EP4520141A1

EP4520141A1 - Gehäuse für ein elektrisches gerät mit einem deckel

Info

Publication number: EP4520141A1
Application number: EP23722577.6A
Authority: EP
Inventors: Steffen Mueller
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2022-05-05
Filing date: 2023-05-03
Publication date: 2025-03-12
Also published as: WO2023213885A1; US20250056749A1; JP2025517632A; CN119138112A; DE102022111105A1

Abstract

Ein Gehäuse eines elektrischen Geräts zur Umwandlung einer elektrischen Leistung, weist einen Grundkörper mit einer Rückwand und Seitenwänden und einen Deckel auf, wobei der Deckel den Grundkörper verschließt, so dass ein abgeschlossener Innenraum entsteht, wobei im Innenraum des Gehäuses elektrische und elektronische Komponenten des elektrischen Geräts angeordnet sind. Der Deckel ist über einen Deckelverschluss lösbar mit dem Grundkörper verbunden, wobei der Deckelverschluss ein Befestigungsmittel (15) und ein Verschlussgehäuse (11) umfasst, wobei das Befestigungsmittel (15) drehbar und axial nicht verschiebbar in dem Verschlussgehäuse (11) gehalten ist. Das Verschlussgehäuse (15) ist in der geometrischen Mitte des Deckels am Deckel befestigt. Der Grundkörper umfasst einen Zapfen (16), der sich von der Rückwand des Gehäuses bis zur geometrischen Mitte des Deckels erstreckt, wobei mittels mindestens eines Führungsstiftes (17) des Zapfens (16) und mindestens einer zumindest abschnittsweise spiralförmig umlaufenden Führungsnut (20) des Befestigungsmittels (15), eine durch Drehung des Befestigungsmittels (15) lösbare Verbindung zwischen dem Deckel und dem Zapfen (16) herstellbar ist.

Description

GEHÄUSE FÜR EIN ELEKTRISCHES GERÄT MIT EINEM DECKEL

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektrisches Gerät zur Umwandlung einer elektrischen Leistung sowie ein elektrisches Gerät mit einem entsprechenden Gehäuse.

Ein elektrisches Gerät im Sinne dieser Offenbarung verarbeitet elektrische Leistung, insbesondere indem elektrische Ströme von einer Form in eine andere gewandelt werden, beispielsweise von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt, oder indem wesentliche Eigenschaften der elektrischen Leistung gezielt verändert werden, beispielsweise die Spannung oder die Frequenz. Insbesondere kann es sich um ein leistungselektronisches Gerät handeln, also einen Leistungswandler, in dem Leistungsschalter in einer Wandlertopologie angeordnet sind und mit Kapazitäten und Induktivitäten Zusammenwirken.

Im Betrieb eines solchen elektrischen Geräts werden die an den Anschlüssen des Leistungswandlers anliegenden Spannungen und Ströme durch eine geeignete Taktung der Leistungsschalter gezielt beeinflusst. Dabei können erhebliche elektrische Leistungen durch das elektrische Gerät fließen und zwischen den daran angeschlossenen Einrichtungen ausgetauscht werden. Beispielsweise kann eine Energiequelle, insbesondere ein Stromversorgungsnetz, ein Generator oder eine Batterie, über einen Leistungswandler in einem erfindungsgemäßen Gehäuse mit einer Energiesenke verbunden werden, insbesondere mit einer Last, einer Batterie oder wiederum einem (weiteren) Stromversorgungsnetz.

