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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Baueinheit und insbesondere für einen Micro-Inverter. Gehäuse für elektrische Bauteile müssen insbesondere beim Außeneinsatz regelmäßig gegenüber Wasser dicht ausgeführt sein. Wird ein anzuschließendes Kabel durch eine Wandung des Gehäuses durchgeführt, so muss die Anschlussstelle abgedichtet werden, um die geforderte Wasserdichtigkeit einzuhalten. Weiterhin wird regelmäßig eine ausreichende Zugentlastung gefordert, damit das Kabel vor Auszug aus dem Gehäuse gesichert ist.
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Kernanforderungen an die Wanddurchführungen von Kabeln durch Gehäuse mit elektrischen Baueinheiten wie Micro-Invertern sind deshalb stets die Dichtigkeit gegen Wasser und der Widerstand gegen den Auszug des Kabels aus dem Gehäuse bzw. dem Micro-Inverter. Es gibt verschiedene Lösungsansätze, um die geforderte Dichtigkeit herzustellen. Beispielsweise wird an das aus dem Gehäuse herausführende Kabel ein Kunststoffelement angespritzt, welches durch die Gehäusewand nach außen ragt, um den Eintritt von Feuchtigkeit zwischen dem Kabel und dem umspritzten Kunststoffteil verhindern soll. Ein Schrumpfschlauch kann zuvor über das äußere Kabelende und das umspritzte Kunststoffteil aufgeschoben werden, welcher sich durch Hitzeeinwirkung zusammenzieht und eine Abdichtung zwischen dem Kabel und Kunststoffteil bewirkt.
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Grundsätzlich gewährleistet ein solches System zunächst einen zuverlässigen Schutz vor Eintritt von Wasser. Außerdem wirkt der Schrumpfschlauch auch als elastische Zugentlastung.
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Es hat sich allerdings gezeigt, dass eine solche Lösung nicht immer dauerhaft die gestellten Anforderungen erfüllt. Befindet sich das Gehäuse im Außeneinsatz und wird es den Umweltbedingungen ausgesetzt, so kann schon die natürliche UV-Strahlung zu einem Alterungsprozess des Schrumpfschlauches führen, sodass dessen elastischen Eigenschaften im Laufe der Zeit nachlassen. Das führt zu einer Versprödung. Treten zudem mechanische Belastungen durch beispielsweise Biegen des Kabels auf, führt dies zu einer erhöhten Belastung, die durch Frost und Wassereinwirkung noch verstärkt werden kann. Dadurch können Risse oder andere Undichtigkeiten entstehen, die den Wassereintritt in das Gehäuse ermöglichen.
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Um Probleme durch Alterung und durch mechanische Belastungen zu verringern, können weitere Bauteile verwendet werden, wie z. B. eine Crimphülse oder andere Einrichtungen, die den Schrumpfschlauch oder andere Dichtelemente umgeben und somit vor Umwelteinflüssen schützen. Nachteilig daran sind allerdings der durch die Bauteile erhöhte Aufwand und auch der erheblich erhöhte Aufwand bei der Montage.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse für eine elektrische Baueinheit und insbesondere für einen Micro-Inverter und ein Verfahren zur Montage zur Verfügung zu stellen, womit mit geringerem Aufwand auch bei Einsatz im Freien eine hohe Dichtigkeit gegen Wassereintritt gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse für eine elektrische Baueinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein elektrisches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
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Ein erfindungsgemäßes Gehäuse für eine elektrische Baueinheit und insbesondere für einen Micro-Inverter weist wenigstens eine Wandung auf, welche eine Innenseite von einer Außenseite trennt. Es ist wenigstens eine Kabeldurchführung an der Wandung vorgesehen, wobei an der Kabeldurchführung ein Kabel von der Außenseite durch die Wandung zu der Innenseite geführt wird. Die Kabeldurchführung weist auf der Innenseite eine Hülse auf, durch welche das Kabel durchgeführt ist. Wenigstens ein vorgespanntes und/oder elastisches Dichtelement umspannt wenigstens einen Längsabschnitt der Hülse und einen sich insbesondere direkt daran anschließenden Längsabschnitt des auf der Innenseite der Wandung angeordneten Kabels dicht.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gehäuses für eine elektrische Baueinheit besteht darin, dass die Kabeldurchführung auf der Innenseite des Gehäuses eine insbesondere von der Kabeldurchführung direkt nach innen abstehende Hülse aufweist, durch welche das Kabel durchgeführt ist und an welcher ein Dichtelement das Kabel und die Hülse dicht umspannt.
