DE102012207013A1

DE102012207013A1 - Belüftung eines elektrischen Gerätes

Info

Publication number: DE102012207013A1
Application number: DE102012207013A
Authority: DE
Inventors: Georg Dengler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31
Also published as: US20150050873A1; EP2810348A1; WO2013160070A1; RU2014147704A; CA2871506A1; CN204668743U

Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf ein elektrisches Gerät (20) mit einem metallischen Gerätegehäuse (25) und zumindest einer elektrischen Komponente (30), die sich in dem metallischen Gerätegehäuse (25) befindet. Erfindungsgemäß ist diesbezüglich vorgesehen, dass in dem metallischen Gerätegehäuse (25) eine Öffnung (40) vorhanden ist, in der ein Belüftungselement (50) eingesetzt ist, das eine Be- und Entlüftung des Gerätegehäuseinneren durch mindestens einen Lüftungskanal (160) des Belüftungselements (50) ermöglicht, wobei das Belüftungselement (50) ein Material (150) aufweist, das im Falle einer Erwärmung bei Erreichen einer Aktivierungstemperatur sein Volumen vergrößert und dadurch den mindestens einen Lüftungskanal (160) verschließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät mit einem metallischen Gerätegehäuse und zumindest einer elektrischen Komponente, die sich in dem metallischen Gerätegehäuse befindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät anzugeben, das eine Be- und Entlüftung des Geräteinneren ermöglicht und trotzdem im Brandfall einen ausreichenden Brandschutz gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Gerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem metallischen Gerätegehäuse eine Öffnung vorhanden ist, in der ein Belüftungselement eingesetzt ist, das eine Be- und Entlüftung des Gerätegehäuseinneren durch mindestens einen Lüftungskanal des Belüftungselements ermöglicht, wobei das Belüftungselement ein Material aufweist, das im Falle einer Erwärmung bei Erreichen einer Aktivierungstemperatur sein Volumen vergrößert und dadurch den mindestens einen Lüftungskanal verschließt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes besteht darin, dass durch den Einsatz des erfindungsgemäß vorgesehenen Belüftungselements eine Be- und Entlüftung des Geräteinneren möglich ist. Eine solche Be- bzw. Entlüftung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, eine Bildung von Kondenswasser im Inneren des Gerätes zu vermeiden bzw. entstandenes Kondenswasser durch Be- und Entlüftung wieder abzuführen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des elektrischen Gerätes besteht darin, dass trotz des Vorhandenseins einer Öffnung im Gerätegehäuse ein ausreichender Brandschutz gewährleistet wird. Kommt es nämlich zu einem Gerätebrand, so wird das erfindungsgemäß vorgesehene Material eine vorgegebene Aktivierungstemperatur erreichen und dann sein Volumen vergrößern; dies führt zu einem Verschließen des Belüftungselements, so dass dieses hermetisch abgeschlossen wird. Eine Zufuhr von Sauerstoff und damit eine Förderung des Brandes innerhalb des elektrischen Gerätes werden somit verhindert.
Da im Fahrzeugbereich, insbesondere im Schienenfahrzeugbereich, besonders hohe Anforderungen an den Brandschutz gestellt werden, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das elektrische Gerät eine Komponente eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, bildet.
Das elektrische Gerät ist vorzugsweise innerhalb des Fahrzeugs angeordnet.
Das elektrische Gerät enthält vorzugsweise eine Antriebskomponente oder eine elektrische Ansteuerkomponente für eine Antriebskomponente des Fahrzeugs.
Das elektrische Gerät kann beispielsweise einen Schaltschrank bilden, der mindestens ein elektrisches Schaltelement enthält. Alternativ oder zusätzlich kann das elektrische Gerät einen Verteilerschrank bilden, der mindestens ein elektrisches Verteilerelement enthält.
Das Material, das bei Erreichen der Aktivierungstemperatur sein Volumen vergrößert, wird bei Erwärmung vorzugsweise aufschäumen. Bei dem Material handelt es sich bevorzugt um ein intumeszierendes Material.
Um einen zuverlässigen Verschluss des Lüftungskanals zu ermöglichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der mindestens eine Lüftungskanal zumindest abschnittsweise in dem Material angeordnet ist und dieses durchsetzt.
Um eine einfache Montage des Belüftungselements in der Öffnung des Gerätegehäuses zu ermöglichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Belüftungselement einen metallischen Ring umfasst, der in die Öffnung in dem metallischen Gerätegehäuse eingesetzt ist und wenn der metallische Ring das Material trägt.
