DE102013207178A1

DE102013207178A1 - Housing for an electronic device

Info

Publication number: DE102013207178A1
Application number: DE102013207178.7A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Feuchter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-10-23
Also published as: EP2987393A1; WO2014170078A1

Abstract

Es werden ein Gehäuse für ein elektronisches Gerät und ein solches Gerät vorgestellt. Das Gehäuse weist einen Grundkörper (20) aus Kunststoff, der als Halterung für Komponenten des elektronischen Geräts dient, mindestens ein Kühlelement, das mit dem Grundkörper (20) verbunden ist, Bleche, die in dem Gehäuse vorgesehen und mit dem Grundkörper mechanisch verbunden sind, und einen Deckel, der den Grundköper (20) verschließt, auf.A housing for an electronic device and such a device are presented. The housing has a base body (20) made of plastic, which serves as a holder for components of the electronic device, at least one cooling element which is connected to the base body (20), metal sheets which are provided in the housing and are mechanically connected to the base body, and a lid which closes the base body (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektronisches Gerät, insbesondere ein leistungselektronisches Gerät, wie bspw. einen Wechselrichter, sowie ein solches Gerät.The invention relates to a housing for an electronic device, in particular a power electronic device, such as, for example, an inverter, and such a device.

Stand der TechnikState of the art

Elektronische Geräte weisen regelmäßig ein Gehäuse auf. Unter einem Gehäuse ist dabei eine feste Hülle zu verstehen, die das elektronische Gerät umgibt und so dieses und die in dem elektronischen Gerät enthaltenen Komponenten bzw. Bauteile vor äußeren Einflüssen schützt. Bei elektronischen Geräten dient das Gehäuse u.a. als Berührschutz vor hohen Spannungen und auch dazu, die Umgebung des Geräts vor im Gerät erzeugter elektromagnetischer Strahlung sowie die Elektronik im Gerät vor elektromagnetischen Störquellen in der Umgebung zu schützen. Dies fällt in den Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).Electronic devices regularly have a housing. A housing is to be understood as a solid shell which surrounds the electronic device and thus protects this and the components or components contained in the electronic device against external influences. For electronic devices, the housing u.a. as a protection against high voltages and also to protect the environment of the device from electromagnetic radiation generated in the device as well as the electronics in the device from sources of electromagnetic interference in the area. This falls within the field of electromagnetic compatibility (EMC).

Ein Beispiel für ein elektronisches Gerät ist ein Wechselrichter. Wechselrichter, die auch als Inverter bezeichnet werden, sind leistungselektronische Geräte, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichten. Diese werden bspw. in Photovoltaikanlagen eingesetzt, um elektrischen Gleichstrom, der in Solarmodulen photovoltaisch erzeugt wird, in Wechselstrom zu wandeln. Derartige Wechselrichter werden als Solarwechselrichter bezeichnet, die einen Teil von Photovoltaikanlagen, die der Einspeisung von elektrischem Strom in ein elektrisches Netz dienen, darstellen.An example of an electronic device is an inverter. Inverters, also referred to as inverters, are power electronic devices which convert a DC voltage into an AC voltage or a DC current into an AC current. These are used, for example, in photovoltaic systems to convert direct electrical current, which is generated photovoltaically in solar modules, into alternating current. Such inverters are referred to as solar inverters, which constitute a part of photovoltaic systems which serve to feed electric current into an electrical network.

Bekannte Geräte bestehen aus einem Druckguss- oder Blechgehäuse, in das die leistungselektronischen Teilkomponenten, wie bspw. Drosseln, Leiterplatten, elektrische Anschluss- und Verbindungselemente, eingebaut sind. Zum Teil wird auch eine Kombination aus Blechgehäuse und Kunststoffdeckel oder Vollblechgehäuse mit Kunststoff-Designcover verwendet.Known devices consist of a die-cast or sheet metal housing, in which the power electronic sub-components, such as. Chokes, circuit boards, electrical connection and connecting elements are installed. In part, a combination of sheet metal housing and plastic lid or solid sheet metal housing with plastic design cover is used.

Gehäuse aus Vollkunststoff werden nur bei kleinen Leistungen, bei denen EMV-Störungen unkritisch sind, eingesetzt. Nachteilig bei all diesen Lösungen sind das hohe Gewicht und die hohen Kosten.All-plastic housings are only used for small power ratings where EMC interference is not critical. A disadvantage of all these solutions are the high weight and high costs.