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Durch diese Konstruktion wird das oder wenigstens ein Dichtelement von außerhalb des Gehäuses in das Innere hinein verlegt, sodass das vorgespannte und/oder elastische Dichtelement nicht außerhalb des Gehäuses in der Umgebung bzw. im Freien angeordnet ist, sondern innerhalb des Gehäuses auf der Innenseite der Wandung. Dadurch wird die Hülse und/oder das Dichtelement zuverlässig vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt. UV-Strahlung kann beispielsweise nicht auf das Dichtelement auftreffen und zu einer Versprödung oder Alterung des Dichtelementes führen.
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Dadurch, dass das Gehäuse dicht ist, wird auch ein schädlicher Einfluss durch Wasser und insbesondere gefrierendes Wasser von dem Dichtelement abgehalten. Insgesamt wird ein Gehäuse für eine elektrische Baueinheit zur Verfügung gestellt, welches eine dauerhafte und zuverlässige Dichtung der Kabeldurchführung gegen Eintritt von Wasser aufweist.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Gehäuses ist, dass die Kabeldurchführung mit dem Dichtelement weiterhin eine zuverlässige Auszugsicherung zur Verfügung stellt. Alterungserscheinungen durch wechselnde Biegebewegungen des Kabels werden weitestgehend verhindert, da das Dichtelement im Inneren des Gehäuses aufgenommen ist, wo Bewegungen des Kabels weitestgehend unterdrückt werden, selbst wenn an der Außenseite des Gehäuses das dort angeschlossene Kabel hin und her bewegt wird.
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Die Erfindung ermöglicht so die Bereitstellung eines elektrischen Gerätes, wie beispielsweise eines Micro-Inverters mit einem Gehäuse und einem Innenraum, der durch wenigstens eine Wandung von einer bzw. der Umgebung getrennt ist. Wenigstens eine Kabeldurchführung ist an der Wandung vorgesehen. An der Kabeldurchführung wird ein Kabel von der Umgebung durch die Wandung in den Innenraum bzw. das Innere des Gehäuses geführt. Die Kabeldurchführung weist eine in den Innenraum des Gehäuses von der Wandung bzw. der Kabeldurchführung abstehende Hülse auf, durch welche das Kabel durchgeführt ist. Wenigstens ein insbesondere vorgespanntes und/oder elastisches Dichtelement umgibt wenigstens einen Längsabschnitt der Hülse und des im Innenraum des Gehäuses angeordneten Kabels dicht.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Dichtelement bzw. wenigstens ein Dichtelement schlauchförmig ausgestaltet ist. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist das Dichtelement eine Klebstoffbeschichtung wenigstens auf der Innenseite des Dichtelementes auf. Durch eine derartige Klebstoffbeschichtung wird bei der Montage eine zuverlässige und sichere Haftung des Dichtelementes an dem Kabel und/oder an der Hülse gewährleistet.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Hülse insbesondere einstückig mit der Kabeldurchführung ausgebildet ist. In bevorzugten Ausgestaltungen umfasst das Dichtelement wenigstens einen Schrumpfschlauch. Das Dichtelement und/oder wenigstens ein Schrumpfschlauch besteht insbesondere wenigstens teilweise aus wenigstens einem polymeren Werkstoff. In bevorzugten Ausgestaltungen besteht das Dichtelement und/oder der Schrumpfschlauch wenigstens teilweise aus wenigstens einem vernetztem Polyethylen. Das Dichtelement kann insbesondere aus wenigstens einem Material bestehen, welches einer Gruppe von Materialien entnommen ist, welche Polyolefine, Polyvinylidenfluorid, Fluorelastomere, Fluorkautschuk, Polyvinylchlorid und Polytetrafluorethen umfasst. Polyvinylchlorid kann als PVDF und Polyvinylchlorid als PVC und Polytetrafluorethen als PTFE abgekürzt werden. PTFE ist auch unter dem Handelsnamen Teflon bekannt.
