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Die Erfindung betrifft einen Gehäusedeckel, insbesondere für ein leistungselektronisches Gerät. Ferner betrifft die Erfindung ein leistungselektronisches Gerät mit einem solchen Gehäusedeckel.
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Bei leistungselektronischen Vorrichtungen, beispielsweise Wechselrichtern zur Umwandlung von als Gleichstrom bereitgestellter Eingangsleistung in eine als Wechselstrom bereitgestellte Ausgangsleistung, kann es im Inneren von Gehäusen dieser Vorrichtungen zu einer möglichen Explosion von Komponenten, beispielsweise Kondensatoren oder Schaltmodule kommen, deren möglicher Explosionsdruck mit der aufgrund der technologischen Weiterentwicklung kontinuierlich steigenden Leistungsdichte zunimmt. Da es derzeit noch unzureichende Sicherheitsvorschriften zur Auslegung von Gehäusen für solche Vorrichtungen gibt, wurde bereits von Vorfällen berichtet, in denen Personen, die sich in der Nähe der Vorrichtung befunden haben, durch herumfliegende Gehäuseteile verletzt wurden, die sich durch eine Explosion gelöst haben.
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Daher existieren Lösungen, Gehäuse derart zu gestalten, dass sich auch bei einer Explosion keine Gehäuseteile lösen. Um nicht unnötig stabile und damit materialintensive Gehäuseformen herstellen zu müssen, erscheint es vorteilhaft, Gehäuse so zu gestalten, dass ein Deckel als erste Gehäusekomponente sich im Explosionsfall von einer Wanne als zweiter Gehäusekomponente unter Bildung eines Auslassspalts kontrolliert abzulösen vermag, damit der Explosionsdruck durch den Auslassspalt entweichen kann.
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Hierzu wird in dem Dokument
DE 20 2014 100 486 A1 vorgeschlagen, Deckel und Wanne über ein deformierbares Befestigungselement zu verbinden, das einen geschlossenen Ring aufweist, wobei das Befestigungselement auf gegenüberliegenden Abschnitten jeweils mit dem Deckel und dem Gehäuse verschraubt wird.
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Alternativ wird in der Schrift
DE 20 2015 106 657 U1 vorgeschlagen, einen Gehäusekörper oder einen Gehäusedeckel an deren Befestigungspunkten mit einer Aussparung so zu umgeben, dass sich ein Spalt zwischen Gehäusekörper und Gehäusedeckel ausbildet, wenn ein Innendruck im Gehäuse einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Häufig besteht aber auch der Wunsch, einen bestehenden Typ eines Gehäusedeckels mit geringstmöglichem Aufwand für die Neugestaltung und die Fertigung so abzuwandeln, dass ein vollständiges Ablösen des Gehäusedeckels im Falle einer Explosion im Gehäuseinneren mit einer vorgegebenen, auf den Deckel wirkenden Explosionslast vermieden wird.
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Dieser Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gehäusedeckel aufzuzeigen, der kostengünstig und mit geringem Gestaltungsaufwand hergestellt werden kann, und der im Explosionsfall zuverlässig am Gehäuse befestigt bleibt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gehäusedeckel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein erfindungsgemäßer Gehäusedeckel zum Herstellen einer geschlossenen Gehäusekammer durch Verschrauben mit einer Gehäusewanne, insbesondere als Gehäuse eines leistungselektronischen Geräts, eine Mehrzahl von Seiten mit Randbereichen auf, in denen eine Vielzahl von Bohrungen zur Verschraubung mit der Gehäusewanne angebracht sind. Entlang einer ersten Seite der Mehrzahl von Seiten der Randbereich weist der Gehäusedeckel eine Verstärkung auf, wobei eine Materialstärke des Gehäusedeckels im Bereich der Verstärkung größer ist als eine Materialstärke in den Randbereichen der übrigen Seiten. Die Materialstärke im Bereich der Verstärkung ist derart gewählt und die Bohrungen in den Randbereichen sind derart gestaltet, dass der mit der Gehäusewanne verschraubte Gehäusedeckel bei Auftreten einer vorgegebenen maximalen Last einer Explosion in der Gehäusekammer durch die Verschraubung im Randbereich der Verstärkung an der Gehäusekammer befestigt bleibt, und sich in den übrigen Bereichen durch Abreißen der Verschraubung von der Gehäusewanne löst. Hierdurch wirkt der Randbereich mit Verstärkung wie ein Scharnier, so dass der Gehäusedeckel unter der Last der Explosion aufschwenkt und so einen schnellen Abbau der Last ermöglicht. Entsprechend verbleibt auch bei einer Last, bei der konventionell befestigte Deckel sich von der Gehäusewanne lösen und in gefährdender Weise weggeschleudert werden, der Gehäusedeckel zuverlässig in fester Verbindung mit der Gehäusewanne. Weiterhin kann die maximale Last einer Explosion, bis zu der vollständiges Lösen des Gehäusedeckels vermieden wird, gegenüber einer Ausführung eines Deckels nach dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik, in der sich lediglich ein Spalt zum Druckabbau bildet, erheblich gesteigert werden.