Im Bereich der erneuerbaren Energien sind Wechselrichter zur Netzeinspeisung, beispielsweise Photovoltaik-Wechselrichter in der Regel auf Leistungen ab etwa ein Kilowatt ausgelegt. Dies gilt auch für Batterieumrichter, die mit elektrischen Speichern verbunden sind und beispielsweise ein Inselnetz versorgen. Regelmäßig werden auch Leistungen über zehn Kilowatt in einem elektrischen Gerät mit einem Gehäuse umgewandelt. Für größere Energieerzeugungsanlagen können die Nennleistungen einzelner leistungselektronischer Geräte im Megawatt-Bereich liegen, wobei Spannungen im Kilovolt-Bereich und Ströme im Kiloampere- Bereich auftreten. Die Nennleistung ist grundsätzlich nicht nach oben begrenzt und hängt im Wesentlichen vom technischen Fortschritt hinsichtlich verfügbarer Leistungsschalter, geeigneter Topologien, erzielbarer Leistungsdichte, Werkstoffe und ähnlichem ab. Grundsätzlich steigt mit der Nennleistung eines elektrischen Geräts das Volumen des entsprechenden Gehäuses, so dass bei sehr großen Leistungen andere mechanische Konzepte verwendet werden können, insbesondere Schaltschränke statt Gehäuse. 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 ggf. 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 bringt es mit sich, dass sich in kürzester Zeit höchste Energiekonzentrationen akkumulieren können. Dies kann gewünscht sein, beispielsweise um Kapazitäten oder Induktivitäten zur dynamischen Zwischenspeicherung elektrischer Energie im Rahmen der Umwandlung von einer Stromform in eine andere zu nutzen. Es können jedoch auch unerwünschte Energiekonzentrationen auftreten, insbesondere in einem Fehlerfall, bei einer Fehlbedienung oder nach unvorhersehbaren 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, z.B. innerhalb weniger Millisekunden aufbauen. Dies darf jedoch nicht dazu führen, dass das Gehäuse in unvorhersehbarer Weise zerstört wird, z.B. indem es unkontrolliert zerbricht und ggf. Teile aus dem Innenraum herausgeschleudert werden.

Sofern das Gehäuse nicht mit erheblichem Materialaufwand derart aufgebaut ist, dass es jedem erwartbaren Überdruck standhält, kann der Überdruck im Innenraum des Gehäuses durch Bereitstellen einer Entlastungsöffnung abgebaut werden. Gleichzeitig ist es jedoch zur Einhaltung der relevanten Normen notwendig, das Gehäuse so zu gestalten, dass es den Innenraum im Normalbetrieb hinreichend schützt, eine mechanische Stabilität gegen Fremdeinwirkung bietet und abgedichtet ist, ggf. wasserdicht oder sogar lüft- und staubdicht.

Diese beiden Ziele - hinreichender Schutz des Innenraums und damit der darin angeordneten leistungselektronischen Komponenten gegenüber der Umgebung im Normalbetrieb einerseits und kontrollierte Bereitstellung einer ausreichend großen Entlastungsöffnung im Falle eines Überdruckes andererseits - sind funktional zunächst konträr zueinander und schränken den verfügbaren Lösungsraum erheblich ein. Zudem ist es relevant, dass das elektrische Gerät eine möglichst einfache Montage und Zugänglichkeit des Innenraums, beispielsweise für Wartungs- und Reparaturarbeiten, ermöglicht.

STAND DER TECHNIK

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, die einen mehr oder weniger kontrollierten, möglichst gefahrlosen Druckabbau eines ggf. plötzlich auftretenden Überdrucks in einem an sich verschlossenen Gehäuse gewährleisten sollen.

So können deformierbare Befestigungselemente am Gehäuse montiert sein, die bei einem plötzlich auftretenden Überdruck im Gehäuse deformiert werden und einen Spalt zwischen Deckel und Gehäuse freigeben, durch den der Überdruck abgebaut werden kann. Es können auch an Befestigungspunkten von Deckel und Gehäuse Aussparungen vorgesehen sein, die eine Verformung des Gehäuses im Falle eines Überdrucks im Innenraum ermöglichen. Des Weiteren sind Druckabbaumechanismen bekannt, bei denen eine Druckabbauöffnung im Gehäuse durch einen außenliegenden Deckel verschlossen wird, der von einer Feder nach innen gezogen wird, so dass er durch einen Überdruck nach außen gedrückt wird und die Öffnung freigibt. Eine weitere Möglichkeit zur Druckentlastung besteht in Druckentlastungsklappen, die im Falle eines Überdruckes aufschwingen können. Dabei kann es jedoch dazu kommen, dass Teile aus dem Innenraum ungehindert in die Umgebung gelangen.

Aus der DE 102019 122 812 A1 ist ein Gehäuse eines elektrischen Geräts bekannt, bei dem ein Deckel über ein lösbares Befestigungsmittel mit einem Gehäusegrundkörper verbunden ist. Dabei ist das Befestigungsmittel in der geometrischen Mitte des Deckels angeordnet und bevorzugt durch eine zentrale Schraubenmutter gebildet, die auf einer mit dem Gehäusegrundkörper verbundenen, sich nach außen erstreckenden Gewindestange verschraubbar ist und dadurch den Deckel auf dem Gehäusegrundkörper fixiert.

