EP4289235A1 - Explosionsgesichertes gehäuse - Google Patents

Explosionsgesichertes gehäuse

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Publication number
EP4289235A1
EP4289235A1 EP21839125.8A EP21839125A EP4289235A1 EP 4289235 A1 EP4289235 A1 EP 4289235A1 EP 21839125 A EP21839125 A EP 21839125A EP 4289235 A1 EP4289235 A1 EP 4289235A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
cover
trough
fasteners
explosion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21839125.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Mueller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Publication of EP4289235A1 publication Critical patent/EP4289235A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/02—Details
    • H05K5/0217—Mechanical details of casings
    • H05K5/0221—Locks; Latches
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
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    • H05K5/068—Hermetically-sealed casings having a pressure compensation device, e.g. membrane
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    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/10—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus comprising several parts forming a closed casing
    • H05K5/13—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus comprising several parts forming a closed casing assembled by screws

Definitions

  • the invention relates to an explosion-proof housing and a photovoltaic inverter with such a housing.
  • inverters for converting input power provided as direct current into output power provided as alternating current
  • components such as capacitors or switching modules can explode inside the housings of these devices, the potential explosion pressure of which increases continuously due to technological advances increasing power density. The danger that emanates from this was underestimated in the past.
  • a housing for such an electrical device must meet various normative requirements.
  • the housing can shield the interior of the device from the environment and, for example, close it in a dustproof and watertight manner, so that the housing has an IP degree of protection in accordance with DIN EN 60529 and/or corresponds to one of the NEMA degrees of protection in accordance with NEMA Standard 250-2003.
  • a housing must be able to pass further mechanical tests according to DIN and/or UL standards, for example with regard to compression, impact testing, external influences such as bird impact and/or special water jets.
  • the handling of high electrical power with an electrical device means that very high energy concentrations can accumulate in the housing of the device in a very short time. This can be desired, for example, to use capacitances or inductances for temporarily storing electrical energy as part of the dynamic conversion from one current form to another.
  • undesirable energy concentrations can also occur, particularly in the event of a fault, incorrect operation, thermal overload or after aging processes. Electrical energy can be converted to a considerable extent into thermal and/or mechanical energy, for example by components heating up and bursting, or by flammable substances accumulating in a housing, for example due to (Electro-) chemical conversion processes, and are ignited by harmless electrical flashovers.
  • Document DE 202020 101 874 U1 therefore proposes fastening the cover to the trough in the edge area with a large number of screws.
  • the edge area of the lid has a reinforcement that ensures that the lid is always held by the screws on the tray in this area, while on the other sides the screws are dimensioned so that they can be loosened in the event of an explosion can be loosened so that the lid can be opened like a hinge thanks to the reinforcement, but remains connected to the tub.
  • document DE 102019 122 812 A1 proposes fastening a housing cover with only a single, centrally arranged screw and exerting a sufficient sealing force on a circumferential seal arranged in the edge region of the cover.
  • This central screw is dimensioned in such a way that it reliably holds the cover even in the event of an explosion.
  • the lid can deform in the edge area in such a way that it lifts off the tray and thus forms an outlet gap for the explosion pressure.
  • the disadvantage of this solution is that the trough must have a centrally arranged, sufficiently mechanically stable abutment for the screw, which conflicts with the desire for a compact design with low weight and easy assembly.
  • Document DE 766456 C discloses an explosion-proof housing with sealing flanges for electrical devices, with spring-loaded, rigid sealing means being provided between the housing and the cover in the sealing flanges.
  • the object of the present invention is therefore to provide a housing with a cover and a trough that allows a compact, lightweight design with easy access and in which housing components are reliably prevented from becoming detached inside the housing in the event of an explosion.
  • an explosion-proof housing for a power electronic device comprises a housing trough and a cover closing the housing trough via a seal.
  • the cover and the housing pan are pressed against each other exclusively on two opposite sides formed by the edge regions of the cover and the housing pan via a plurality of fasteners that can be released by rotation and engage in locking structures.
  • the plurality of fixtures are located in a central third of the respective sides.
  • central third is to be understood in such a way that the extent of this area along the opposite sides comprises a maximum of one third of the side length and is smaller than or equal to the extent of the two adjacent outer areas in order to achieve the leverage effect described and thus reliable bending of the cover in the event of an explosion to achieve the desired level.
  • a peripheral seal can be arranged between the edges of the side walls of the housing pan and the cover.
  • a compressive force is applied to the seal by the fasteners via the cover.
  • the compression force that can be achieved depends on the rigidity of the cover, which must be designed in such a way that the compression force is sufficient to make the housing lockable over the entire course of the seal in accordance with a specified protection class.