Das Metallgehäuse bei bekannten Ausführungen übernimmt dabei sowohl die Funktion der mechanischen Verbindung der Komponenten als auch eine Kühlfunktion zur Abfuhr der Verlustwärme. Darüber hinaus bewirkt das Metallgehäuse eine Schirmwirkung gegen elektromagnetische Abstrahlungen und Einstrahlungen. Weiterhin sind Funktionalitäten zur Unterstützung der Handhabung, Standfüße und ähnliches in das Gehäuse integriert.The metal housing in known embodiments assumes both the function of the mechanical connection of the components and a cooling function to dissipate the heat loss. In addition, the metal housing causes a screening effect against electromagnetic emissions and radiation. Furthermore, functionalities to support the handling, feet and the like are integrated into the housing.

Aus der Druckschrift DE 20 2006 008 792 U1 ist ein Solarwechselrichter bekannt, der ein erstes Gehäuseteil, das als ein Kühlkörper dient, und ein zweites Gehäuseteil zur Aufnahme von elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters umfasst. Sowohl das erste Gehäuseteil als auch das zweite Gehäuseteil weisen eine Lufteintrittsöffnung sowie eine Luftaustrittsöffnung auf. Auf diese Weise gewährleistet der Solarwechselrichter eine ausreichende Kühlung für seine elektronischen Komponenten.From the publication DE 20 2006 008 792 U1 a solar inverter is known, which comprises a first housing part, which serves as a heat sink, and a second housing part for receiving electronic components of the solar inverter. Both the first housing part and the second housing part have an air inlet opening and an air outlet opening. In this way, the solar inverter ensures sufficient cooling for its electronic components.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Gehäuse nach Anspruch 1 und ein elektronisches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Weiterhin wird hierin ein Grundkörper beschrieben, der zusammen mit einem Deckel, das vorgestellte Gehäuse bildet.Against this background, a housing according to claim 1 and an electronic device with the features of claim 9 are presented. Embodiments result from the dependent claims and the description. Furthermore, a base body is described herein, which together with a lid, the imaginary housing forms.

Durch den vorgestellten Aufbau des Gehäuses mit dem Grundkörper und dem mindestens einen Kühlelement ist eine ausreichende Kühlung des Geräts und insbesondere der Komponenten des Geräts sichergestellt. Die eingesetzten Bleche bieten eine wirksame Abschirmung, so dass die Anforderungen hinsichtlich EMV erfüllt werden können. Das beschriebene Gehäusekonzept erfüllt somit alle vorstehend genannten Funktionen, hat aber deutliche Vorteile hinsichtlich des Gewichts und der Kosten.The presented construction of the housing with the main body and the at least one cooling element ensures sufficient cooling of the device and in particular of the components of the device. The panels used provide effective shielding so that the requirements for EMC can be met. The housing concept described thus fulfills all the above functions, but has significant advantages in terms of weight and cost.

Das beschriebene Gehäuse besteht in einer Ausführung aus einem Grundkörper aus Kunststoff, der die Halte- bzw. Tragfunktion für alle weiteren Komponenten, wie bspw. Drosseln, Kühlelemente, Leiterplatten, Verbindungselemente usw., des Geräts darstellen. Die Wärmeabfuhr aus dem Gehäuseinneren erfolgt in Ausgestaltung zusätzlich über einen Luftkühler, der mit dem Kunststoffgrundkörper unmittelbar bzw. dicht verbunden sein kann. Auf dem Luftkühler können die verlustbehafteten Bauteile von innen montiert sein. Sind als Komponenten bzw. Bauteile Drosseln vorgesehen, so werden diese typischerweise ebenfalls dicht mit dem Kunststoffgrundkörper verbunden. The housing described in one embodiment consists of a base made of plastic, which represent the holding or supporting function for all other components, such as. Chokes, cooling elements, circuit boards, fasteners, etc., of the device. The heat dissipation from the inside of the housing takes place in a design in addition via an air cooler, which may be directly or tightly connected to the plastic body. On the air cooler, the lossy components can be mounted from the inside. Are provided as components or components chokes, they are typically also connected tightly to the plastic body.

Die Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung erfolgt durch gezielte Einbringung von einzelnen Blechen in das Gehäuse, die galvanisch mit dem Kühlkörper und ggf. mit den Drosselgehäusen verbunden sind und mit dem Schutzleiteranschluss des Geräts und ggf. mit anderen Komponenten eine zusammenhängende Massefläche bilden können. Der Grundkörper aus Kunststoff wird von der Vorderseite mit einem Deckel, der gestaltet ist und auch als Designdeckel bezeichnet werden kann, ebenfalls dicht verschlossen, so dass keine Verunreinigungen eindringen können. Die Bleche sind typischerweise mechanisch mit dem Grundkörper verbunden.The shielding against electromagnetic radiation takes place by targeted introduction of individual sheets in the housing, which are galvanically connected to the heat sink and possibly with the throttle bodies and can form a coherent ground surface with the protective conductor terminal of the device and possibly with other components. The main body made of plastic is also sealed from the front with a lid that is designed and can also be called a design cover, so that no impurities can penetrate. The sheets are typically mechanically connected to the base body.