Keine der bekannten Lösungen stellt im Falle eines plötzlich auftretenden Überdrucks im Innenraum des Gehäuses eine ausreichend große Öffnung zum Druckabbau hinreichend schnell zur Verfügung und erfüllt gleichzeitig die eingangs genannten Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften eines Gehäuses, das insbesondere für ein elektrisches Gerät zur Umwandlung erheblicher elektrischer Leistungen geeignet sein soll und eine vereinfachte Montage des elektrischen Geräts und Zugänglichkeit des Innenraums ermöglicht. AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für ein elektrisches Gerät bereitzustellen, das über ein Verschlusssystem verfügt, das das Öffnen und Schließen des Gehäuses vereinfacht, welches den üblichen Umgebungs-, Einsatz- und Fehlerbedingungen eines solchen Geräts standhält, somit die Sicherheit erhöht, und dennoch eine einfache Montage und Zugänglichkeit des Innenraums ermöglicht.

LÖSUNG

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Gehäuse eines elektrischen Geräts zur Umwandlung einer elektrischen Leistung weist einen Grundkörper mit einer Rückwand und Seitenwänden und einen Deckel auf. Der Deckel verschließt den Grundkörper, so dass ein abgeschlossener Innenraum entsteht. Im Innenraum des Gehäuses sind elektrische und elektronische Komponenten des elektrischen Geräts angeordnet. Der Deckel ist über einen lösbaren Deckelverschluss mit dem Grundkörper verbunden. Der Deckelverschluss ist dadurch gekennzeichnet, dass er ein Befestigungsmittel und ein Verschlussgehäuse umfasst, wobei das Befestigungsmittel drehbar und axial nicht verschiebbar in dem Verschlussgehäuse gehalten ist. Zudem ist das Verschlussgehäuse in der geometrischen Mitte des Deckels am Deckel befestigt. Der Grundkörper umfasst einen Zapfen, der sich von der Rückwand des Gehäuses bis zur geometrischen Mitte des Deckels erstreckt. Dabei wird mittels mindestens eines Führungsstiftes des Zapfens und mindestens einer, zumindest abschnittsweise spiralförmig umlaufenden Führungsnut des Befestigungsmittels, eine durch Drehung des Befestigungsmittels lösbare Verbindung zwischen dem Deckel und dem Zapfen hergestellt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird somit dadurch gelöst, dass das elektrische Gerät ein geschlossenes Gehäuse als Schutzvorrichtung aufweist, wobei der lösbar befestigte Deckel des Gehäuses als Umgebungsschutz mit integrierter Überdrucksicherung ausgestaltet ist. Durch den verliersicheren zentralen Schnellverschluss des Deckels wird gleichzeitig das Öffnen und Schließen des Deckels vereinfacht und die Zugänglichkeit des Innenraums verbessert. Bei einem plötzlich entstehenden Überdruck dient die gesamte Fläche um die zentrale Deckelbefestigung herum als Angriffsfläche für Druckspitzen und Impulse. Der Deckel wird lediglich durch seine Steifigkeit daran gehindert, sich zu verformen. Der Deckel kann dazu ausgeführt sein, sich lediglich am Rand vom Gehäuse leicht abzuheben, um Druckspitzen entweichen zu lassen. Dadurch wirkt der Deckel als Überdrucksicherung und ermöglicht einen ausreichenden Druckabbau. Zugleich wird der Deckel durch das zentrale Befestigungselement festgehalten und hält weiterhin etwaige im Inneren des elektrischen Geräts abgelöste Teile zurück oder lenkt diese zumindest seitlich ab. Insofern schützt der Deckel die Umgebung des elektrischen Geräts gegen eine Druckwelle und minimiert die Gefährdung von Personen.

