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Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronikvorrichtung bzw. eine Leistungselektronikvorrichtung, wie z. B. einen Leistungsinverter, einen Leistungsgleichspannungswandler oder eine leistungselektrische Ladevorrichtung, insb. für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
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Elektronikvorrichtungen bzw. Leistungselektronikvorrichtungen, wie z. B. Leistungsinverter, Leistungsgleichspannungswandler oder leistungselektrische Ladevorrichtungen, sind funktionsbedingt brandgefährdet. Insb. können Komponenten dieser Vorrichtungen bei Störungen oder Defekten, wie z. B. Lichtbögen oder elektrischen Kurzschlüssen, Brände auslösen. Brände bei diesen Vorrichtungen können wiederum zu weiterführenden Schäden, wie z. B. Ausfall der Vorrichtungen, führen.
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Es besteht allgemein eine hohe Anforderung an einer Funktionssicherheit bei diesen Vorrichtungen, insb. bei einer Anwendung dieser Vorrichtungen in Kraftfahrzeugen.
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Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit zur Erhöhung der Funktionssicherheit bei den zuvor genannten Vorrichtungen bereitzustellen.
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Beschreibung der Erfindung:
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der Erfindung wird eine Elektronikvorrichtung bzw. eine Leistungselektronikvorrichtung, insb. für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, bereitgestellt.
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Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, das einen Hohlraum (luftdicht) umschließt. Die Vorrichtung weist ferner einen Schaltungsträger, wie z. B. eine Leiterplatte oder ein Keramik-Substrat (wie DCB- oder AMB-Substrat) auf, auf dem eine elektrische Schaltung der Vorrichtung gebildet ist. Der Schaltungsträger ist in dem Hohlraum des Gehäuses angeordnet und somit von dem Gehäuse (bis auf deren externen elektrischen Anschlüsse vollständig) (luftdicht) umschlossen. Die Vorrichtung weist außerdem einen optischen Rauchmelder (bzw. Rauchdetektor) auf, der ebenfalls in dem Hohlraum und auf dem Schaltungsträger angeordnet ist und somit von dem Gehäuse (luftdicht) umschlossen ist. Dabei ist der Rauchmelder eingerichtet, eine Rauchentwicklung innerhalb des Hohlraumes zu detektieren und bei Detektion einer Rauchentwicklung ein Signal, bspw. ein Warn- oder ein Steuersignal, an die elektrische Schaltung abzugeben.
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Eine (Leistungs-)Elektronikvorrichtung bzw. deren (Leistungs-)Elektronikkomponenten oder deren Schaltungsträger können bei Störungen bzw. Defekten in der (Leistungs-)Elektronikvorrichtung Brände innerhalb des Gehäuses der (Leistungs-)Elektronikvorrichtung auslösen. Bei derartigen Bränden entstehen zunächst Rauchentwicklungen, bevor die Temperatur innerhalb des Gehäuses messbar verändert.
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Eine Branddetektion mithilfe eines Temperatursensors erfolgt somit oft mit einer Verzögerung, da ein Temperaturanstieg erst mit der Brandentwicklung erfolgt. Insb. kann ein Temperatursensor erst bei einer fortgeschrittenen Brandentwicklung einen Temperaturanstieg innerhalb des Gehäuses erfassen, insb. wenn der Temperatursensor räumlich von dem Ort des Brandgeschehens beabstandet platziert ist. Dies verhindert wiederum, rechtzeitig Gegenmaßnahmen zur Vermeidung der Folgeschäden der Brände wie der Lichtboden oder elektrischer Kurzschlüsse zu ergreifen. Andererseits führt ein lokaler vorübergehender Brand bei der (Leistungs-)Elektronikvorrichtung, der nach einer kurzen Branddauer selbst erlöscht, nicht zwangsläufig zu einem Temperaturanstieg. Dennoch könnte in diesem Fall die (Leistungs-)Elektronikvorrichtung auch Schaden erlitten haben, was zu einer fehlerhaften Funktion der (Leistungs-)Elektronikvorrichtung führen kann.
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Diese mit dem Temperatursensor verbundenen Nachteile lassen sich durch den Einsatz des zuvor beschriebenen Rauchmelders bzw. Rauchdetektors zuverlässig vermeiden. Dadurch, dass ein Brand bei der (Leistungs-)Elektronikvorrichtung in der Regel rasch zu einer Rauchentwicklung an der Brandstelle führt und der Rauch sich auch schnell im Hohlraum des Gehäuses verteilt, kann der Rauchmelder im Hohlraum des Gehäuses wesentlich schneller den Brand erkennen als ein Temperatursensor. Selbst ein lokal beschränkter vorübergehender Brand kann der Rauchmelder wesentlich zuverlässiger erkennen, da viele der in einer (Leistungs-)Elektronikvorrichtung eingesetzten Materialien, wie z. B. Epoxidharz, auch bei einem kurzzeitigen vorübergehenden Brand schnell und eine vergleichsweise große Menge an Brandrauch entwickeln können.