  • a protection class of the Interior of the housing of at least IP45, preferably at least IP65 and / or Nema Type 4X are guaranteed.
  • exactly one fastening is arranged in the middle of each side, so that two outer areas of the same size are created.
  • an outlet gap can form even at a particularly low explosion pressure.
  • two attachments can be arranged on at least one side. In this way, an improved distribution of the contact pressure of the cover on the seal arranged between the cover and the housing trough can be achieved.
  • a particularly advantageous compromise between an even distribution of the contact pressure between the cover and the housing trough on the one hand and the lowest possible limit value of the explosion pressure, from which an outlet gap can form between the cover and the housing trough, is achieved if exactly two fastenings are provided on both sides, each are located at approximately one-third and two-thirds of the side length, that is, at opposite ends of the central third of the respective sides.
  • the fastenings are preferably located on those sides of the housing which are longer than the sides on which there are no fastenings, in order to achieve a reduction in the limit value of the explosion pressure above which an outlet gap for the explosion pressure can form between the cover and the housing pan.
  • the fastenings can be arranged so that they are accessible from the housing pan side and engage in the locking structures arranged in or on the cover and preferably invisible when viewed from the side of the cover facing away from the housing pan.
  • the fastenings are in the form of screws and the locking structures are in the form of threads, with the screws engaging through openings in the housing pan into the threads arranged in or on the cover.
  • the threads can be designed directly as an integral part of the cover, or be part of a fixing bracket, which in turn is firmly connected to the cover, for example screwed.
  • the fasteners are each designed as a quarter-turn fastener.
  • a closure can be released in a particularly simple manner simply by rotating it by 90° using a suitable tool, but alternatively also by hand and without a tool, and includes a locking pin which engages in a locking structure designed as a retaining cam and by rotating it 90° a locked position to a free position in which the locking pin can be removed from the retaining cam.
  • the retaining cam is preferably formed as part of a locating bracket attached to the lid at opposite ends and shaped at a central portion such that the retaining cam is spaced from the lid.
  • the quarter-turn lock should be captively attached.
  • the quarter-turn closure preferably has an optically recognizable indicator that indicates a locked state of the quarter-turn closure.
  • the indicator can be formed, for example, by different colors or different symbols on the side faces of the quarter-turn fastener and indicate whether the quarter-turn fastener is in a locked position or in a free position.
  • the locking structure can be designed as a spring-loaded holding cam or as a stiff holding cam without springs, in which case a spring-loaded locking pin is used, which has a plate spring, for example, which provides a holding force in the locked position of the locking pin in the holding cam.
  • the spring force can also be provided by the fixing bracket itself, without using a plate spring or another additional spring element.
  • the cover can have structural elements which reduce the forces required for bending the cover along a bending line running between the fastenings.
  • notches on the edge of the lid in the area of the fastenings, folds in the lid or a reduced thickness of the lid in the area of the bending line can be used to achieve this purpose. This makes it easier for the cover to bend or buckle along the bending line, so that in the event of an explosion an outlet gap is formed more quickly and to a greater extent.
  • a photovoltaic inverter is equipped with an explosion-proof housing as described above, whereby an inverter is formed in which even in the event of an explosion inside the inverter, do not loosen any parts of the housing or at least loose parts of the housing remain in the interior and are not thrown into the environment.
  • FIG. 1 shows a front view of a first embodiment of an explosion-proof housing according to the invention
  • FIG. 2 shows a rear view of a second embodiment of an explosion-proof housing according to the invention
  • Figure 4 shows a lid with structural elements to reduce the forces required to form an outlet gap.
  • FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention of an explosion-proof housing 1 of a power electronic device.
  • the housing has a housing trough 2 inside which the device components are contained and which is closed by a cover 3 .
  • a seal arranged between the cover 3 and the housing trough 2 prevents dirt and/or liquid from penetrating into the interior of the housing.
  • the lid 3 is pressed against the housing tray 2 by two fasteners 4, the fasteners 4 being centrally located on opposite sides 6 of the rectangular housing 1. Further fastening elements with which the cover 2 is held on the housing trough 3 are not provided in the embodiment shown in FIG.
  • the sides on which the fasteners 4 are arranged are longer than the sides without fasteners.
  • the fastenings 4 can be formed by screws that are accessible from the cover side and engage in a thread of the housing trough 2 .
  • the screws can also be accessible from the side of the housing trough 2 and can engage in threads arranged on or in the cover 3 .
  • the latter variant also allows the fastening 4 to be designed so that it is invisible from the cover side.
  • FIG. 2 shows a second embodiment according to the invention of an explosion-proof housing 1 of a power electronic device.
