DE102017221999B4 - Housing for an electronic device, electronic device with a housing - Google Patents
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Abstract
Offenbart wird ein Gehäuse (GH) für eine Elektronikvorrichtung (EV) mit einer zu einem Gehäuseinnenraum (GI) führenden Ventilanordnung (VA), die ein zum Gehäuseinnenraum (GI) sperrendes Rückschlagventil (RV) umfasst und eingerichtet ist, das Rückschlagventil (RV) zu öffnen, wenn die Temperatur im Gehäuseinnenraum (GI) über einem vorgegebenen Referenztemperaturwert liegt.Ferner wird eine Elektronikvorrichtung mit einem Gehäuse beschrieben.Disclosed is a housing (GH) for an electronic device (EV) with a valve housing (VA) leading to a housing interior (GI), which comprises a housing interior (GI) blocking check valve (RV) and is adapted to the check valve (RV) open when the temperature in the housing interior (GI) is above a predetermined reference temperature value.Further an electronic device is described with a housing.
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Elektronikvorrichtung und eine Elektronikvorrichtung mit einem genannten Gehäuse.The present invention relates to a housing for an electronic device and an electronic device with a said housing.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:State of the art and object of the invention:
Elektronikvorrichtungen, wie z. B. Wechselrichter oder Gleichrichter, sind bekannt und werden unter anderem im Automobilbereich verwendet. Zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen werden die Elektronikvorrichtungen in der Regel in Gehäusen untergebracht. Funktionsbedingt weisen die Elektronikvorrichtungen in der Regel eine hohe Verlustleistung auf, was wiederum zu einem starken Anstieg der Innentemperatur im Gehäuseinnenraum und somit zu einem starken Anstieg des Luftdrucks bzw. zu einer starken Schwankung des Luftdrucks im Gehäuseinnenraum führt.Electronic devices, such. As inverters or rectifiers, are known and used, inter alia, in the automotive sector. To protect against mechanical damage, the electronic devices are usually housed in enclosures. Functionally, the electronic devices generally have a high power loss, which in turn leads to a sharp increase in the internal temperature in the housing interior and thus to a sharp increase in air pressure or to a strong variation of the air pressure in the housing interior.
Um die Gehäusen vor über- bzw. unterdruckbedingter Beschädigung zu schützen, werden diese mit Öffnungen zum Druckausgleich ausgestattet.In order to protect the housings from over- or under pressure-related damage, these are equipped with openings for pressure equalization.
Die
Durch die Öffnungen können jedoch Flüssigkeit, speziell Wasser, bzw. Feuchtigkeit in den Gehäuseinnenraum gelangen und an den Elektronikvorrichtungen Korrosion oder sonstige Beschädigungen herbeiführen.Through the openings, however, liquid, especially water, or moisture can get into the housing interior and bring about corrosion or other damage to the electronic devices.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der eine Elektronikvorrichtung wirksam vor Beschädigung durch Feuchtigkeit geschützt werden kann.Thus, the object of the present application is to provide a way by which an electronic device can be effectively protected from damage by moisture.
Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse für eine Elektronikvorrichtung bereitgestellt.According to a first aspect of the invention, a housing for an electronic device is provided.