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Gleichzeitig sind bei bestehenden konventionellen Gestaltungen eines Gehäusedeckels nur geringfügige und kostengünstige Modifikationen erforderlich, um diese in eine Gestaltung eines erfindungsmäßen Gehäusedeckels umzuwandeln. In einer bevorzugten Ausführung kann der Gehäusedeckel aus einem Metallblech hergestellt sein. Das Metallblech kann durch Tiefziehen in die gewünschte Form gebracht werden. Hierbei kann die Modifikation von einer konventionellen Gestaltung eines bestehenden Typs eines Gehäusedeckels in einen erfindungsgemäßen Gehäusedeckel ohne Austausch des Werkzeugsatzes für das Tiefziehen durchgeführt werden, was die Kosten für die Neugestaltung erheblich reduziert.
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Um das Abreißen der Verschraubung in den übrigen Bereichen zu erleichtern und gleichzeitig die Verschraubung im Bereich der Verstärkung belastbarer zu machen, kann ein Durchmesser der Bohrungen im Bereich der Verstärkung kleiner als ein Durchmesser der Bohrungen in den Randbereichen der übrigen Seiten vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Anzahl von Bohrungen im Bereich der Verstärkung größer gewählt werden als eine jeweilige Anzahl von Bohrungen in den Randbereichen der übrigen Seiten, insbesondere auch größer als die Gesamtzahl der Bohrungen in den übrigen Randbereichen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Randbereich der der Seite mit der Verstärkung gegenüberliegenden Seite, gegebenenfalls mit Ausnahme von Ecken des Gehäusedeckels, keine Bohrungen auf. Hierdurch kann im Explosionsfall eine Wölbung des Gehäusedeckels erreicht werden, wodurch sich das Ablöseverhalten des Gehäusedeckels verbessert.
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Ebenfalls mit dem Zweck, das Abreißen der Verschraubung in den übrigen Bereichen zu erleichtern, kann weiterhin eine Materialstärke im Bereich der Bohrungen der Randbereiche der übrigen Seiten reduziert werden im Vergleich zur Materialstärke des Gehäusedeckels außerhalb der Randbereiche. Eine Möglichkeit, dies zu realisieren, ist das Vorsehen einer Senkung im Bereich der Bohrungen in den übrigen Bereichen. Alternativ oder zusätzlich kann die Reduzierung der Materialstärke im Bereich der Bohrungen in den übrigen Bereichen auch durch bekannte Maßnahmen der Prozessgestaltung eines Tiefziehens des Gehäusedeckels erreicht werden.
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Vorteilhafterweise kann die Verstärkung durch Anbringen eines Verstärkungsstreifens gebildet sein. Der Verstärkungsstreifen kann auf dem Gehäusedeckel aufgeklebt sein und die Bohrungen erstrecken sich durch den Verstärkungsstreifen hindurch. Der Verstärkungsstreifen kann hierbei aus Metall gebildet sein, insbesondere aus dem gleichen Material wie der Gehäusedeckel. Alternativ kann der Verstärkungsstreifen aber auch aus Kunststoff oder einem anderen Material ausreichender Festigkeit gebildet sein. Compound-Materialien sind ebenfalls denkbar.