Die wesentlichen Vorteile des vorgestellten Konzepts sind die geringeren Kosten, und zwar etwa Faktor 2 gegenüber Blechgehäusen und etwa Faktor 3 gegenüber Gussgehäusen sowie ein geringeres Gewicht als bei einem Blech- oder Gussgehäuse. Die EMV-Abschirmung erfolgt durch gezieltes Einbringen und Verbinden von Blechen an den kritischen Stellen, was einen minimalistischen Ansatz darstellt. Zur normgerechten Abschirmung werden die metallischen Komponenten, und somit Bauteile, die für eine Schirmung relevant sind, wie Kühlelement und ggf. Luftkühler, Drosselgehäuse und EMV-Bleche, galvanisch miteinander und ggf. mit dem Schutzleiteranschluss im Gerät verbunden. Metallische Teile, die der Erwärmung dienen, sind berührungsgeschützt zweckmäßigerweise nur an der Rückseite des Geräts angeordnet. Zu beachten ist, dass Design-Gesichtspunkte sich in Kunststoff leichter abbilden lassen. Weiterhin ist durch das Kunststoffgehäuse eine elektrische Isolierung gegeben. Die Ausführung des Grundkörpers in Kunststoff bietet eine einfache Möglichkeit, weitere Funktionen, wie Kabelführungen, Befestigungspunkte, Standfüße, Griffmulden, kostengünstig zu integrieren. Grundsätzlich verbindet der Grundkörper alle Komponenten mechanisch miteinander.The main advantages of the proposed concept are the lower costs, namely about 2 times compared to sheet metal housings and about 3 times compared to cast housings and a lower weight than a sheet metal or cast housing. The EMC shielding is done by targeted introduction and joining of sheets at the critical points, which represents a minimalist approach. For standard-compliant shielding, the metallic components, and thus components that are relevant for shielding, such as cooling element and possibly air cooler, throttle body and EMC sheets, galvanically connected to each other and possibly to the protective conductor connection in the device. Metallic parts that serve to heat, are protected against contact expediently only on the back of the device. It should be noted that design aspects are easier to reproduce in plastic. Furthermore, electrical insulation is provided by the plastic housing. The execution of the body in plastic provides an easy way to integrate other functions, such as cable guides, mounting points, feet, recessed grips, cost-effective. Basically, the main body mechanically connects all components with each other.

Die Bleche, die in dem Gehäuse vorgesehen sind, können bspw. in dem Grundkörper eingegossen sein. Der Grundkörper wiederum kann so gestaltet sein, dass weder elektrisch leitende noch thermisch heiße Metallteile im Betrieb berührt werden können.The sheets, which are provided in the housing may, for example, be poured into the body. The main body in turn can be designed so that neither electrically conductive nor thermally hot metal parts can be touched during operation.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Gehäusedeckel in einer Draufsicht. 1 shows a housing cover in a plan view.

2 zeigt den Gehäusedeckel aus 1 in einer perspektivischen Darstellung. 2 shows the housing cover 1 in a perspective view.

3 zeigt einen Grundkörper aus Kunststoff. 3 shows a basic body made of plastic.

4 zeigt Komponenten in dem Gehäuse. 4 shows components in the housing.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