  • two fastenings 4 are arranged on at least one side 6 of the housing 1, which are located in the central third 6.2 of the length of the side 6.
  • the adjacent two outer thirds 6.1 and 6.3 have no attachments 4.
  • a single, central attachment or also two attachments can be arranged at positions corresponding to the positions along the side 6.
  • the fastening 4 is designed here as a quarter-turn fastener 8 which is accessible from the side of the housing trough 2 .
  • This enables the cover 3 to be detached from the housing trough 2 with little effort, so that the interior of the housing is easily accessible, for example for repair purposes.
  • FIG. 3 shows a possible design of the individual attachments as a quarter-turn fastener in two perspective views.
  • the upper representation of FIG. 3 shows a fixing bracket 7 which is screwed to the cover 3 at opposite ends.
  • a retaining cam 5 for a quarter-turn fastener to be inserted therein is arranged in a central area of the fixing clip 7, which is designed at a distance from the cover 3 by appropriate embossing.
  • the fixing bracket 7 is screwed to the cover 3 via elongated holes, which allow the distance between the central area of the fixing bracket 7 and the cover 3 to increase when there is a high tensile force on the retaining cams 5 .
  • the cover 3 has a notch 10 directly next to the retaining cam 5, the effect of which will be discussed later.
  • a quarter-turn fastener 8 arranged on the housing trough 2 is inserted into the retaining cam 5 of the fixing bracket 7 fastened to the cover 3 .
  • the cover 3 is fastened to the housing trough 2 by locking the quarter-turn lock 8 in the retaining cam 5 .
  • the cover 3 has an embossing 11 along a direct connecting line between the two single fastenings 4, which can be introduced into the cover 3 as part of the shaping process.
  • This embossing 11 as a structural element represents a targeted weakening of the cover 3 against a compressive force acting on the outer areas of the cover 3 from the inside of the housing when the cover 3 is in the installed state on the housing tray 2, whereby the cover under such a force action along a bending line essentially corresponding to the connecting line bends or buckles, and as a result an outlet gap between the cover 3 and the housing trough 2 forms even at a reduced explosion pressure.
  • a notch 10 in the lid edge in the area of intersection with the bending line and/or a reduced lid thickness in the area of the bending line can also be used as a structural element for a targeted weakening of the lid 3 against bending along the bending line.
  • structural elements can be provided for each bending line to weaken the cover against bending. The structural elements mentioned can be the same or different.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein explosionsgesichertes Gehäuse (1) für ein leistungselektronisches Gerät umfasst eine Gehäusewanne (2) und einen die Gehäusewanne (2) über eine Dichtung schließenden Deckel (3), wobei Deckel (3) und Gehäusewanne (2) ausschließlich jeweils an zwei gegenüberliegenden, durch Randbereiche von Deckel (3) und Gehäusewanne (2) gebildeten Seiten über eine Mehrzahl von durch Drehung lösbaren, in Arretierungsstrukturen eingreifenden Befestigungen (4) gegeneinander gedrückt werden. Die Mehrzahl von Befestigungen (4) sind in einem zentralen Drittel (6.2) der jeweiligen Seiten (6) angeordnet. Das explosionsgesicherte Gehäuse kann insbesondere für einen Photovoltaik-Wechselrichter genutzt werden.

Description

Explosionsgesichertes Gehäuse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein explosionsgesichertes Gehäuse, sowie einen Photovoltaik- Wechselrichter mit einem solchen Gehäuse.
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 Explosion von Komponenten, beispielsweise Kondensatoren oder Schaltmodule kommen, deren möglicher Explosionsdruck mit der aufgrund der technologischen Weiterentwicklung kontinuierlich steigenden Leistungsdichte zunimmt. Die Gefährdung, die hiervon ausgeht, wurde in der Vergangenheit unterschätzt. Daher gibt es derzeit nur unzureichende Sicherheitsvorschriften zur Auslegung von Gehäusen für solche Vorrichtungen, und es 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.
Ein Gehäuse eines derartigen elektrischen Gerätes muss je nach Anwendungsgebiet verschiedenen normativen Anforderungen gerecht werden. Insbesondere kann das Gehäuse den Innenraum des Geräts gegenüber der Umgebung abschirmen und beispielsweise staub- und wasserdicht verschließen, so dass das Gehäuse eine IP-Schutzart gemäß DIN EN 60529 aufweist und/oder einer der NEMA-Schutzarten gemäß NEMA Standard 250-2003 entspricht. Darüber hinaus muss ein Gehäuse gegebenenfalls weitere mechanische Tests gemäß DIN- und/oder UL-Normen bestehen können, beispielsweise hinsichtlich Kompression, Schlagprüfung, Fremdeinwirkung wie Vogelaufprall und/oder spezieller Wasserbestrahlung.