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Eine weitere, sehr kostengünstige Möglichkeit ist es, die Verstärkung als Falz auszubilden. Hierbei wird der Gehäusedeckel im Bereich der Verstärkung gefaltet, so dass sich eine doppelte Falzlage dort ausbildet und die Materialstärke im Bereich der Verstärkung erhöht. Die Bohrungen erstrecken sich dann durch beide Falzlagen. Optional kann ein Verstärkungsstreifen in die Falz eingelegt werden, wodurch sich ein Verkleben des Verstärkungsstreifen erübrigt.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein leistungselektronisches Gerät einen erfindungsgemäßen Gehäusedeckel aufweisen, der auf eine Gehäusewanne, insbesondere durch Verschrauben, befestigt ist, um eine Gehäusekammer zu bilden. Die leistungselektronischen Komponenten sind im Inneren der Gehäusekammer angebracht, die bevorzugt dichtend gebildet ist, um die Komponenten vor Umwelteinflüssen zu schützen. Bevorzugt kann ein solches leistungselektronisches Gerät als Wechselrichter, beispielsweise als Solarwechselrichter, ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
- 1 eine erfindungsgemäßen Gehäusedeckel in Aufsicht und Seitenansicht,
- 2 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Gehäusedeckels in drei Ausführungsvarianten, sowie
- 3 einen Wechselrichter mit einem erfindungsgemäßen Gehäusedeckel zeigt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung eines Gehäusedeckels 10, im oberen Bereich der Figur als Aufsicht, im unteren Bereich als Seitenansicht. Der Gehäusedeckel 10 wird durch ein Blech, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl, gebildet, das durch Tiefziehen in die gewünschte Form gebracht ist. Der Gehäusedeckel 10 weist vier Seiten auf. In den Randbereichen 11 von drei der vier Seiten sind Bohrungen 12 angeordnet, mit denen der Gehäusedeckel 10 durch Einsetzen von Schrauben an eine Gehäusewanne mittels Verschrauben befestigt werden kann, um eine geschlossene Gehäusekammer zu bilden. Die Bohrungen 12 in diesen Randbereichen sind so ausgeführt und angeordnet, dass über die eingesetzten Schrauben eine gewünschte Anpresskraft des Gehäusedeckels 10 auf die Wanne erzeugt werden kann, die insbesondere auf eine zwischen Gehäusedeckel 10 und Gehäusewanne angeordnete Dichtung wirkt, um eine abgedichtete Gehäusekammer zu bilden.
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Zusätzlich ist der Randbereich 11 auf einer vierten Seite des Gehäusedeckels 10 durch eine Verstärkung 15 gebildet. Die Verstärkung 15 weist weitere Bohrungen 13 auf, über die weitere Verschraubungen des Gehäusedeckels 10 mit der Gehäusewanne gebildet werden können. Die Verstärkung 15 zeichnet sich dadurch aus, dass deren Materialstärke größer ist als die Materialstärke des Gehäusedeckels 10 im Bereich der Randbereiche 11 der übrigen Seiten, insbesondere größer als die Materialstärke an den dort angeordneten Bohrungen 12. Zusätzlich kann der Durchmesser der Bohrungen 13 in der Verstärkung 15 kleiner ausgeführt sein als der Durchmesser der Bohrungen 12 in den übrigen Randbereichen 11. Hierdurch wird erreicht, dass die erforderliche Kraft zum Herausreißen des Gehäusedeckels 10 aus einer Verschraubung für die Bohrungen 13 in der Verstärkung 15 erheblich größer, bevorzugt um ein Mehrfaches größer ist als die erforderliche Kraft zum Herausreißen des Gehäusedeckels 10 aus einer Verschraubung für die Bohrungen 12 in den übrigen Randbereichen. Zusätzlich werden bevorzugt mehr Bohrungen 13 in der Verstärkung 15 vorgesehen als in jedem der Randbereiche 11 der übrigen Seiten, bevorzugt sogar mehr Bohrungen 13 als in allen drei übrigen Randbereiche zusammen.