Der Deckel ist insbesondere ausschließlich durch den mittig angeordneten Deckelverschluss am Zapfen des Grundkörpers befestigt und durch keine weiteren Befestigungsmittel mit dem Grundkörper verbunden. Es versteht sich dabei, dass schwache Verbindungen zwischen Deckel und Gehäuse, beispielsweise Adhäsionskräfte von Dichtungen am Rand, wo der Deckel auf den Seitenwänden aufliegt, leichte Verkantungen oder Führungshaken nicht als Befestigungsmittel zu verstehen sind. Der zentral angeordnete Zapfen mit Befestigung an der Rückseite des Grundkörpers bietet zudem eine optimale Zugänglichkeit des Innenraums des Gehäuses bei geöffnetem Deckel. Indem das drehbare Befestigungsmittel des Deckelverschlusses im Verschlussgehäuse gehalten ist, ist es während der gesamten Montage oder Demontage des Gehäuses sichergestellt, dass keine losen Teile am Verschluss vorhanden sind, sondern eine Zentrierung, Positionierung und Verbindung des Deckels mit dem Gehäuse in einem Arbeitsschritt zu bewerkstelligen sind. Es wird somit ein Schnellverschluss bereitgestellt, der unverlierbar im Deckel verbaut ist und dabei ein Komprimieren einer Dichtung, Halten des Deckels im Fall eines inneren Fehlers und eine einfache Positionierung des Deckels ermöglicht.

Beim Aufsetzen des Deckels auf das Gehäuse wird der zentrale Zapfen in das Befestigungsmittel eingeführt, wobei das Befestigungsmittel drehbar und axial nicht verschiebbar in dem Verschlussgehäuse gehalten ist. Bevorzugt hat der Zapfen eine zylindrische Form und das Befestigungsmittel eine entsprechende Hohlzylinderform zur Aufnahme des Zapfens. Wenn sich das Befestigungsmittel in zentraler Position zur Aufnahme des Zapfens befindet, ist auch automatisch gleichzeitig der Deckel in eine korrekte Montageposition mit dem Gehäuse gebracht. Beim Einführen des Zapfens in das Befestigungsmittels ist ein nach außen gerichteter Führungsstift des Zapfens in einer Führungsnut des Befestigungsmittel positioniert. Diese Führungsnut ist zumindest abschnittsweise spiralförmig ausgeführt, so dass das Befestigungsmittel bei einer entsprechenden Drehbewegung auf den Zapfen gezogen wird und damit auch der gesamte Deckel in Richtung des Gehäuses gezogen wird. Die Dimensionierung des Zapfens und des Befestigungsmittels sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass der Deckel in einer vorgesehenen Endposition fest auf dem Gehäuse aufsitzt und dieses verschließt, wobei die Verbindung auch im Innenraum im Fehlerfall auftretenden Drücken widerstehen kann. Zudem sind durch die zentrale Anordnung des Deckelverschlusses die Ecken und Randbereiche des Gehäuses frei zugänglich, wobei diese Bereiche insbesondere einen Anschlussbereich des elektrischen Gerätes umfassen können. Dieser Anschlussbereich ist dann bei geöffnetem Deckel weitgehend frei zugänglich, so dass bei einer Inbetriebnahme des Gerätes kein zusätzlicher Montageaufwand anfällt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die lösbare Verbindung durch eine Halb- oder Vierteldrehung herstellbar. Ein solcher Verschluss kann besonders einfach nur durch Drehung um 90 Grad oder 180 Grad mittels eines geeigneten Werkzeugs gelöst werden. Insbesondere lässt sich auf einfache und definierte Weise der Deckelverschluss durch eine Drehung von einer verriegelten Geschlossen-Stellung in eine freie Offen-Stellung bringen, in der der Deckel Verschluss vom Verschlusszapfen gelöst und der Deckel vom Gehäuse entnehmbar ist.

Besonders bevorzugt ist, dass der Verschlusszapfen an seinem oberen, dem Deckel zugewandten Ende einen Kreuzstift als Führungsstift aufweist. Entsprechend umfasst dann das Befestigungsmittel eine spiralförmig umlaufende Helixnut bestehend aus zwei Führungsnuten zur Aufnahme der zwei Enden des Kreuzstiftes. Durch diese Symmetrie ist die Einbaulage besser definiert und ein Verkanten wird verhindert, wenn der Kreuzstift in der Helix- Spirale verläuft. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen die Führungsnuten in einer Endposition eine Verrastung auf. Dadurch wird die verriegelte Geschlossen-Stellung definiert, wenn der Führungsstift in der Verrastung gehalten ist. Ein unbeabsichtigtes Zurückrutschen des Führungsstiftes in der Führungsnut und damit ein Lockern des Deckelverschlusses wird verhindert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist am Verschlussgehäuse ein Kragen vorgesehen, der eine Anschlagfläche für den Deckel bildet. Dieser Kragen definiert die Einbausituation des Verschlussgehäuses am Deckel. Das Verschlussgehäuse ist bevorzugt derart angeordnet, dass es durch eine zentrale Öffnung des Deckels ragt und mit dem Kragen auf der Außenseite des Deckels aufliegt, während von der Innenseite eine Befestigung gegen den Deckel wirkt, beispielsweise durch eine Kontermutter. Besonders bevorzugt ist in dem Kragen ein erster Dichtring zur Abdichtung zwischen Deckel und Verschlussgehäuse angeordnet. Weiter ist es bevorzugt, dass eine zweite Dichtung zwischen dem Befestigungsmittel und dem Verschlussgehäuse wirkt, beispielsweise durch einen um das Befestigungsmittel umlaufenden Dichtring. Der gesamte Deckelaufbau mit zentral angebrachtem Befestigungsmittel und Dichtung ist so gewählt, dass das elektrische Gerät unter allen Witterungsbedingungen und bei allen elektrischen Parametern dauerhaft und sicher betreibbar ist.