In 1 ist eine Ausführung eines Deckels, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen, gezeigt. Dieser Deckel 10 dient zum Verschließen eines Grundkörpers eines Gehäuses der hierin beschriebenen Art und stellt einen Teil des Gehäuses dar. Der Deckel 10 ist in dieser Ausführung aus einem Kunststoff gefertigt, weist einen im wesentlichen rechteckförmigen Grundriss mit abgerundeten Ecken auf. Weiterhin sind in dem Deckel 10 ein Servicebereich mit abnehmbaren Deckel 12 und ein elektrischer Anschlussbereich 14 mit abnehmbarem Deckel vorgesehen. Darüber hinaus ist eine erste Öffnung 13 für eine Anzeige und eine zweite Öffnung 15 für einen Sensor in dem Deckel 10 vorgesehen. Diese befinden sich in der Mitte des Deckels 10. Weiterhin sind im oberen Bereich des Deckels 10 drei Öffnungen 16 vorgesehen, die zur Montage des Deckels 10 an einem Grundkörper dienen. Durch diese Öffnungen 16 können bspw. Schrauben geführt werden. Der Deckel 10 wird entweder auf einen Grundkörper geklipst und/oder verschraubt. In diesem Fall sind typischerweise noch mehr Öffnungen als die drei dargestellten Öffnungen 16 vorgesehen.In 1 is an embodiment of a lid, in total with the reference numeral 10 provided, shown. This lid 10 serves to close a body of a housing of the type described herein and forms part of the housing. The lid 10 is made in this embodiment of a plastic, has a substantially rectangular floor plan with rounded corners. Furthermore, in the lid 10 a service area with removable lid 12 and an electrical connection area 14 provided with removable lid. In addition, a first opening 13 for a display and a second opening 15 for a sensor in the lid 10 intended. These are located in the middle of the lid 10 , Furthermore, in the upper part of the lid 10 three openings 16 provided for the assembly of the lid 10 serve on a base body. Through these openings 16 For example, screws can be guided. The lid 10 is either clipped onto a base and / or screwed. In this case, there are typically even more openings than the three openings shown 16 intended.

Die gezeigte Gestaltung des Deckels 10 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Der Deckel 10 kann auch vollkommen geschlossen sein, Montageelemente an der Seite tragen und mehr als ein Sichtfenster oder mehr als ein Bedienfenster aufweisen, die auch beliebig dimensioniert, gestaltet und positioniert sein können. Bedienfenster, die auch als Serviceöffnungen bezeichnet werden, können separat verschlossen sein.The illustrated design of the lid 10 is merely an example. The lid 10 can also be completely closed, carry mounting elements on the side and have more than one window or more than one control window, which can also be arbitrarily dimensioned, designed and positioned. Operating windows, which are also referred to as service openings, can be closed separately.

In 2 ist der Deckel 10 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei die erste Öffnung 13 und die zweite Öffnung 15 und damit die Anzeige und der Sensor mit einer Sichtscheibe 17 abgedeckt sind.In 2 is the lid 10 shown in a perspective view, wherein the first opening 13 and the second opening 15 and thus the display and the sensor with a viewing window 17 are covered.

In 3 ist eine Ausführung des Grundkörpers 20 bzw. des Grundgehäuses dargestellt. Dieser Grundkörper 20 ist aus Kunststoff gefertigt und bildet den mechanischen Aufbaurahmen. Die Gestaltung des Grundkörpers 20 wird unter Berücksichtigung der mechanischen und gestalterischen Anforderungen vorgenommen. Hierzu weist der Grundkörper 20 eine Reihe von Verbindungen 22 zu einem Kühlkörper, die eine Durchführung zu dem Kühlkörper darstellen, und Durchführungen 23 für Kabel auf.In 3 is an embodiment of the basic body 20 or of the basic housing. This basic body 20 is made of plastic and forms the mechanical body frame. The design of the basic body 20 is made taking into account the mechanical and design requirements. For this purpose, the basic body 20 a series of connections 22 to a heat sink, which is a passage to the heat sink, and feedthroughs 23 for cable on.

In 4 sind mögliche Komponenten des vorgestellten Geräts in zwei unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Die Figur zeigt Drosseln 32 sowie Bleche 34, die als EMV-Schutzbleche dienen und an unterschiedlichen Stellen in unterschiedlicher Ausbildung vorgesehen sind. Diese Bleche 34 sind somit in das Gerät bzw. das Gehäuse eingebracht. Weiterhin zeigt die Darstellung Kühlelemente 36, die als Kühlkörper ausgebildet sind und zum Kühlen des Inneren des Gehäuses dienen.In 4 are possible components of the presented device in two different Views shown. The figure shows throttles 32 as well as sheets 34 , which serve as EMC fenders and are provided in different places in different training. These sheets 34 are thus introduced into the device or the housing. Furthermore, the illustration shows cooling elements 36 , which are formed as a heat sink and serve to cool the interior of the housing.