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Ein Schrumpfschlauch, welcher aus einem oder mehreren der genannten Materialien besteht, weist positive Eigenschaften auf. Der Schrumpfschlauch besteht insbesondere aus Kunststoff und zieht sich unter Hitzeeinwirkung zusammen. Dadurch wird eine zuverlässige Abdichtung des Kabels gegenüber der Hülse und somit gegenüber dem Gehäuse gewährleistet. Das Schrumpfverhältnis kann unterschiedlich sein und hängt von den konkreten Bedingungen ab. Die Klebstoffbeschichtung auf der Innenseite des Dichtelementes kann insbesondere als Heißkleber ausgeführt sein, sodass bei Erwärmung des Schrumpfschlauches der Heißkleber als Klebstoffbeschichtung aktiviert wird und eine feste und/oder dichte Verklebung mit dem Kabel ermöglicht.
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Durch eine solche Klebstoffbeschichtung wird eine erhebliche Unabhängigkeit des Dichtsystems von dem Material des Mantels des Kabels erzielt. Insbesondere im Fall von strahlenvernetztem Material des Schrumpfschlauches kann es schwierig sein, eine Haftung zu dem umspritzten Körper zu erzielen, sodass eine Klebstoffbeschichtung die Dichtigkeit erheblich fördert.
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Das Dichtelement dient insbesondere auch als eine auf Druck belastete Zugentlastung für das Kabel. Wird von außen an dem Kabel gezogen, so wird das im Inneren des Gehäuses befestigte Kabel mit einer Kraft nach außen beaufschlagt, wodurch das das Kabelende umgebende Dichtelement auf Druck belastet wird.
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In bevorzugten Weiterbildungen ist die Hülse einstückig mit dem Gehäuse vorgesehen. Die Kabeldurchführung umfasst dann die an dem Gehäuse vorgesehene Hülse und wenigstens ein separates Dichtelement.
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Wird die Hülse einstückig mit dem Gehäuse gefertigt, so wird eine besonders dichte und einfache Ausgestaltung ermöglicht, bei der Leckagen zuverlässig verhindert werden.
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Beispielsweise kann die Hülse zusammen mit dem Gehäuse einstückig spritzgegossen oder auf eine andere Art hergestellt werden. Möglich ist es dabei, dass die Hülse aus dem gleichen Material wie das Gehäuse besteht. Die Hülse kann aber auch aus einem anderen Material bestehen, wenn z. B. ein geeignetes Spritzgussverfahren eingesetzt wird, bei dem auch unterschiedliche Materialien während eines Gussvorganges verarbeitet werden können.
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In anderen Ausgestaltungen ist es aber auch bevorzugt, dass die Kabeldurchführung ein von der Wandung separates Bauteil ist. Dadurch wird auch eine Vormontage des Kabels an der Kabeldurchführung ermöglicht.
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Die Kabeldurchführung kann wenigstens eine Nut aufweisen, an welcher die Kabeldurchführung an der Wand aufnehmbar ist bzw. aufgenommen ist. Dadurch wird eine formschlüssige Aufnahme der Kabeldurchführung an der Wandung des Gehäuses ermöglicht. Zur Abdichtung kann ein Klebstoffmaterial oder ein sonstiges Dichtmaterial eingesetzt werden.