Vorzugsweise wird die Luft in dem Lüftungskanal um mindestens 180° umgelenkt. Bei einer solchen Ausgestaltung lässt sich in vorteilhafter Weise erreichen, dass ein Eindringen von Wasser in das Geräteinnere erschwert wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des elektrischen Gerätes ist vorgesehen, dass der Lüftungskanal mindestens eine innere Kanalöffnung auf der Geräteinnenseite und mindestens eine äußere Kanalöffnung auf der Geräteaußenseite aufweist und die Kanalöffnungen senkrecht zur Öffnungsfläche der Öffnung in dem Gerätegehäuse gesehen überschneidungsfrei sind.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Schienenfahrzeug mit einem elektrischen Gerät. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem metallischen Gerätegehäuse des elektrischen Gerätes eine Öffnung vorhanden ist, in der ein Belüftungselement eingesetzt ist, das eine Be- und Entlüftung des Gerätegehäuseinneren durch mindestens einen Lüftungskanal des Belüftungselements ermöglicht, wobei das Belüftungselement ein Material aufweist, das im Falle einer Erwärmung bei Erreichen einer Aktivierungstemperatur sein Volumen vergrößert und dadurch den mindestens einen Lüftungskanal verschließt.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes denen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Wesentlichen entsprechen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Belüften eines elektrischen Geräts mit einem metallischen Gerätegehäuse, in dem sich zumindest eine elektrische Komponente befindet. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass durch einen Lüftungskanal in einem Belüftungselement, das in einer Öffnung im metallischen Gerätegehäuse eingesetzt ist, eine Be- und Entlüftung des Gerätegehäuseinneren erfolgt, solange die Temperatur im Bereich des Belüftungselements eine vorgegebene Aktivierungstemperatur unterschreitet, und bei Erreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Aktivierungstemperatur der mindestens eine Lüftungskanal durch eine Volumenvergrößerung eines Materials des Belüftungselements verschlossen wird.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes denen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen entsprechen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, das mit einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät ausgestattet ist,
2 ein Ausführungsbeispiel für ein Belüftungselement, das bei dem elektrischen Gerät gemäß 1 eingesetzt werden kann,
3 das Belüftungselement gemäß 2 im Querschnitt nach einer Montage in einer Gerätegehäuseöffnung,
4 das Belüftungselement gemäß 2 in einer Sicht von der Seite nach einer Montage in einer Gerätegehäuseöffnung,
5 das Belüftungselement gemäß 2 nach einer Montage in einer Gerätegehäuseöffnung, wobei eine Sicht vom Gehäuseinneren gezeigt ist, und
6 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Belüftungselement, das bei dem elektrischen Gerät gemäß 1 eingesetzt werden kann.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 10, das mit einem elektrischen Gerät 20 ausgestattet ist. Im Gerätinneren, also im Inneren des metallischen Gehäuses 25 des elektrischen Geräts 20 befindet sich eine Ansteuerkomponente 30 für eine aus Gründen der Übersicht nicht weiter dargestellte Antriebskomponente des Schienenfahrzeugs 10. Bei der Ansteuerkomponente 30 kann es sich beispielsweise um einen Schalter, beispielsweise einen Halbleiterschalter, und/oder einen Umrichter handeln.
In der 1 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass in dem metallischen Gerätegehäuse 25 eine Öffnung 40 vorhanden ist, in der ein Belüftungselement 50 eingesetzt ist. Das Belüftungselement 50 ermöglicht eine Be- und Entlüftung des Gerätegehäuseinneren durch mindestens einen Lüftungskanal. Das Be- und Entlüften des Gerätegehäuseinneren ist in der 1 schematisch durch einen Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen D visualisiert.
Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Belüftungselement 50, das in die Öffnung 40 im metallischen Gerätegehäuse 25 (vgl. 1) eingesetzt ist.
Das Belüftungselement 50 umfasst einen metallischen Ring 60, der einen Flanschabschnitt 70 sowie einen Schraubabschnitt 80 umfasst. Der Flanschabschnitt 70 liegt auf einem Dichtring 90 auf, der zwischen dem Flanschabschnitt 70 und der Geräteaußenseite 100 der Gehäusewand 110 des metallischen Gerätegehäuses 25 angeordnet ist.