Das Gehäuse umfasst eine zu einem Gehäuseinnenraum führende Ventilanordnung, die ein zum Gehäuseinnenraum sperrendes Rückschlagventil umfasst und eingerichtet ist, das Rückschlagventil zu öffnen, wenn die Temperatur im Gehäuseinnenraum über einem vorgegebenen Referenztemperaturwert liegt.The housing comprises a valve arrangement leading to a housing interior, which comprises a non-return valve which closes the housing interior and is arranged to open the check valve when the temperature in the housing interior is above a predetermined reference temperature value.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine Elektronikvorrichtung, insb. bei einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug, während des Betriebs eine zum Teil hone Verlustleistung erzeugt, wodurch die Innentemperatur im Gehäuseinnenraum bis zu 100°C oder gar darüber hinaus ansteigt. Nach dem Betrieb der Elektronikvorrichtung bspw. während eines Stillstandes des Kraftfahrzeugs kühlt sich die Elektronikvorrichtung (schnell) bis auf Umgebungstemperatur ab. Diese Wärmezyklen führen bei dem Gehäuse der Elektronikvorrichtung zu Pumpverhalten und weiter zu möglicher Anreicherung von Feuchtigkeit im Gehäuseinnenraum, insb. durch Kondensation bei späterer Abkühlung des Gehäuses. Speziell im Leistungselektronikbereich mit einem großen Volumen beim Gehäuseinnenraum entstehen eine starke Temperaturschwankung im Gehäuseinnenraum und ein damit gebundenen Anstieg der Feuchtigkeit im Gehäuseinnenraum.The invention is based on the idea that an electronic device, esp. In an application in a motor vehicle, during operation generates a partially hone power loss, whereby the internal temperature in the housing interior up to 100 ° C or even higher. After the operation of the electronic device, for example, during a standstill of the motor vehicle, the electronic device cools (fast) down to ambient temperature. These heat cycles lead in the housing of the electronic device to pumping behavior and further to possible accumulation of moisture in the housing interior, esp. By condensation during subsequent cooling of the housing. Especially in the power electronics sector with a large volume in the housing interior, a strong temperature fluctuation in the housing interior and an associated increase in the humidity in the housing interior.
Nach einer langen betriebsfreien Zeit der Elektronikvorrichtung bspw. nach einer langen Standzeit des Kraftfahrzeugs passt sich die Feuchtigkeit im Gehäuseinnenraum über die Zeit der Außenfeuchtigkeit an, was wiederum durch das Pumpverhalten infolge der Temperaturschwankung in der Gehäuseumgebung über Tag-/Nachtzyklen oder infolge von Sonnenstrahlung verstärkt wird.
Die über die Zeit ansteigende Feuchtigkeit im Gehäuseinnenraum führt wiederum zu Beschädigungen an der Elektronikvorrichtung, wie z. B. Wachstum von Dendriten, Korrosion, sonstigen Alterungserscheinungen oder Bauteilversagen durch Feuchtesättigung.After a long idle time of the electronic device, for example, after a long life of the motor vehicle, the moisture in the housing interior over the time of the external moisture adapts, which in turn is reinforced by the pumping behavior due to the temperature variation in the housing environment over day / night cycles or as a result of solar radiation ,
The rising over time moisture in the housing interior in turn leads to damage to the electronic device, such. B. growth of dendrites, corrosion, other signs of aging or component failure by moisture saturation.
Druckausgleichselemente, welche zum Druckausgleich an den Öffnungen angeordnet und dazu verwendet werden können, die Öffnungen wasserdicht und zugleich luft- und somit dampfdurchlässig zu verschließen, können das Eindringen der Feuchtigkeit im Idealfall verlangsamen, aber nicht vollständig verhindern.Pressure compensation elements, which can be arranged to compensate for pressure at the openings and used to seal the openings watertight and at the same time air and thus vapor permeable, can slow down the penetration of moisture ideally, but not completely prevent.
Um den Gehäuseinnenraum dennoch trocken zu halten, wird das Gehäuse mit einer zum Gehäuseinnenraum führenden Ventilanordnung versehen, die ein zum Gehäuseinnenraum sperrendes Rückschlagventil umfasst.In order to keep the interior of the housing still dry, the housing is provided with a leading to the housing interior valve assembly comprising a housing interior blocking check valve.
Mit dem Rückschlagventil, das zum Gehäuseinnenraum sperrt und somit den Gehäuseinnenraum im Normalfall (bei einer niedrigen Innentemperatur im Gehäuseinnenraum) gegenüber der Gehäuseumgebung luftdicht verschließt, kann die Ventilanordnung Anreicherung der Feuchtigkeit durch Pumpverhalten infolge einer Temperaturschwankung im Gehäuseinnenraum verhindern.With the check valve, which blocks the housing interior and thus the housing interior in the normal case (at a low internal temperature in the housing interior) against the housing environment hermetically seals, the valve assembly accumulation of moisture through Prevent pumping due to a temperature fluctuation in the housing interior.