Das Handhaben hoher elektrischer Leistungen mit einem elektrischen Gerät bringt es mit sich, dass sich in kürzester Zeit höchste Energiekonzentrationen in dem Gehäuse des Gerätes akkumulieren können. Dies kann gewünscht sein, beispielsweise um Kapazitäten oder Induktivitäten zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie im Rahmen der dynamischen Umwandlung von einer Stromform in eine andere zu nutzen. Es können jedoch auch unerwünschte Energiekonzentrationen auftreten, insbesondere in einem Fehlerfall, bei einer Fehlbedienung, einer thermischen Überlastung oder nach Alterungsprozessen. Dabei kann elektrische Energie in erheblichem Umfang in thermische und/oder mechanische Energie umgewandelt werden, beispielsweise indem sich Bauteile stark erwärmen und platzen, oder indem sich entzündliche Stoffe in einem Gehäuse ansammeln, beispielsweise aufgrund (elektro-)chemischer Umwandlungsprozesse, und durch an sich harmlose elektrische Überschläge gezündet werden.
Daher kann sich ein erheblicher Überdruck in dem an sich verschlossenen Gehäuse des elektrischen Gerätes aufbauen. Im Falle eines leistungselektronischen Umrichters, der beispielsweise eine der üblichen Schutzklassen IP44 oder IP65 aufweist, kann sich der Überdruck zudem unter ungünstigen Umständen sehr schnell, zum Beispiel innerhalb weniger Millisekunden aufbauen. Dies darf jedoch nicht dazu führen, dass das Gehäuse in unvorhersehbarer Weise zerstört wird, zum Beispiel indem es unkontrolliert zerbricht und gegebenenfalls Teile aus dem Innenraum herausgeschleudert werden. Um dieses Problem zu entschärfen, 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. Häufig sind die sich so bildenden Spalte zu klein, so dass insbesondere bei starken Explosionen kein ausreichend schneller Druckabbau stattfinden kann, und Befestigungselemente, die eigentlich die Gehäusekomponenten miteinander in Verbindung halten sollen, versagen.
In Dokument DE 202020 101 874 U1 wird daher vorgeschlagen, den Deckel mit einer Vielzahl von Schrauben im Randbereich an der Wanne zu befestigen. Entlang einer Seite weist der Randbereich des Deckels eine Verstärkung auf, die dafür sorgt, dass der Deckel in diesem Bereich in jedem Fall durch die Schrauben an der Wanne gehalten wird, während an den anderen Seiten die Schrauben so dimensioniert sind, dass sie sich im Explosionsfall lösen können, so dass durch die Verstärkung der Deckel wie mit einem Scharnier aufklappen kann, aber mit der Wanne verbunden bleibt.
In dem Dokument DE 102019 122 812 Alwird alternativ vorgeschlagen, einen Gehäusedeckel nur mit einer einzigen, zentral angeordneten Schraube zu befestigen und eine ausreichende Dichtkraft auf eine im Randbereich des Deckels angeordnete umlaufende Dichtung auszuüben. Diese zentrale Schraube ist so dimensioniert, dass sie auch im Explosionsfall den Deckel zuverlässig hält. Der Deckel kann sich dabei aber im Randbereich so verformen, dass er von der Wanne abhebt und so einen Auslassspalt für den Explosionsdruck bildet. Nachteilig bei dieser Lösung ist aber, dass die Wanne ein zentral angeordnetes, ausreichend mechanisch stabiles Gegenlager für die Schraube aufweisen muss, was dem Wunsch nach einer kompakten Bauform mit geringem Gewicht und einfacher Montierbarkeit entgegensteht. Die Druckschrift DE 766456 C offenbart ein explosionsgeschütztes Gehäuse mit Dichtungsflanschen für elektrische Geräte, wobei in den Dichtungsflanschen abgefederte, starre Dichtungsmittel zwischen dem Gehäuse und dem Deckel vorgesehen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gehäuse mit einem Deckel und einer Wanne aufzuzeigen, das eine kompakte, leichtgewichtige Bauform bei einfacher Zugänglichkeit erlaubt, und bei dem ein Ablösen von Gehäusekomponenten im Explosionsfall im Inneren des Gehäuses zuverlässig verhindert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale von bevorzugten Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein explosionsgesichertes Gehäuse für ein leistungselektronisches Gerät eine Gehäusewanne und einen die Gehäusewanne über eine Dichtung schließenden Deckel. Deckel und Gehäusewanne werden ausschließlich jeweils an zwei gegenüberliegenden, durch Randbereiche von Deckel und Gehäusewanne gebildeten Seiten über eine Mehrzahl von durch Drehung lösbaren, in Arretierungsstrukturen eingreifenden Befestigungen gegeneinandergedrückt. Die Mehrzahl von Befestigungen sind in einem zentralen Drittel der jeweiligen Seiten angeordnet.