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Durch die Gestaltung und Anordnung der Bohrungen 12, 13 in den Randbereichen 11 wird erreicht, dass bei einer maximal vorgegebenen Last auf den Gehäusedeckel 10 durch eine Explosion innerhalb der Gehäusekammer sich die Verschraubungen der Bohrungen 12 durch Herausreißen lösen, während die Verschraubungen der Bohrungen 13 im Bereich der Verstärkung 15 sich nicht lösen und den Gehäusedeckel 10 an der Gehäusewanne zu halten vermögen. Im Fall einer solchen Explosion wird der Gehäusedeckel 10 aufklappen und die Explosionslast wird durch Auslassen des Drucks effektiv abgebaut. Der Bereich der Verstärkung 15 wirkt hierbei wie ein Scharnier, wobei die Scharnierwirkung durch geeignete Formgestaltung des Gehäusedeckels 10 in diesem Bereich gezielt beeinflusst werden kann.
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Ein verbesserter Abbau der Explosionslast kann erreicht werden, wenn der Randbereich 11 der der Verstärkung 15 gegenüberliegenden Seite des Gehäusedeckels 10 keine Bohrungen 12, oder zumindest nur Bohrungen in den Ecken des Gehäusedeckels 10, aufweist. Hierdurch wölbt sich im Falle einer Explosion in der Gehäusekammer der Gehäusedeckel 10 in dem bohrungsfreien Bereich, so dass sich der Gehäusedeckel 10 hier bereits von der Gehäusewanne lösen kann, bevor die Verschraubungen herausreißen. Durch diese Wölbung wird das Herausreißen zusätzlich noch erleichtert.
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Die 2 zeigt in den Teilfiguren a) bis c) verschiedene Ausführungen einer Verstärkung 15. Die in 2. gezeigten Detailansichten entsprechen hierbei dem in 1 angezeigten Ausschnitt 14 des Gehäusedeckels 10.
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In der in Teilfigur a) gezeigten ersten Ausführung umfasst die Verstärkung 15 einen Verstärkungsstreifen 16, der auf den Randbereich 11 des Gehäusedeckels aufgelegt ist. Der Verstärkungsstreifen 16 kann durch Verkleben mit dem Randbereich 11 verbunden sein. Die Bohrungen 13 erstrecken sich durch den Verstärkungsstreifen 16 und den Randbereich 11. Der Verstärkungsstreifen wird hierbei auf der der Gehäusewanne abgewandten Seite des Randbereichs 11 angeordnet.
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Alternativ kann, wie in c) gezeigt, die Verstärkung durch eine Falz 17 des Randbereichs 11 gebildet werden. Hierdurch verdoppelt sich die Materialstärke der Verstärkung 15 gegenüber der Materialstärke des übrigen Gehäusedeckels 10. Die Bohrungen 13 erstrecken sich durch beide Falzlagen des Randbereichs 11.
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In Teilfigur b) ist schließlich gezeigt, dass der Verstärkungsstreifen 16 durch eine Falz 17 des Randbereichs 11 zwischen den beiden Falzlagen eingebettet werden kann. Die Bohrungen 13 erstrecken sich auch hier durch den Verstärkungsstreifen 16 und den Randbereich 11.
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3 zeigt einen Wechselrichter 1 als leistungselektronisches Gerät mit einer Gehäusewanne 18, in der in einer Gehäusekammer leistungselektronische Komponenten des Wechselrichters 1 angeordnet sind. Auf die Gehäusewanne 18 kann ein erfindungsgemäßer Gehäusedeckel 10 durch Verschrauben befestigt werden und die Gehäusekammer mit den leistungselektronischen Komponenten dichtend verschließen. Eine zusätzliche Abdeckung 19 ist zur Befestigung an der Gehäusewanne neben dem Gehäusedeckel 10 angeordnet. In dem gezeigten Fall verschließt die Abdeckung 19 eine weitere Gehäusekammer, in der keine potenziell explosiblen Komponenten angeordnet sind, beispielsweise einen Anschlussbereich für Kabel, so dass die Abdeckung 19 konventionell ausgeführt sein kann. Gleichzeitig deckt die Abdeckung 19 den Randbereich des Gehäusedeckels 10 mit der Verstärkung optisch ab. Optional kann die Abdeckung 19 auch als erfindungsgemäßer Gehäusedeckel oder als reine Zierblende vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014100486 A1 [0004]
- DE 202015106657 U1 [0005]