Um eine verliersichere Halterung des Befestigungsmittels im Verschlussgehäuse zu gewährleisten, umfasst das Befestigungsmittel in einer vorteilhaften Ausführungsform eine umlaufende Sicherungsnut und das Verschlussgehäuse einen Sicherungsstift zum Eingreifen in die Sicherheitsnut, wodurch das Befestigungsmittel drehbar und axial nicht verschiebbar in dem Verschlussgehäuse gehalten ist. Weiter bevorzugt ist die Sicherungsnut nur zum Teil umlaufend und bildet dadurch eine Begrenzung der Drehbewegung des Befestigungsmittels im Verschlussgehäuse. Alternativ kann die Sicherungsnut einen Sprengring beherbergen, der in der vorgesehenen Montageposition eine axiale Verschiebbarkeit des Befestigungsmittels verhindert und eine Verliersicherheit gewährleistet. Eine Begrenzung der Drehbewegung des Befestigungsmittels kann auch über zusätzliche Ausnehmungen des Befestigungsmittels realisiert sein, die in korrespondierende Erhebungen im Verschlussgehäuse eingreifen.

Um eine bessere Definition der Einbaulage des Deckels zu erreichen und um das Eintreten des Kreuzstiftes des Zapfens in die Helixnut des Befestigungsmittels zu erleichtern, kann das Verschlussgehäuse an einem dem Zapfen zugewandten Endbereich axiale Führungsnuten umfassen, durch die die Führungsstifte des Zapfens zu den spiralförmig umlaufenden Führungsnuten des Befestigungsmittels führbar sind. Zusätzlich kann um den Endbereich des Zapfens ein in Richtung Deckel offener Konus angeordnet sein, der eine zusätzliche Erleichterung für die zentrale Positionierung während der Deckelmontage bildet.

Besonders bevorzugt weist der Deckelverschluss Markierungen zur Anzeige der Einbaulage und/oder zur Stellungsanzeige einer Offen-Stellung und Geschlossen-Stellung auf. Das ist bevorzugt durch einen optisch erkennbaren Indikator realisiert, der beispielsweise durch unterschiedliche Farben oder unterschiedliche Zeichen gebildet sein kann.

In einer Ausführungsform des Gehäuses weist der Deckel eine im Wesentlichen in einer Ebene verlaufende Dichtungsfläche auf. Der Deckel liegt dann mit der Dichtungsfläche auf Kanten der Seitenwände des Grundkörpers auf. Es versteht sich, dass die Seitenwände durch ein einziges Bauteil gebildet werden können; insofern sind auch Gehäuse mit runder Rückwand und entsprechend durchgängiger Seitenwand umfasst. Zwischen den Kanten der Seitenwände des Grundkörpers und dem Deckel kann eine umlaufende Dichtung angeordnet sein. Auf die Dichtung wird durch den Deckelverschluss über den Deckel eine Druckkraft ausgeübt, so dass das Gehäuse dicht verschließbar ist. Dadurch kann eine Schutzart des Innenraums des Gehäuses von mindestens IP54, bevorzugt von mindestens IP65 und/oder Nema Type 4X gewährleistet werden.