Hierdurch entstehen angrenzend an das zentrale Drittel zwei Außenbereiche des Deckels, die nicht durch weitere Befestigungselemente gegen die Dichtung gedrückt werden. Durch diese Anordnung der Befestigungen kann ein Explosionsdruck effektiv auf diese Außenbereiche wirken und dort - anschaulich gesprochen - den Deckel aufhebeln, so dass sich zwischen Deckel und Gehäusewanne gegenüber einer konventionellen Anordnung von Befestigungen auch im Außenbereich bereits bei verringertem Explosionsdruck ein Auslassspalt für den Explosionsdruck durch ein Verbiegen des Deckels bildet. Der Begriff zentrales Drittel ist hierbei so zu verstehen, dass die Ausdehnung dieses Bereichs entlang der gegenüberliegenden Seiten maximal ein Drittel der Seitenlänge umfasst und kleiner oder gleich der Ausdehnung beider angrenzenden Außenbereiche ist, um die beschriebene Hebelwirkung und damit ein zuverlässiges Verbiegen des Deckels im Explosionsfall in gewünschtem Maße zu erreichen.
Zwischen den Kanten der Seitenwände der Gehäusewanne und dem Deckel kann eine umlaufende Dichtung angeordnet sein. Auf die Dichtung wird durch die Befestigungen über den Deckel eine Druckkraft ausgeübt. Die erreichbare Kompressionskraft ist abhängig von der Steifigkeit des Deckels, der so gestaltet werden muss, dass die Kompressionskraft ausreicht, um das Gehäuse über den gesamten Dichtungsverlauf entsprechend einer vorgegebenen Schutzart verschließbar zu gestalten. Dadurch kann eine Schutzart des Innenraums des Gehäuses von mindestens IP45, bevorzugt von mindestens IP65 und/oder Nema Type 4X gewährleistet werden. Hierbei ist es aufgrund der Steifigkeit des Deckels möglich und im Sinne der vorliegenden Erfindung gerade erwünscht, jeweils Außenbereiche des Deckels vorzusehen, die frei von Befestigungen sind, um im Explosionsfalls eine zuverlässige Bildung eines Auslassspalts durch eine Verformung des Deckels in diesen Außenbereichen zu ermöglichen, ohne dass Befestigungen dieser Verformung entgegenwirken.
In einer bevorzugten Ausführung ist auf jeder Seite genau eine Befestigung in der Seitenmitte angeordnet, so dass jeweils zwei gleichgroße Außenbereiche entstehen. Hierdurch kann bereits bei besonders geringem Explosionsdruck ein Auslassspalt entstehen. Alternativ können auf mindestens einer Seite zwei Befestigungen angeordnet sein. Hierdurch kann eine verbesserte Verteilung des Anpressdrucks des Deckels auf die zwischen Deckel und Gehäusewanne angeordnete Dichtung erzielt werden. Ein besonders vorteilhafter Kompromiss zwischen einer gleichmäßigen Verteilung des Anpressdrucks zwischen Deckel und Gehäusewanne einerseits und einem möglichst geringen Grenzwert des Explosionsdrucks, ab dem sich ein Auslassspalt zwischen Deckel und Gehäusewanne bilden kann, wird erreicht, wenn auf beiden Seiten genau zwei Befestigungen vorgesehen werden, die jeweils ungefähr bei einem Drittel beziehungsweise zwei Drittel der Seitenlänge angeordnet sind, also an gegenüberliegenden Enden des zentralen Drittels der jeweiligen Seiten.
Bevorzugt befinden sich die Befestigungen an denjenigen Seiten des Gehäuses, die länger sind als die Seiten, an denen sich keine Befestigungen befinden, um eine Verringerung des Grenzwerts des Explosionsdrucks zu erreichen, ab dem sich ein Auslassspalt für den Explosionsdruck zwischen Deckel und Gehäusewanne bilden kann.
Damit die Befestigungen von der Vorderseite des Gehäuses unsichtbar sind, können die Befestigungen von der Gehäusewannenseite aus zugänglich angeordnet sein, und jeweils in die im oder am Deckel angeordneten, von der der Gehäusewanne abgewandten Seite des Deckels gesehen bevorzugt unsichtbaren Arretierungsstrukturen eingreifen.