Wichtig ist, dass der metallische Kühlkörper, ggf. die metallischen Drosselgehäuse und die EMV-Bleche galvanisch miteinander und typischerweise mit dem Schutzleiter verbunden sind. Dies dient der EMV-Schirmung. Die Bleche sind wie beschrieben in unterschiedlichen Ausbildungen vorgesehen, was bedeuten kann, dass es keine Vollbleche, sondern z.B. Lochbleche sein können. Dies hängt regelmäßig von den EMV-technischen Randbedingungen ab. Von Bedeutung ist, dass die schirmrelevanten Bauteile, d.h. typischerweise die metallischen Bauteile, galvanisch miteinander verbunden sind.It is important that the metallic heat sink, possibly the metallic throttle body and the EMC sheets are galvanically connected to each other and typically to the protective conductor. This is for EMC shielding. The sheets are provided in different configurations as described, which may mean that there are no solid sheets, but e.g. Can be perforated sheets. This regularly depends on the EMC technical conditions. Of importance is that the screen relevant components, i. typically the metallic components are galvanically interconnected.

Die Komponenten, die in 4 gezeigt sind, können nunmehr im Grundkörper 20, der in 2 gezeigt ist, von außen angebracht, wie bspw. Drosseln und Kühlkörper, oder in den Innenraum, wie bspw. Leiterplatten, EMV-Bleche, eingebracht werden. Die von außen angebrachten Komponenten werden dicht mit dem Kunststoffgehäuse verbunden. Deren elektrische Anschlüsse werden durch die Durchführungen 23 in den Innenraum geführt. Dieser Grundkörper 20 wird abschließend mit dem Deckel 10 aus 1 abgeschlossen, so dass die Komponenten sicher verwahrt sind. Der Grundkörper 20 zusammen mit dem Deckel 10 bilden das Gehäuse, in dem die Komponenten, wie diese bspw. in 4 wiedergegeben sind, aufgenommen sind. Das Gehäuse und die Komponenten bilden das elektronische Gerät. Die Wärmeabfuhr der Komponenten, die Verlustleistungsquellen darstellen, erfolgt durch gezielte Anbindung derselben an den bzw. die Kühlkörper bzw. Kühlelemente. The components in 4 can now be shown in the main body 20 who in 2 is shown attached from the outside, such as. Chokes and heat sink, or in the interior, such as. Printed circuit boards, EMC sheets, are introduced. The externally mounted components are tightly connected to the plastic housing. Their electrical connections are through the bushings 23 led into the interior. This basic body 20 will conclude with the lid 10 out 1 completed so that the components are safely stored. The main body 20 together with the lid 10 form the housing in which the components, such as these, for example, in 4 are reproduced. The housing and the components form the electronic device. The heat dissipation of the components that constitute power loss sources, by targeted connection of the same to the or the heat sink or cooling elements.

Zur Kühlung des Inneren des Gehäuses kann auch ein Luftkühler vorgesehen sein, der dann zweckmäßigerweise dicht mit dem Grundkörper 20 verbunden ist. Auf diesen Luftkühler können Komponenten, insbesondere die verlustbehafteten und damit Abwärme erzeugenden Komponenten, angebracht werden. Auf diese Weise wird effektiv gekühlt.For cooling the interior of the housing, an air cooler may be provided, which then expediently sealed to the base body 20 connected is. On this air cooler components, in particular the lossy and thus waste heat generating components can be attached. This effectively cools.

Das vorgestellte Gehäuse kann bei Photovoltaik-Wechselrichtern zum Einsatz kommen, lässt sich aber bei beliebigen anderen Geräten mit leistungselektronischen Komponenten einsetzen.The proposed housing can be used with photovoltaic inverters, but can be used with any other devices with power electronic components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202006008792 U1 [0007]

Claims

Housing for an electronic device, having a base body ( 20 ) made of plastic, which serves as a holder for components of the electronic device, at least one cooling element ( 36 ), which is connected to the main body ( 20 ), sheets ( 34 ), which are provided in the housing and with the main body ( 20 ) are mechanically connected, and a lid ( 10 ), the basic body ( 20 ), wherein components which are relevant for shielding are galvanically connected to one another.

Housing according to claim 1, which is designed for an inverter.

Housing according to Claim 1 or 2, in which throttles ( 32 ) are provided as components of the electronic device, which are connected to the main body ( 20 ) are connected.

Housing according to claim 3, wherein the throttle body of the throttles ( 32 ) are galvanically connected to the sheets.

Housing according to one of claims 1 to 4, in which the sheets ( 34 ) form a coherent ground plane with the protective terminal of the device.

Housing according to one of claims 1 to 5, in which a ventilation cooler as one of the at least one cooling element ( 36 ) is provided.

Housing according to claim 6, wherein components of the device are mounted from the inside to the air cooler.

Housing according to one of claims 1 to 7, in which in the base body ( 20 ) further functions are integrated.

Electronic device with a housing according to one of claims 1 to 8.

Electronic device according to claim 9, which is designed as an inverter.