Durch Öffnen des Rückschlagventils im Falle einer hohen Innentemperatur kann die warme, mit hoher Feuchtigkeit angereicherte Luft vom Gehäuseinnenraum in die Gehäuseumgebung abgeführt werden. Folglich kann der Gehäuseinnenraum getrocknet werden.By opening the check valve in the event of a high internal temperature, the warm, high-humidity air from the housing interior can be dissipated in the housing environment. Consequently, the housing interior can be dried.
Damit ist die Möglichkeit bereitgestellt, eine Elektronikvorrichtung wirksam vor Feuchtigkeit und somit vor Beschädigung durch die Feuchtigkeit zu schützen.This provides the ability to effectively protect an electronic device from moisture and thus damage from moisture.
Bspw. ist die Ventilanordnung ferner eingerichtet, das Rückschlagventil zu öffnen, wenn der Luftdruckunterschied zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Gehäuseumgebung über einer vorgegebenen Druckdifferenz liegt.For example. the valve assembly is further configured to open the check valve when the air pressure difference between the housing interior and the housing environment is above a predetermined pressure difference.
Bspw. umfasst die Ventilanordnung ferner eine Halteeinheit aus einem Thermobimetall, die eingerichtet ist, das Rückschlagventil zu öffnen, wenn die Temperatur im Gehäuseinnenraum über dem Referenztemperaturwert liegt, und das Rückschlagventil zu schließen, wenn die Temperatur im Gehäuseinnenraum unter dem vorgegebenen Referenztemperaturwert liegt. Die Halteeinheit wirkt quasi wie ein Aktuator und bewegt das Rückschlagventil unter anderem abhängig von der Temperatur im Gehäuseinnenraum zwischen einer öffnenden und einer schließenden Position.For example. The valve assembly further comprises a thermobimetal holding unit configured to open the check valve when the temperature in the housing interior is above the reference temperature value and to close the check valve when the temperature in the housing interior is below the predetermined reference temperature value. The holding unit acts like an actuator and moves the check valve, among other things, depending on the temperature in the housing interior between an opening and a closing position.
Bspw. ist die Halteeinheit ferner eingerichtet, das Rückschlagventil zu öffnen, wenn der Luftdruckunterschied zwischen dem Gehäuseinnenraum und der Gehäuseumgebung über der vorgegebenen Druckdifferenz liegt.For example. the holding unit is further configured to open the check valve when the air pressure difference between the housing interior and the housing environment is above the predetermined pressure difference.
Bspw. liegt der Referenztemperaturwert bei 100°C, bei 90°C, bei 80° oder bei 70°C.For example. the reference temperature value is 100 ° C, 90 ° C, 80 ° or 70 ° C.
Bspw. ist die Ventilanordnung im Gehäuseinnenraum angeordnet. Dadurch wird die Ventilanordnung vom Gehäuse vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt.For example. If the valve arrangement is arranged in the housing interior. As a result, the valve assembly is protected from external mechanical influences by the housing.
Das Gehäuse umfasst bspw. ferner eine Gehäusewand, die eine erste Gasdurchlassöffnung aufweist. Dabei ist die Ventilanordnung bspw. ferner eingerichtet, bei der Temperatur im Gehäuseinnenraum unter dem vorgegebenen Referenztemperaturwert mit dem Rückschlagventil in einem geschlossenen Zustand die erste Gasdurchlassöffnung geschlossen zu halten. Außerdem ist die Ventilanordnung bspw. eingerichtet, bei der Temperatur im Gehäuseinnenraum über dem vorgegebenen Referenztemperaturwert mit dem Rückschlagventil in einem offenen Zustand die erste Gasdurchlassöffnung offen zu halten.The housing further includes, for example, a housing wall having a first gas passage opening. In this case, the valve arrangement is, for example, further configured to keep the first gas passage opening closed at the temperature in the interior of the housing below the predetermined reference temperature value with the non-return valve in a closed state. In addition, the valve arrangement is, for example, set up to keep the first gas passage opening open at the temperature in the housing interior above the predetermined reference temperature value with the check valve in an open state.