In einer Ausführungsform sind die Befestigungen als Schrauben und die Arretierungsstrukturen als Gewinde ausgebildet, wobei die Schrauben durch Öffnungen der Gehäusewanne hindurch in die im oder am Deckel angeordneten Gewinde eingreifen. Die Gewinde können direkt als integraler Bestandteil des Deckels ausgeführt sein, oder Teil eines Fixierbügels sein, der seinerseits mit dem Deckel fest verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Durch den Einsatz eines Fixierbügels kann erreicht werden, dass der Fixierbügel sich bei einem Druckanstieg in dem Gehäuseinneren derart verformt, dass auch in einem Bereich der Befestigungen ein Spalt zwischen Gehäusewanne und Deckel entsteht, durch den der Innendruck entweichen kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Befestigungen jeweils als Vierteldrehverschluss ausgeführt. Ein solcher Verschluss kann besonders einfach nur durch eine Drehung um 90° mittels eines geeigneten Werkzeugs, alternativ aber auch per Hand und ohne Werkzeug, gelöst werden und umfasst einen Verschlusszapfen, der in eine als Haltenocken ausgebildete Arretierungsstruktur eingreift und durch die 90°-Drehung von einer verriegelten Stellung in eine freie Stellung, in der der Verschlusszapfen aus dem Haltenocken entnehmbar ist, gebracht wird. Der Haltenocken ist bevorzugt als Teil eines Fixierbügels ausgebildet, der an gegenüberliegenden Enden am Deckel befestigt und in einem zentralen Bereich derart geformt ist, dass der Haltenocken vom Deckel beabstandet ist. Der Vierteldrehverschluss sollte verliersicher angebracht sein. Bevorzugt weist der Vierteldrehverschluss einen optisch erkennbaren Indikator auf, der einen Verriegelungszustand des Vierteldrehverschlusses anzeigt. Der Indikator kann beispielsweise durch unterschiedliche Farben oder unterschiedliche Zeichen an Seitenflächen des Vierteldrehverschlusses gebildet sein und anzeigen, ob sich der Vierteldrehverschluss in einer verriegelten Stellung oder einer freien Stellung befindet.
Die Arretierungsstruktur kann als gefederter Haltenocken oder auch als steifer Haltenocken ohne Federung ausgeführt sein, wobei dann ein gefedert ausgeführter Verschlusszapfen verwendet wird, der beispielsweise eine Tellerfeder aufweist, die eine Haltekraft in der verriegelten Stellung des Verschlusszapfens in dem Haltenocken bereitstellt. Alternativ kann die Federkraft auch durch den Fixierbügel selbst unter Verzicht auf eine Tellerfeder oder ein anderes zusätzliches Federelement bereitgestellt werden.
Um den Grenzwert des Explosionsdrucks, ab dem sich ein Auslassspalt zwischen Deckel und Gehäusewanne bilden kann, wunschgemäß einzustellen, kann der Deckel Strukturelemente aufweisen, die eine für die Verbiegung des Deckels entlang einer zwischen den Befestigungen verlaufenden Biegelinie erforderlichen Kräfte reduzieren. Insbesondere Einkerbungen am Deckelrand im Bereich der Befestigungen, Faltungen des Deckels oder eine reduzierte Deckeldicke im Bereich der Biegelinie können zum Erreichen dieses Zwecks eingesetzt werden. Dies erleichtert ein Biegen beziehungsweise Knicken des Deckels entlang der Biegelinie, so dass im Explosionsfall ein Auslassspalt schneller und in größerem Ausmaß gebildet wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Photovoltaik- Wechselrichter mit einem vorstehend beschriebenen explosionsgesicherten Gehäuse ausgestattet, wodurch ein Wechselrichter gebildet wird, bei dem sich auch im Falle einer Explosion im Inneren des Wechselrichters keine Gehäuseteile lösen oder zumindest sich lösende Gehäuseteile im Innenraum verbleiben und nicht in die Umgebung geschleudert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführung eines explosionsgesicherten Gehäuses in Vorderansicht,
Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines explosionsgesicherten Gehäuses in Rückansicht,
Fig. 3 zwei Detailansichten einer Befestigung eines Gehäuses, und
Fig. 4 einen Deckel mit Strukturelementen zur Reduzierung der für die Bildung eines Auslassspalts erforderlichen Kräfte zeigen.
Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführung eines explosionsgesicherten Gehäuses 1 eines leistungselektronischen Geräts. Das Gehäuse weist eine Gehäusewanne 2 auf, in deren Inneren die Gerätekomponenten enthalten sind, und die durch einen Deckel 3 verschlossen ist. Eine zwischen Deckel 3 und Gehäusewanne 2 angeordnete Dichtung verhindert ein Eindringen von Schmutz und/oder Flüssigkeit in das Gehäuseinnere.