Der gesamte Deckelaufbau mit zentral angebrachtem Befestigungsmittel und Dichtung ist so gewählt, dass das elektrische Gerät unter allen Witterungsbedingungen und bei allen elektrischen Parametern dauerhaft und sicher betreibbar ist. Dazu ist insbesondere die Deckelsteifigkeit so bemessen, dass der Deckel einerseits steif genug ist, um eine Anpresskraft vom zentralen Deckelverschluss über die Deckelfläche derart auf den Rand und damit auf die Dichtung zu übertragen, dass die Dichtung die notwendige Kompressionskraft erfährt. Gleichzeitig verfügt der Deckel über eine derart optimierte Steifigkeit, dass er sich umlaufend zur zentral angebrachten Schraube bei Erreichen eines bestimmten Innendruckes verformen kann. Dadurch kann eine optimierte Öffnungsfläche zur Druckentlastung erzeugt werden und der Druck entweicht langsam. Zudem wird die Belastung des Deckelverschlusses insgesamt bei einer Explosion vermindert, so dass der Deckel nicht am Deckelverschluss ausreißt.

Das erfindungsgemäße Gehäuse kann im Innenraum besonders vorteilhaft leistungselektronische Komponenten beherbergen. Dazu gehören insbesondere Schalter, Kapazitäten und/oder Induktivitäten, die für die Umwandlung der elektrischen Leistung innerhalb des Gerätes geeignet sind. Insbesondere kann das Gehäuse einen Leistungswandler, insbesondere einen Gleichrichter, einen Wechselrichter und/oder einen DC/DC- Wandler beherbergen. Gerade im Bereich der Leistungswandler mit Nennleistungen im Bereich einige zehn bis einige hundert Kilowatt bringt der technische Fortschritt Steigerungen der Leistungsdichte mit sich, die gleichzeitig das eingangs erläuterte Problem der unerwünschten Energieakkumulation verschärfen und daher an das entsprechend steigende Risiko angepasste Gehäuse benötigen.

Im Falle eines im Innenraum des Gehäuses auftretenden Überdrucks, insbesondere im Falle eines plötzlich auftretenden Überdrucks, wie er bei einem elektrischen Gerät mit hoher Leistung auftreten kann, kann der Deckel allseitig von den Kanten der Seitenwände abheben und sich plastisch verformen. Dadurch ist ein Druckabbau nach allen Seiten möglich. Die plastische Verformung führt zudem zu einer Entlastung des Deckelverschlusses, da die Fläche, auf die der Überdruck wirkt, durch die Verformung des Deckels abnimmt. Durch den schnellen Druckabbau wird die Zugkraft auf den Deckelverschluss schnell verringert. Ein Abbau des Überdrucks lässt sich auch mit einer elastischen Verformung des Deckels gewährleisten, so dass der Deckel bei einem Überdruck an den Seitenwänden abhebt und eine Druckentlastungsöffnung freigibt und nach dem Druckabbau wieder verschließt.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt den Deckelverschluss einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Deckelverschlusses der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 zeigt die Deckelbefestigung des Verschlussgehäuses;

Fig. 5 zeigt den Indikator des Deckelverschlusses;

Fig. 6 zeigt schematisch die Stellungen des Deckelverschlusses.

FIGURENBESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Deckelverschluss. Das Gehäuse (nicht dargestellt) umfasst einen Grundkörper. Der Grundkörper kann einteilig ausgebildet sein, beispielsweise als Druckguss-Formteil, oder aus mehreren Teilen bestehen, insbesondere aus einer Rückwand und Seitenwänden. Grundsätzlich kann der Grundkörper einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss aufweisen, so dass er vier im Wesentlichen ebene Seitenwände umfasst, oder einen runden oder ovalen Grundriss aufweisen, so dass er im Wesentlichen eine umlaufende Seitenwand aufweist.

Das Gehäuse umfasst einen Deckel. Der Grundkörper und der Deckel bilden einen abgeschlossenen Innenraum des Gehäuses aus, indem der Deckel formschlüssig auf die Kanten der Seitenwände des Grundkörper aufgelegt wird. Etwaige Öffnungen in den Seitenwänden und/oder der Rückwand des Grundkörpers, beispielsweise für Kabeldurchführungen, können dabei selbst mit geeigneten Abdichtungen ausgeführt werden.