Der Schraubabschnitt 80 des metallischen Ringes 60 erstreckt sich durch die Öffnung 40 in der Gehäusewand 110 des metallischen Gerätegehäuses 25 hindurch und ist mittels einer Mutter 120 in der Öffnung 40 fixiert. Es lässt sich erkennen, dass die Mutter 120 auf der Geräteinnenseite 130 der Gehäusewand 110 aufliegt.
In der 2 lässt sich darüber hinaus eine Innenkappe 140 erkennen, die aus einem aufschäumbaren bzw. intumeszierenden Material 150 besteht. Erreicht das Material 150 der Innenkappe eine vorgegebene Aktivierungstemperatur, so vergrößert sich das Volumen des Materials 150 durch Aufschäumen.
Durch das Belüftungselement 50 erstreckt sich ein Lüftungskanal 160, der auf der Geräteinnenseite eine innere Kanalöffnung 170 sowie auf der Geräteaußenseite 100 eine Vielzahl äußerer Kanalöffnungen 180 aufweist. Durch den Lüftungskanal 160 bzw. durch die äußeren Kanalöffnungen 180 und die innere Kanalöffnung 170 ist eine Be- und Entlüftung des Geräteinneren des elektrischen Gerätes 20 gemäß 1 möglich.
In der 2 lässt sich erkennen, dass sich der Lüftungskanal 160 durch die Innenkappe 140 und damit durch das aufschäumbare Material 150 hindurch erstreckt; denn die innere Kanalöffnung 170 befindet sich im Bereich der Innenkappe 140.
Kommt es zu einem Gerätebrand im Inneren des elektrischen Gerätes 20 gemäß 1, so wird aufgrund der eintretenden Erwärmung das Material 150 der Innenkappe 140 seine Aktivierungstemperatur erreichen und aufschäumen, wodurch die innere Kanalöffnung 170 verschlossen und der Lüftungskanal 160 blockiert wird. Eine weitere Be- oder Entlüftung des Geräteinneren wird somit unterbunden, so dass damit einhergehend auch kein Sauerstoff von außen in das Geräteinnere gelangen kann. Durch das Aufschäumen und den Verschluss des Lüftungskanals 160 im Falle eines Brandes wird somit ein zuverlässiger Brandschutz bzw. eine zuverlässige Brandbekämpfung ermöglicht.
Wie sich in der 2 darüber hinaus erkennen lässt, sind die äußeren Kanalöffnungen 180 des Lüftungskanals 160 der Gehäusewand 110 des metallischen Gerätegehäuses 25 zugewandt. Luft, die durch den Lüftungskanal 160 von außen in das Geräteinnere strömen oder umgekehrt vom Geräteinneren nach außen strömen will, wird somit im Lüftungskanal 160 um 180° umgelenkt.
Die 3 zeigt das Belüftungselement 50 gemäß 2 in einem Querschnitt. Man sieht die aus dem Material 150 bestehende Innenkappe 140, die mit einem ringförmigen Befestigungsabschnitt 200 in den Schraubabschnitt 80 des metallischen Ringes 60 eingesteckt ist und somit von dem metallischen Ring 60 gehalten wird.
Darüber hinaus erkennt man die Mutter 120, die auf den Schraubabschnitt 80 des metallischen Ringes 60 aufgeschraubt ist und gemeinsam mit dem Flanschabschnitt 70 das Belüftungselement 50 an der Gehäusewand 110 hält.
Der in den 2 und 3 dargestellte Dichtring 90 zwischen dem Flanschabschnitt 70 und der Geräteaußenseite 100 der Gehäusewand 110 ist vorteilhaft, um eine zuverlässige Abdichtung des Belüftungselements 50 in der Öffnung 40 zu ermöglichen. Trotzdem ist der Dichtring 90 nicht zwingend nötig; der Flanschabschnitt 70 könnte alternativ auch unmittelbar auf der Geräteaußenseite 100 der Gehäusewand 110 aufliegen.
In der 3 erkennt man darüber hinaus die äußeren Kanalöffnungen 180, die der Geräteaußenseite 100 der Gehäusewand 110 zugewandt sind. Es lässt sich erkennen, dass Luft L, die von außen in das Geräteinnere strömen will, innerhalb des äußeren Deckelabschnitts 210 des Belüftungselements 50 um näherungsweise 180° umgelenkt wird, bevor sie die innere Kanalöffnung 170 in der Innenkappe 140 des Belüftungselements 50 erreicht. In entsprechender Weise erfolgt eine Umlenkung der Luft im Lüftungskanal 160 im Falle eines Luftflusses vom Geräteinneren durch das Belüftungselement 50 nach außen.