Der Deckel 3 wird durch zwei Befestigungen 4 gegen die Gehäusewanne 2 gedrückt, wobei die Befestigungen 4 mittig an gegenüberliegenden Seiten 6 des rechteckigen Gehäuses 1 angeordnet sind. Weitere Befestigungselemente, mit denen der Deckel 2 an der Gehäusewanne 3 gehalten wird, sind in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nicht vorgesehen. Die Seiten, an denen die Befestigungen 4 angeordnet sind, sind hierbei länger als die Seiten ohne Befestigung.
Die Befestigungen 4 können durch Schrauben gebildet sein, die von der Deckelseite zugänglich sind und in ein Gewinde der Gehäusewanne 2 eingreifen. Die Schrauben können aber auch von der Seite der Gehäusewanne 2 zugänglich sein und in am oder im Deckel 3 angeordnete Gewinde eingreifen. Letztere Variante erlaubt auch eine von der Deckelseite unsichtbare Gestaltung der Befestigung 4.
In Fig. 2 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines explosionsgesicherten Gehäuses 1 eines leistungselektronischen Geräts gezeigt. Hier sind an mindestens einer Seite 6 des Gehäuses 1 zwei Befestigungen 4 angeordnet, die sich in dem zentralen Drittel 6.2 der Länge der Seite 6 befinden. Die angrenzenden beiden äußeren Drittel 6.1 und 6.3 weisen keine Befestigungen 4 auf. Entlang der der Seite 6 gegenüberliegenden, verdeckten gezeigten Seite können eine einzelne, mittige Befestigung oder ebenfalls zwei Befestigungen an zu den Positionen entlang der Seite 6 korrespondierenden Positionen angeordnet sein.
Wie in dem vergrößert dargestellten Ausschnitt der Fig. 2 gezeigt, ist die Befestigung 4 hier als Vierteldrehverschluss 8 gestaltet, der von der Seite der Gehäusewanne 2 zugänglich ist. Hierdurch ist ein aufwandsarmes Lösen des Deckels 3 von der Gehäusewanne 2 möglich, so dass das Gehäuseinnere zum Beispiel zu Reparaturzwecken leicht zugänglich ist.
Die Fig. 3 zeigt eine mögliche Gestaltung der einzelnen Befestigungen als Vierteldrehverschluss in zwei perspektivischen Darstellungen. Die obere Darstellung der Fig. 3 zeigt einen Fixerbügel 7, der an gegenüberliegenden Enden mit dem Deckel 3 verschraubt ist. In einem zentralen Bereich des Fixierbügels 7, der durch entsprechende Prägung beabstandet vom Deckel 3 gestaltet ist, ist ein Haltenocken 5 für einen darin einzuführenden Vierteldrehverschluss angeordnet. Die Verschraubung des Fixierbügels 7 mit dem Deckel 3 erfolgt über Langlöcher, die es gestatten, dass sich bei hoher Zugkraft auf den Haltenocken 5 der Abstand zwischen dem zentralen Bereich des Fixierbügel 7 und dem Deckel 3 erhöhen kann. Weiterhin weist der Deckel 3 direkt neben dem Haltenocken 5 eine Einkerbung 10 auf, auf dessen Wirkung später eingegangen wird.
In der unteren Darstellung der Fig. 3 ist ein an der Gehäusewanne 2 angeordneter Vierteldrehverschluss 8 in den Haltenocken 5 des an dem Deckel 3 befestigten Fixerbügels 7 eingeführt. Durch Verriegelung des Vierteldrehverschlusses 8 im Haltenocken 5 wird der Deckel 3 an der Gehäusewanne 2 befestigt.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Deckels 2 eines erfindungsgemäßen explosionsgesicherten Gehäuses. Entlang einer direkten Verbindungslinie zwischen den beiden einzigen Befestigungen 4 weist der Deckel 3 eine Prägung 11 auf, die im Rahmen des Formgebungsprozesses in den Deckel 3 eingebracht werden kann. Diese Prägung 11 als Strukturelement stellt eine gezielte Schwächung des Deckels 3 gegenüber einer im Montagezustand des Deckels 3 auf der Gehäusewanne 2 auf die Außenbereiche des Deckels 3 vom Gehäuseinneren wirkenden Druckkraft dar, wodurch der Deckel unter einer solchen Krafteinwirkung entlang einer der Verbindungslinie im Wesentlichen entsprechenden Biegelinie biegt beziehungsweise knickt, und sich hierdurch bereits bei verringertem Explosionsdruck ein Auslassspalt zwischen Deckel 3 und Gehäusewanne 2 bildet.