Der Deckel ist über einen zentralen Deckelverschluss lösbar mit dem Grundkörper verbunden. Der Deckelverschluss umfasst gemäß Fig. 1 ein Verschlussgehäuse 11 , das mittels eines als Anschlagfläche ausgebildeten Kragens 12 und einer Kontermutter 13, die auch als Erdungsmutter dient, am Deckel (nicht dargestellt) fixiert ist. Das Verschlussgehäuse 11 hat eine im Wesentlichen rotationssymmetrische, bzw. zylindrische Grundform. Auf der Umfangsfläche kann ein Außengewinde 14 vorgesehen sein, auf das die Kontermutter 13 geschraubt werden kann. Zur Befestigung des Verschlussgehäuses 11 am Deckel wird das Verschlussgehäuse 11 durch eine entsprechend dimensionierte Öffnung des Deckels geführt, bis der Kragen 12 an der Außenseite des Deckels anliegt. Anschließend wird das Verschlussgehäuse 11 mit einer Kontermutter 12 an der Deckelinnenseite fixiert. Die Öffnung des Deckels befindet sich dabei bevorzugt in der geometrischen Mitte des Deckels. Das Verschlussgehäuse 11 ist bevorzugt als Hohlzylinder ausgeführt, so dass es das Befestigungsmittel 15 (siehe Fig. 2) aufnehmen kann. Das Befestigungsmittel 15 ist passend zum Hohlraum des Verschlussgehäuses 11 bevorzugt ebenfalls als Hohlzylinder ausgeführt, so dass das Befestigungsmittel 15 in das Verschlussgehäuse 11 einführbar ist, bevorzugt von der Außenseite des Deckels. Das Befestigungsmittel 15 wird dabei axial drehbar, aber verliersicher, das heißt axial nicht verschiebbar, in dem Verschlussgehäuse 11 gehalten. Zur Herstellung der Verschlussverbindung zwischen Deckel und Grundkörper des Gehäuses ist ein bevorzugt stangenförmiger Verschlusszapfen 16 vorgesehen, der sich von der Rückwand des Gehäuses bis zur Öffnung des Deckels erstreckt. An dem zum Deckel gerichteten Ende des Zapfens 16, weist dieser einen Kreuzstift 17 auf, der sich auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Zapfens 16 radial nach außen erstreckt. In der Regel besteht der Kreuzstift 17 aus einem über eine Bohrung mit Passung im Zapfen 16 mittig ausgerichteten eingesetzten Stift. Der Zapfen 16 mit Kreuzstift 17 ist als T eil der Gehäuserückwand fest mit dieser verbaut, wobei die Gehäuserückwand in diesem Bereich auch noch zusätzliche strukturelle Verstärkungen umfassen kann, um einwirkenden Zugkräften besser widerstehen zu können. Der Zapfen 16 mit Kreuzstift 17 ist derart dimensioniert, dass er in das Befestigungsmittel 15 einführbar ist und in dieses aufgenommen werden kann.