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Vorzugsweise ist die Kabeldurchführung als ein an das Kabel angespritzter Körper ausgebildet. Dann wird bei der Herstellung das Kabel umspritzt, sodass die Kabeldurchführung fest mit dem Kabel verbunden wird. Zur weiteren Abdichtung dient das Dichtelement, welches insbesondere als Schrumpfschlauch ausgebildet ist und die Hülse der Kabeldurchführung dauerhaft dicht gegenüber dem Kabel abdichtet.
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Vorzugsweise besteht die Kabeldurchführung wenigstens teilweise und insbesondere wenigstens im Wesentlichen vollständig aus einem thermoplastischen Material.
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Insbesondere besteht der Körper der Kabeldurchführung vollständig aus einem thermoplastischen Material.
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Zwischen dem Kabel und der Hülse kann ein Dichtmaterial vorgesehen sein. Beispielsweise kann zwischen dem Kabel und der Hülse ein Silikon enthaltenes Material vorgesehen sein, um den Eintritt von Feuchtigkeit von der Außenseite des Gehäuses in einen möglicherweise zwischen dem Kabel und der Kabeldurchführung auftretenden Spalt weitestgehend zu verhindern.
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Das erfindungsgemäße elektrische Gerät ist insbesondere als Micro-Inverter oder dergleichen ausgeführt und weist ein Gehäuse auf, wie es zuvor beschrieben wurde.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum dichten Anbringen eines Kabels an einer Wandung eines Gehäuses für eine elektrische Baueinheit wird so durchgeführt, dass an der Wandung des Gehäuses eine Kabeldurchführung mit einer Hülse und einem durch die Hülse führenden Kabel derart angeordnet wird, dass die Hülse auf der Innenseite von der Wandung absteht. Die Hülse und das Kabel werden auf der Innenseite der Wandung wenigstens abschnittsweise von einem vorgespannten und/oder elastischen Dichtelement umgeben.
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Auch das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile, da es eine einfache und dauerhaft dichte Montage ermöglicht.
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Vorzugsweise wird das Dichtelement aufgeschrumpft. Die Kabeldurchführung kann an das Kabel angespritzt werden.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz im Solarbereich, da sie eine zuverlässige Funktion kostengünstig zur Verfügung stellt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
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1 einen stark schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Gehäuses;
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2 eine perspektivische schematische Ansicht auf einen Teil eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einer daran aufgenommenen Kabeldurchführung;
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3 einen stark schematischen Querschnitt der Darstellung nach 2;
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4 die Einzelteile des Gehäuses nach 2; und
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5 einen stark schematischen Querschnitt einer Variante eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
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Mit Bezug auf die 1 bis 4 wird im Folgenden ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 für eine elektrische Baueinheit 20 und insbesondere für einen Micro-Inverter 50 erläutert. Bei dem Gehäuse 1 aus 1 ist eine Seitenwandung abgenommen oder für die Zeichnung weggeschnitten, damit der Innenraum 13 des Gehäuses 1 erkennbar ist. Im fertig montierten Zustand ist das Gehäuse 1 wasserdicht und kann auch gasdicht ausgeführt sein.
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Das Gehäuse 1 bzw. der Micro-Inverter 50 eignen sich besonders gut für den Einsatz auf dem Gebiet der Fotovoltaik. Das Gehäuse ist dauerhaft dicht und führt den Außeneinsatz geeignet. Der Eintritt von Feuchtigkeit kann über lange Zeiträume verhindert werden. Es werden nur wenige und einfache Bauteile benötigt und die Montage ist einfach und unaufwendig.