Alternativ oder zusätzlich kann als Strukturelement für eine gezielte Schwächung des Deckels 3 gegenüber einem Biegen entlang der Biegelinie auch eine Einkerbung 10 im Deckelrand im Schnittbereich mit der Biegelinie und/oder eine reduzierte Deckeldicke im Bereich der Biegelinie eingesetzt werden. Im Fall, dass auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses jeweils zwei Befestigungen angeordnet sind, und dadurch zwei Biegelinien, jeweils zwischen den beiden dem gleichen Außenbereich zugeordneten Befestigungen, entstehen, können jeder Biegelinie jeweils Strukturelemente zur Schwächung des Deckels gegenüber einem Biegen vorgesehen sein. Es können gleiche oder auch unterschiedliche der erwähnten Strukturelemente vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Gehäusewanne
3 Deckel
4 Befestigung
5 Haltenocken
6 Seite
6.1, 6.3 äußeres Drittel
6.2 zentrales Drittel
7 Fixierbügel
8 Vierteldrehverschluss
9 Indikator
10 Einkerbung
11 Prägung

Claims

Patentansprüche:
1. Explosionsgesichertes Gehäuse (1) für ein leistungselektronisches Gerät, umfassend eine Gehäusewanne (2) und einen die Gehäusewanne (2) über eine Dichtung schließenden Deckel (3), wobei Deckel (3) und Gehäusewanne (2) ausschließlich jeweils an zwei gegenüberliegenden, durch Randbereiche von Deckel (3) und Gehäusewanne (2) gebildeten Seiten über eine Mehrzahl von durch Drehung lösbaren, in Arretierungsstrukturen eingreifenden Befestigungen (4) gegeneinander gedrückt werden, wobei die Mehrzahl von Befestigungen (4) in einem zentralen Drittel (6.2) der jeweiligen Seiten (6) angeordnet sind.
2. Gehäuse (1) nach Anspruch 1, wobei auf jeder Seite (6) genau eine Befestigung (4) in der Seitenmitte angeordnet ist.
3. Gehäuse (1) nach Anspruch 1, wobei auf mindestens einer Seite (6) zwei Befestigungen (4) angeordnet sind.
4. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungen (4) von der Gehäusewannenseite aus lösbar angeordnet sind, und jeweils in die im oder am Deckel (3) angeordnete, von der der Gehäusewanne (2) abgewandten Seite des Deckels (3) gesehen bevorzugt unsichtbare Arretierungsstruktur eingreifen.
5. Gehäuse (1) nach Anspruch 4, wobei die Arretierungsstrukturen jeweils an einem an dem Deckel (3) befestigten Fixierbügel (7) angeordnet sind, der sich bei einem Druckanstieg in dem Gehäuseinneren derart verformt, dass auch in einem Bereich der Befestigungen (4) ein Spalt zwischen Gehäusewanne (2) und Deckel (3) entsteht, durch den der ansteigende Druck entweichen kann.
6. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungen (4) als Schrauben und die Arretierungsstrukturen als Gewinde ausgebildet sind, wobei die Schrauben durch Öffnungen der Gehäusewanne (2) hindurch in die im oder am Deckel (3) angeordneten Gewinde eingreifen.
7. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Befestigungen (4) jeweils als Vierteldrehverschluss (8) ausgeführt sind.
8. Gehäuse (1) nach Anspruch 7 wobei die Arretierungsstruktur einen Fixierbügel (7) umfasst, wobei der Fixierbügel (7) an gegenüberliegenden Enden am Deckel (3) befestigt ist und in einem zentralen Bereich einen Haltenocken (5) zur arretierenden Aufnahme des Vierteldrehverschlusses (8) aufweist. Gehäuse (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Vierteldrehverschluss (8) einen optisch erkennbaren Indikator (9) aufweist, der einen Verriegelungszustand des Vierteldrehverschlusses (8) anzeigt. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1) zwei weitere Seiten aufweist, die kürzer sind als die Seiten (6), in denen die Befestigungen (4) angeordnet sind. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Deckel (3) ein Strukturelement aufweist, das eine für die Verbiegung des Deckels (3) entlang einer zwischen den Befestigungen (4) verlaufenden Biegelinie erforderliche Kraft reduziert, insbesondere eine Einkerbung (10) am Deckelrand, eine Prägung (11) des Deckels oder eine reduzierte Deckeldicke im Bereich der Biegelinie. Photovoltaik-Wechselrichter mit einem Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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