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Durch die Anordnung des Rauchmelders auf dem Schaltungsträger kann dieser in der (unmittelbaren) Nähe zu oder inmitten der elektrischen Schaltung angeordnet werden und entsprechend kann der Übertragungsweg des Signals von dem Rauchmelder an die elektrische Schaltung möglichst kurz ausgeführt werden. Dieser kurze Übertragungsweg verringert wiederum die Gefahr, dass die Signalübertragung von dem Rauchmelder an die elektrische Schaltung bei einem Brand durch Feuer oder Hitze gestört gar unterbrochen wird.
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Dadurch kann ein Brand vergleichsweise frühzeitig und zuverlässig erkannt und zugleich zuverlässig der elektrischen Schaltung vermittelt werden. Beim Empfang des Signals von dem Rauchmelder kann die elektrische Schaltung geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von möglichen Folgeschäden des Brandes, wie z. B. Lichtbögen oder elektrische Kurzschlüsse, einleiten. Damit können Folgeschäden im Falle eines Brandes zuverlässig vermieden und die Funktionssicherheit der (Leistungs-)Elektronikvorrichtung erhöht werden.
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Dabei kann die elektrische Schaltung eingerichtet sein, als eine der möglichen Maßnahmen die gesamte (Leistungs-)Elektronikvorrichtung stromfrei zu schalten.
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Der Rauchmelder bzw. Rauchdetektor kann bspw. durch eine Leuchtdiode und einen Fototransistor bzw. eine Fotodiode kostengünstig realisiert werden. Wenn Rauch zwischen der Leuchtdiode und dem Fototransistor gelangt, kann das gesamte Gehäuse mit der enthaltenen Elektronik stromfrei geschaltet werden. Ohne Stromversorgung erlöschen alle Brände in der Regel von selbst, da keine weitere Energiezufuhr stattfindet.
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Die beschriebene Lösung mit dem Rauchmelder kann insb. in Leistungselektronikvorrichtungen, speziell für die Anwendung in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, eingesetzt werden.
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Bspw. kann das Signal zusätzlich als ein Warnsignal ausgeführt sein oder ein Warnsignal bzw. eine Warninformation aufweisen, das bzw. die veranlasst, geeignete Maßnahmen einzuleiten. Ist die oben beschriebene Elektronikvorrichtung als eine Komponente eines Kraftfahrzeugs ausgeführt, so kann das Signal den Halter des Fahrzeugs warnen und ihn dazu veranlassen, z. B. eine Werkstatt aufzusuchen, um zu überprüfen, ob die Elektronikvorrichtung beschädigt ist.
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Bspw. weist die elektrische Schaltung einen steuerbaren Sicherheitsschalter auf, der an einer (Versorgungs-)Stromverbindung der Vorrichtung elektrisch angeschlossen ist, die die Vorrichtung und einer externen Stromquelle elektrisch verbindet. Der Sicherheitsschalter ist eingerichtet, in einem geschlossenen Schaltzustand die Vorrichtung zur Stromübertragung mit der externen Stromquelle elektrisch zu verbinden und in einem offenen Schaltzustand die elektrische Verbindung zwischen der Vorrichtung und der externen Stromquelle zu unterbrechen. Der Sicherheitsschalter weist einen Steuersignalanschluss auf und ist über diesen und über eine (direkte) Signalverbindung signaleingangsseitig an dem Signalausgang des Rauchmelders signaltechnisch verbunden. Der Rauchmelder ist ferner eingerichtet, bei Detektion einer Rauchentwicklung im Hohlraum durch Abgabe des Signals den Sicherheitsschalter zu öffnen und somit die Stromverbindung zwischen der Vorrichtung und der Stromquelle zu trennen.
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Bspw. sind der Rauchmelder, der Sicherheitsschalter und/oder die Signalverbindung mit einem Brandschutzmaterial, wie z. B. einer Brandschutzgewebe, vor Beschädigung durch Feuer geschützt.
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Bspw. bildet der Rauchmelder Teil der elektrischen Schaltung.
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Bspw. ist die elektrische Schaltung als ein Leistungsmodul und/oder dessen Steuerschaltung gebildet bzw. weist die die elektrische Schaltung ein Leistungsmodul und/oder dessen Steuerschaltung auf.
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Bspw. ist die Vorrichtung als ein (Leistungs-)Inverter oder ein (Leistungs-)Gleichspannungswandler oder eine (leistungs-)elektrische Ladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug gebildet.