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Im Inneren des Gehäuses 1 ist eine elektrische Baueinheit 20 vorgesehen, die über einzelne Adern mit einem Kabel 6 verbunden ist. Das Kabel kann mehrere einzeln isolierte Adern aufweisen. An einer Wandung 2 des Gehäuses 1 ist eine Kabeldurchführung 5 angeordnet, durch die das Kabel 6 aus dem Innenraum 13 in die Umgebung 14 hinausgeführt wird. An der Innenseite 3 der Wandung 2 umfasst die Kabeldurchführung 5 eine sich von der Innenseite 3 aus in den Innenraum 13 erstreckende Hülse 7, durch welche das Kabel 6 durchgeführt ist.
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Ein Endbereich des Kabels 6 und ein Endbereich der Hülse 7 sind von einem Dichtelement 8 umgeben. Das Dichtelement 8 hält zuverlässig den Eintritt von Wasser und Feuchtigkeit aus der Umgebung 14 in den Innenraum 13 ab.
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Die Kabeldurchführung 5 mit dem Dichtelement 8 dient auch als Zugentlastung 15 für das Kabel 6. Falls von außen an dem Kabel 6 gezogen wird, wird das Dichtelement auf Druck belastet, was die Dichtwirkung sogar noch verstärken kann.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen Teil des Gehäuses 1, bei dem eine Wandung 2 mit der Kabeldurchführung abgebildet ist. Da in der Darstellung gemäß 2 mehrere Wandungen 2 ganz oder teilweise weggeschnitten wurden, ist der Innenraum 13 des Gehäuses 1 zu sehen. Die Kabeldurchführung 5 weist Nuten 16 auf, in die Teile der Wandung 2 hineinragen, sodass die Kabeldurchführung 5 formschlüssig an der Wandung 2 aufgenommen ist.
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3 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung gemäß 2. In dem Innenraum 13 des Gehäuses 1 erstreckt sich die Hülse 7 von der Innenseite 3 der Wandung 2 aus nach innen. Das Kabel 6 wird durch das Innere der Kabeldurchführung 5 durchgeführt. An einem Längsabschnitt 9 der Hülse und einem sich direkt daran anschließenden Längsabschnitt 10 des Kabels werden die Hülse 7 und das Kabel 6 von einem Dichtelement 8 umgeben, welches hier als Schrumpfschlauch 18 ausgeführt ist oder einen solchen umfasst.
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Die Kabeldurchführung 5 ist hier als umspritzter Körper 17 ausgebildet, der durch Umspritzen des Kabels 6 hergestellt wurde. Der Schrumpfschlauch 18 sorgt für eine dichte Verbindung zwischen der äußeren Oberfläche des Kabels 6 und der Hülse 7 und somit der Kabeldurchführung 5, wodurch der Innenraum 13 des Gehäuses 1 zuverlässig und dauerhaft vor dem Eintritt von Feuchtigkeit geschützt wird.
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4 zeigt in einer Art einer Explosionsdarstellung die einzelnen Komponenten.
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Es ist möglich, dass die Kabeldurchführung 5 durch Umspritzung des Kabels 6 hergestellt wird. Es ist auch möglich, dass die Kabeldurchführung 5 bzw. der Körper 17 als separates Bauteil zunächst hergestellt wird. Anschließend kann das Kabel 6 durch die Kabeldurchführung 5 durchgeschoben werden, sodass das Kabel 6 auf der Innenseite 3 aus der dort vorgesehenen Öffnung austritt. Ein Schrumpfschlauch 18 kann über das Ende des Kabels 6 und die Hülse 7 aufgeschoben werden. Insbesondere durch Hitzeeinwirkung wird der Schrumpfschlauch geschrumpft, sodass eine feste und dichte Verbindung zwischen dem Kabel 6 und der Hülse 7 zur Verfügung gestellt wird.
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5 zeigt eine modifizierte Variante eines Gehäuses 1, wobei hier der Schrumpfschlauch 18 als Dichtelement 8 auf der Innenseite eine Klebstoffbeschichtung 11 aufweist. Dadurch kann eine besonders dichte Verbindung zwischen dem Kabel 6 und dem Dichtelement 8 erzielt werden.