Die 4 zeigt das Belüftungselement 50 gemäß den 2 und 3 in einer Sicht von der Seite. Man erkennt die Positionierung der Innenkappe 140 und die des Deckelabschnitts 210 des Belüftungselements 50 relativ zur Gehäusewand 110 des metallischen Gerätegehäuses 25.
Die 5 zeigt in einer dreidimensionalen Sicht vom Geräteinneren nochmals eine Darstellung der aus dem aufschäumbaren bzw. intumeszierenden Material 150 bestehenden Innenkappe 140. Es lässt sich die innere Kanalöffnung 170 erkennen, die mit den in der 5 nicht gezeigten äußeren Kanalöffnungen (vgl. 2) des Belüftungselements 50 zusammenarbeiten.
Die 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Belüftungselement 50, wie es bei dem elektrischen Gerät 20 gemäß 1 eingesetzt werden kann.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 5 ist bei dem Belüftungselement 50 gemäß 6 die Innenkappe 140 mit einer Mehrzahl an Löchern ausgestattet, die innere Kanalöffnungen 170 des Lüftungskanals 160 bilden. Der Luft, die zur Be- oder Entlüftung den Lüftungskanal passiert, stehen somit mehrere innere Kanalöffnungen 170 an der Schnittstelle zum Geräteinneren zur Verfügung.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 5.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Elektrisches Gerät (20) mit einem metallischen Gerätegehäuse (25) und zumindest einer elektrischen Komponente (30), die sich in dem metallischen Gerätegehäuse (25) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass – in dem metallischen Gerätegehäuse (25) eine Öffnung (40) vorhanden ist, in der ein Belüftungselement (50) eingesetzt ist, das eine Be- und Entlüftung des Gerätegehäuseinneren durch mindestens einen Lüftungskanal (160) des Belüftungselements (50) ermöglicht, – wobei das Belüftungselement (50) ein Material (150) aufweist, das im Falle einer Erwärmung bei Erreichen einer Aktivierungstemperatur sein Volumen vergrößert und dadurch den mindestens einen Lüftungskanal (160) verschließt.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (20) eine Komponente eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs (10), bildet.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (20) innerhalb des Fahrzeugs (10) angeordnet ist.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (20) eine Antriebskomponente oder eine elektrische Ansteuerkomponente (30) für eine Antriebskomponente des Fahrzeugs (10) enthält.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (20) einen Schaltschrank bildet, der mindestens ein elektrisches Schaltelement enthält.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (20) einen Verteilerschrank bildet, der mindestens ein elektrisches Verteilerelement enthält.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (150) bei Erwärmung aufschäumt.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein intumeszierendes Material ist.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lüftungskanal (160) zumindest abschnittsweise in dem Material (150) angeordnet ist und dieses durchsetzt.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Belüftungselement (50) einen metallischen Ring (60) umfasst, der in die Öffnung (40) in dem metallischen Gerätegehäuse (25) eingesetzt ist, und – der metallische Ring (60) das Material (150) trägt.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft (L) in dem Lüftungskanal (160) um mindestens 180° umgelenkt wird.
Elektrisches Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Lüftungskanal (160) mindestens eine innere Kanalöffnung (170) auf der Geräteinnenseite (130) und mindestens eine äußere Kanalöffnung (180) auf der Geräteaußenseite (100) aufweist und – die Kanalöffnungen (170, 180) senkrecht zur Öffnungsfläche der Öffnung (40) in dem Gerätegehäuse (25) gesehen überschneidungsfrei sind.
Schienenfahrzeug (10) mit einem elektrischen Gerät (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Belüften eines elektrischen Geräts (20) mit einem metallischen Gerätegehäuse (25), in dem sich zumindest eine elektrische Komponente (30) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass – durch einen Lüftungskanal (160) in einem Belüftungselement (50), das in einer Öffnung (40) im metallischen Gerätegehäuse (25) eingesetzt ist, eine Be- und Entlüftung des Gerätegehäuseinneren erfolgt, solange die Temperatur im Bereich des Belüftungselements (50) eine vorgegebene Aktivierungstemperatur unterschreitet, und – bei Erreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Aktivierungstemperatur der mindestens eine Lüftungskanal (160) durch eine Volumenvergrößerung eines Materials (150) des Belüftungselements (50) verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Aktivierungstemperatur der mindestens eine Lüftungskanal (160) durch ein thermisch bedingtes Aufschäumen des Materials (150) verschlossen wird.