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Beschreibung der Zeichnung:
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Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die 1 in einer schematischen Draufsichtdarstellung einen Abschnitt einer Vorrichtung LV gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Die Vorrichtung LV ist bspw. als ein Leistungsinverter gebildet und weist ein Gehäuse GH auf, das einen Hohlraum HR (luftdicht) abschließt (bis auf Strom- und Signalanschlüsse der Vorrichtung zur Herstellung externer Strom- bzw. Signalverbindungen, wie z. B. Versorgungsstromverbindungen H+, H-, Phasenstromverbindungen P1, P2, P3 bzw. Steuer- oder Sensorsignalverbindungen S, wobei die Strom- und Signalanschlüsse ebenfalls (luftdicht) ausgeführt sind).
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Die Vorrichtung LV weist ferner ein oder mehrere Leistungsmodule und eine oder mehrere Treiber- bzw. Steuerschaltungen für die Leistungsmodule auf, die in dem Hohlraum HR angeordnet sind und somit von dem Gehäuse GH (luftdicht) umschlossen sind. Die Leistungsmodule und deren Treiber- bzw. Steuerschaltungen, die nachfolgend zusammengefasst elektrische Schaltung ES genannt werden, sind entweder auf einem Schaltungsträger ST gebildet (Eine-Platine-Lösung) oder auf mehreren Schaltungsträgern verteilt gebildet (Zwei- oder Mehr-Platinen-Lösung). Der Schaltungsträger ist bzw. die Schaltungsträger sind in dem Hohlraum HR angeordnet und von dem Gehäuse GH (luftdicht) umschlossen.
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Die Vorrichtung LV weist zudem einen steuerbaren Sicherheitsschalter SS auf, der Teil der elektrischen Schaltung ES ist und an einer positivspannungsseitigen Versorgungsstromverbindung H+ der Vorrichtung LV bzw. der elektrischen Schaltung ES elektrisch angeschlossen ist, die die Vorrichtung LV bzw. die elektrische Schaltung ES mit einer externen Stromquelle elektrisch verbindet. Der Sicherheitsschalter SS ist bspw. als ein elektromechanischer Schalter wie Relais, ein elektromagnetischer Schalter wie Schütz, ein Leistungshalbleiterschalter wie ein Leistungs-MOSFET, oder aus einer Kombination von mehreren, vorgenannten Schaltern ausgeführt und eingerichtet, in einem gesteuert geschlossenen Schaltzustand den Stromfluss durch die Versorgungsstromverbindung H+ zu ermöglichen, und in einem in einem gesteuert offenen Schaltzustand den Stromfluss zu unterbinden.
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Die Vorrichtung LV weist außerdem einen optischen bzw. photoelektrischen Rauchmelder RM auf, der ebenfalls Teil der elektrischen Schaltung ES ist und somit ebenfalls in dem Hohlraum HR angeordnet und von dem Gehäuse GH (luftdicht) umschlossen ist. Der Rauchmelder RM ist signalausgangsseitig über eine direkte Signalverbindung SV mit einem Steuersignalanschluss des Sicherheitsschalters SS signaltechnisch verbunden. Der Aufbau des Rauchmelders RM basiert auf allgemein bekannter Weise, wie z. B. mit einer Leucht- bzw. Laserdiode als einer Lichtquelle und einem lichtempfindlichen Sensor wie einer Fotodiode als einem Lichtempfänger. Der Rauchmelder RM ist eingerichtet, eine durch Brand oder sonstige chemische Reaktion im Hohlraum HR des Gehäuses GH, insb. bei der elektrischen Schaltung ES, entstehende Rauchentwicklung in dem Hohlraum HR zu detektieren und im Falle einer Rauchentwicklung über die Signalverbindung SV ein Steuersignal an den Sicherheitsschalter SS abzugeben. Das Steuersignal steuert dann den Sicherheitsschalter SS und bringt diesen in einen offenen Schaltzustand, in dem der Sicherheitsschalter SS den Stromfluss über die Versorgungsstromverbindung H+ unterbricht und somit die Vorrichtung LV stromfrei schaltet.
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Die Signalverbindung SV zwischen dem Rauchmelder RM und dem Sicherheitsschalter SS und der Sicherheitsschalter SS sind mit einem Brandschutzmaterial BS, wie z. B. einer Brandschutzgewebe, vor Beschädigung durch Feuer geschützt. Optional kann auch der Rauchmelder RM bzw. dessen Komponenten auch mit dem Brandschutzmaterial BS vor Beschädigung durch Feuer geschützt sein, ohne dabei dessen Funktion von dem Brandschutzmaterial BS beeinträchtigt wird.
