Ausdehnungskammer wird dadurch ausgeglichen. Dieser läßt Luft frei aus der Blase 22 in das Gehäuse 10 fließen.

Wenn das abgebildete Gerätegehäusesystem in einem vor­ fabrizierten Schacht unter der Oberfläche eines Flughafens, eines Landeplatzes oder einer Wartungsbase plaziert wird, variiert die Temperatur des Gehäusesystems beträchtlich während des Tages. Zyklische Temperaturänderungen um ungefähr 38°C sind dabei nicht ungewöhnlich. Bei solchen Temperaturschwankungen dehnt sich das Gas innerhalb des Raumes in der Kammer 10 beträchtlich aus, wenn die Temperatur der das Gehäuse umgebenden Luft steigt.

Fig. 2 zeigt den Zustand des Gehäusesystems gemäß der Erfindung bei erhöhter Umgebungstemperatur. Unter solchen Umständen dehnt sich die Luft innerhalb des Raumes in der Kammer 10 aus. Entsprechend der Erfindung ist das zusätzliche Volumen der Ausdehnung innerhalb der Blase 22 vorgesehen. Entsprechend dem Charles-Gesetz ist das Volumen, das von der Gasmasse innerhalb der Kammer 10 und der Blase 22 eingenommen wird, direkt proportional der absoluten Temperatur.

Da das Volumen der Blase 22 sich mit steigender Temperatur in dem Gehäusesystem beträchtlich ausdehnt, muß die Luft aus dem Raum in der Ausdehnungskammer 12 austreten, um einen auf die Blase 22 einwirkenden Gegendruck zu ver­ meiden. Die Entlüftung erfolgt über den Belüftungstubus 48, der dabei als Abzugsvorrichtung dient.

Das Gas, das sich innerhalb der Kammer 10 befindet, wird nicht ausgetauscht; nur Teile dieses Gasvolumens werden in die Blase 22 hinein und aus ihr herausbewegt. Es gibt keinen Luftaustausch weder mit der Luft außerhalb des Gehäuses 10, noch mit der Luft innerhalb des umgebenden Raumes der Ausdehnungskammer 12. Entsprechend gibt es keine Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes in der Kammer 10 trotz wiederholter und fortgeführter Zyklen von Gasexpan­ sion und -kontraktion.

Im Gegensatz dazu tritt jedoch ein Luftaustausch in dem umgebenden Raum in der Ausdehnungskammer 12 ein. Die Luft, die durch den Belüftungstubus 48 hereingezogen wird, ist nicht dieselbe Luft, die austritt. Die Luft, die hereingezogen wird, ist in typischer Weise mehr mit Feuchtigkeit beladen als die Luft, die durch den Be­ lüftungstubus 48 austritt. Dadurch sammelt sich Feuchtigkeit in der Ausdehnungskammer 12. Weil jedoch die Ausdehnungs­ kammer 12 pneumatisch isoliert ist von dem Gerätegehäuse 10, beeinflußt die Ansammlung von Feuchtigkeit in der Aus­ dehnungskammer 12 die Apparatur in der Kammer 10 nicht nachteilig.

Dasselbe Prinzip der Anwendung einer Ausdehnungskammer und einer Blase in fließender Verbindung mit einem Hauptgehäuse kann für verschiedene Formen von hermetisch isolierten Behältern angewendet werden. Zum Beispiel Benzinkannen, Tanklastwagen, Kraftstofftanklager, Raffinerie-Steuerpulte, Computergehäuse und andere hermetisch isolierte Anlagen können entsprechend der Erfindung gebaut werden.

Claims (4)

1. Gerätegehäuse mit einer explosionssicheren Kammer, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Ausdehnungskammer (12), die von der explosionssicheren Kammer (10) pneumatisch isoliert ist und eine unelastische Blase (22) enthält, die in der Aus­ dehnungskammer (12) angeordnet ist und in pneumatischer Verbindung mit der explosionssicheren Kammer (10) steht.

2. Gerätegehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ausdehnungskammer (12) ebenfalls eine explosionssichere Konstruktion ist, daß eine Rohrleitung (14) die explosionssichere Kammer (10) und die Ausdeh­ nungskammer (12) miteinander verbindet und daß die Blase (22) an einem Ende (18) der Rohrleitung (14) in der Aus­ dehnungskammer (12) befestigt ist und durch die Rohrlei­ tung (14) aufblasbar und entleerbar ist.

3. Gerätegehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der luftdichte Abschluß zwischen der Blase (22) und der Ausdehnungskammer (12) innerhalb der Ausdehnungs­ kammer (12) angeordnet ist.

4. Gerätegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ausdehnungskammer (12) außerdem eine Belüftungsvorrichtung (48) aufweist.