Bspw. umfasst das Gehäuse ein erstes, wasserdichtes und beidseitig gasdurchlässiges Druckausgleichselement, das die erste Gasdurchlassöffnung beidseitig wasserdicht und beidseitig gasdurchlässig verschließt. Insb. ist das Druckausgleichselement in Form von einer selbstklebenden, wasserdichten und zugleich gasdurchlässigen Membran ausgebildet.
Bspw. umfasst das Gehäuse eine zweite Gasdurchlassöffnung und ein zweites, wasserdichtes und einseitig gasdurchlässiges Druckausgleichselement, das die zweite Gasdurchlassöffnung beidseitig wasserdicht und vom Gehäuseinnenraum in die Gehäuseumgebung einseitig gasdurchlässig verschließt.For example. the housing comprises a first, water-tight and gas-permeable pressure-equalizing element on both sides, which seals the first gas passage opening watertight on both sides and gas-permeable on both sides. Esp. the pressure compensation element is in the form of a self-adhesive, waterproof and gas-permeable membrane.
For example. The housing comprises a second gas passage opening and a second, water-tight and one-sided gas-permeable pressure compensation element which seals the second gas passage opening watertight on both sides and gas-permeable on one side from the housing interior into the housing environment.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Elektronikvorrichtung bereitgestellt.According to yet another aspect of the invention, an electronic device is provided.
Die Elektronikvorrichtung umfasst ein zuvor beschriebenes Gehäuse und eine Elektronikanordnung. Dabei ist die Elektronikanordnung im Gehäuseinnenraum angeordnet und wird vom Gehäuse vor mechanischen Einflüssen und vor Feuchtigkeit geschützt.The electronic device comprises a previously described housing and an electronic assembly. The electronic assembly is arranged in the housing interior and is protected by the housing from mechanical influences and moisture.
Zu den genannten Elektronikanordnungen gehören bspw. Wechselrichter, Gleichrichter, Gleichspannungswandler, Batterien oder Elektromotoren.The mentioned electronic devices include, for example, inverters, rectifiers, DC-DC converters, batteries or electric motors.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Gehäuses sind, soweit möglich, auf die oben genannte Elektronikvorrichtung übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Elektronikvorrichtung anzusehen.Advantageous embodiments of the housing described above are, as far as possible, transferable to the above-mentioned electronic device, to be regarded as advantageous embodiments of the electronic device.
Beschreibung der Zeichnung:Description of the drawing:
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Querschnittdarstellung eine Leistungselektronikvorrichtung
Die Leistungselektronikvorrichtung
Das Gehäuse
An der Gehäusewand GW weist das Gehäuse
Das Gehäuse
Das Gehäuse
Das Gehäuse GH umfasst ferner ein zweites, beidseitig wasserdichtes und einseitig gasdurchlässiges Druckausgleichselement
Dabei sind die beiden Druckausgleichselemente
Das Gehäuse
Die Ventilanordnung
The valve arrangement
Hierzu weist die Halteeinheit HE eine vordefinierte Verschlusskraft (bspw. Federkraft) auf und ist eingerichtet, bei der Gehäuseinnentemperatur von unter bspw. 100°C und bei dem Gehäuseinnenluftdruck, der weniger als 0,2 oder 0,5 bar unter dem Luftdruck in der Gehäuseumgebung
Wenn die Gehäuseinnentemperatur bspw. über 100°C steigt, so verformt sich die Halteeinheit
Durch die nun offene erste Gasdurchlassöffnung
Bei einem Unterdruck im Gehäuseinnenraum
Durch die offene erste Gasdurchlassöffnung
In einem Normalfall im Gehäuseinnenraum
Im Unterdruckfall, in dem der Gehäuseinnenluftdruck mehr als 0,2 bar unter dem Außenluftdruck liegt, gibt die Halteeinheit
Im Übertemperaturfall, in dem die Gehäuseinnentemperatur höher als bspw. 100°C liegt, öffnet die Halteeinheit HE durch aktives Verformen des Thermobimetalls das Rückschlagventil
Damit ist die Luftzirkulation durch die mit der Ventilanordnung VA gezielt beeinflusste Ein- und Ausatmung des Gehäuses
Dadurch, dass die Ventilanordnung
Dadurch, dass die Ventilanordnung
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