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Des Weiteren ist im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ein Dichtmaterial 19 zwischen dem Kabel 6 und der Kabeldurchführung 5 zu sehen, welches beispielsweise Silikon umfasst. Dadurch kann eine weitgehend dichte Verbindung zwischen dem Kabel 6 und dem Inneren der Kabeldurchführung 5 erzielt werden. Die nach innen hin abschließende und dichte Barriere wird durch das Dichtelement 8 gewährleistet.
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Es ist möglich und bevorzugt, dass auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 bis 4 eine Klebstoffbeschichtung 11 auf der Innenseite des Dichtelementes 8 bzw. des Schrumpfschlauches 18 und/oder ein Dichtmaterial 19 vorgesehen sind.
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Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Gehäuse 1 und das erfindungsgemäße elektrische Gerät 50 einen dauerhaft dichten Anschluss eines Kabels, sodass ein längerer zuverlässiger Betrieb eines solchen elektrischen Gerätes 50 ermöglicht wird. Auch bei dem Außeneinsatz kann eine dauerhaft zuverlässige Funktion gewährleistet werden, da das Dichtelement 8 im Inneren des Gehäuses 1 vorgesehen und somit geschützt vor den Umgebungsbedingungen aufgenommen ist.
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Mechanische Belastungen durch beispielsweise Biegen des Anschlusskabels wirken sich praktisch nicht auf das im Inneren angeordnete Dichtelement 8 aus. Dadurch können Probleme durch Versprödung vermieden werden. Der Verlust der Dichteigenschaften kann praktisch ausgeschlossen werden.
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Der im Inneren des Gehäuses aufgenommene Schrumpfschlauch 18 ist gegen sämtliche im täglichen Betrieb auftretenden Belastungen gut geschützt aufgenommen. Die Langzeiteigenschaften eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 werden signifikant verbessert.
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Gleichzeitig wird durch die Erfindung eine wirtschaftlich vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht. Der im Inneren des Gehäuses vorgesehene Schrumpfschlauch 18 bewirkt einerseits eine effektive Abdichtung und andererseits wird eine vorteilhafte Zugentlastung zur Verfügung gestellt, ohne dass zusätzliche Bauteile wie z. B. eine Crimphülse oder weitere Elastomere-Komponenten im Vorfeld montiert und anschließend umspritzt werden müssen.
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Es ist bevorzugt, an die Leitung einen Körper 17 anzuspritzen, dessen Außenkontur die Kabeldurchführung 5 bildet und der an die Wandung 2 des Gehäuses 1 angepasst ist. Zur geeigneten Montage eines im Inneren des Gehäuses 1 vorgesehenen Dichtungselementes wird im Inneren ein rohrförmiges und insbesondere zylinderförmiges Element an die Kabeldurchführung angeformt. Darauf kann das Dichtelement aufgebracht und ein Schrumpfschlauch insbesondere aufgeschrumpft werden, sodass das Eindringen von Wasser zuverlässig verhindert wird.
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Insbesondere für den Solarbereich, bei dem elektrische Geräte und Gehäuse mit elektrischen Baueinheiten im Außenbereich montiert werden müssen, bietet die Erfindung große Vorteile. Das erfindungsgemäße Gehäuse ist einfach zu montieren und kann kostengünstig hergestellt und montiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Wandung
- 3
- Innenseite
- 4
- Außenseite
- 5
- Kabeldurchführung
- 6
- Kabel
- 7
- Hülse
- 8
- Dichtelement
- 9
- Längsabschnitt der Hülse
- 10
- Längsabschnitt des Kabels
- 11
- Klebstoffbeschichtung
- 12
- Innenseite des Dichtelements
- 13
- Innenraum
- 14
- Umgebung
- 15
- Zugentlastung
- 16
- Nut
- 17
- Körper
- 18
- Schrumpfschlauch
- 19
- Dichtmaterial
- 20
- Baueinheit
- 50
- Elektrisches Gerät, Micro-Inverter