In Fig. 2 sind die Deckel-seitigen Verschlusskomponenten in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Dabei sind das Verschlussgehäuse 11 mit der Kontermutter 13, wie in Fig. 1 , sowie das Befestigungsmittel 15 erkennbar. Das Verschlussgehäuse 11 weist einen Kragen 12 auf, der wie beschrieben als Anschlagfläche für die Deckelaußenseite dient. In dem Kragen 12 ist eine Dichtung 18 angeordnet, die im montierten Zustand das Verschlussgehäuse 11 gegen den Deckel abdichtet und somit den Innenraum vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Staub schützt. Diese Dichtung 18 kann in bekannter Weise ausgeführt sein, beispielsweise als Gummidichtring oder als Schaumraupe. Das Befestigungsmittel 15 umfasst eine Aufnahme 19 für den Verschlusszapfen 16, wobei der Innendurchmesser der Aufnahme 19 an den Außendurchmesser des Verschlusszapfens 16 angepasst ist. Des Weiteren umfasst das Befestigungsmittel 15 eine Helixnut bestehend aus zwei spiralförmig umlaufenden Führungsnuten 20. Diese Führungsnuten 20 sind zur Aufnahme des Kreuzstiftes 17 des Zapfens 16 eingerichtet. In der gezeigten Ausführungsform durchbrechen die Führungsnuten 20 die Mantelfläche des Befestigungsmittels 15. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Mantelfläche des Befestigungsmittels 15 geschlossen ist und die Führungsnuten 20 nur innenliegend ausgebildet sind. Herstellungstechnisch sind die vollständig durchbrechenden Führungsnuten 20 jedoch deutlich einfacher realisierbar. Im Anfangsbereich der Aufnahme 19 können die Führungsnuten 20 nicht spiralförmig, sondern axial ausgerichtet sein. Das erleichtert das Einführen des Kreuzstiftes 17 und die richtige Positionierung des gesamten Deckels. Auch das Verschlussgehäuse 11 kann an seinem dem Zapfen 16 zugewandten Ende einen entsprechenden Führungsabschnitt 21 aufweisen. Eine Abdichtung des Befestigungsmittels 15 gegen das Verschlussgehäuse 11 kann durch eine weitere Dichtung 22 realisiert werden, die im montierten Zustand in einer umlaufenden Dichtungsnut 23 des Befestigungsmittels 15 angeordnet ist. Durch die Integration der Dichtungen 18, 22 in den fest am Deckel montierten Deckel Verschluss wird gewährleistet, dass auch bei einer Demontage und erneuten Montage des Deckels auf dem Gehäusegrundkörper die Dichtigkeit nicht verloren geht, so dass nicht jedes Mal eine neue Dichtung verwendet werden muss. Für die axiale Sicherung des Befestigungsmittels 15 wird ein Sicherungsstift 24 in das Verschlussgehäuse 11 gepresst, der in eine halbumlaufende Sicherungsnut 25 des Befestigungsmittels 15 eingreift. Damit ist das Befestigungsmittel 15 gegen Herausfallen gesichert und es wird gleichzeitig eine Rotationsbeschränkung, in diesem Fall eine halbe Umdrehung, etabliert. Das Herausfallen kann aber auch auf andere Weise sichergestellt werden. Beispielsweise kann die Sicherungsnut 25 des Befestigungsmittels 15 ganz umlaufend sein und einen Sprengring 26 beherbergen, der in der richtigen Position in eine entsprechende Sicherungsnut des Verschlussgehäuses 11 springt. Die axiale Sicherung und die Position der Dichtungen 18, 22 ist in der Schnittdarstellung der Fig. 3 ersichtlich, die das Verschlussgehäuse 11 mit dem aufgenommenen Befestigungsmittel 15 zeigt.

Die Montage des Verschlussgehäuses 11 am Deckel 27 ist in Fig. 4 gezeigt. Das Verschlussgehäuse 11 wird in einer zentralen Öffnung des Deckels 27 mit der Anschlagfläche des Kragens 12 und der Kontermutter 13, die auch als Erdungsmutter dient, montiert. Bevorzugt ist die Deckelöffnung nicht kreisrund, sondern beispielsweise quadratisch mit abgerundeten Ecken. Die Außenfläche des Verschlussgehäuses 11 weist bevorzugt an die Öffnung angepasste Abflachungen 28 auf, so dass das Verschlussgehäuse 11 verdrehsicher fixiert werden kann. Dadurch lässt sich der Deckelverschluss genau auf den Kreuzstift 17 des Zapfens 16 ausrichten.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführung, bei der am Verschlussgehäuse 11 verschiedene Markierungen vorgesehen sind. Zur korrekten Positionierung des Deckelverschlusses über dem zentralen Zapfen sind zwei gegenüberliegende Markierungen 29 vorgesehen. Diese können beispielsweise durch Farbmarkierungen oder strukturelle Markierungen (Erhöhungen, Kerben usw.) gebildet sein. Diese Markierungen 29 sollen einen korrekten Einbau sicherstellen. Für einen zentralen Deckelverschluss sollte der Zapfen 16 so eingebaut sein, dass der Kreuzstift 17 in horizontaler Lage steht. Dann muss das Verschlussgehäuse 11 so eingebaut sein, dass die seitlichen Markierungen 29 ebenfalls horizontal stehen. Das vereinfacht insbesondere bei mehrfach symmetrischen oder kreisförmigen Gehäuseformen die Positionierung und den Einbau des Deckels. Zusätzlich zeigt in Fig. 5 die dreieckige Markierung 30 die Einbaurichtung oben oder unten an, je nachdem welche Ansicht man für die Stellung „Offen“ und „Geschlossen“ bevorzugt. Weitere Markierungen können die Drehrichtung anzeigen, zum Beispiel zeigen in der dargestellten Ausführungsform Pfeile und Buchstaben die Drehrichtung für die Offenstellung (O) und die Geschlossenstellung (C für „closed“) an. Eine farbliche Markierung 31 am Verschlussgehäuse ermöglicht zusätzlich eine optische Stellungsanzeige, in dem zum Beispiel der sichtbare Teil der Farbmarkierung grün in der Geschlossenstellung (Fig. 5, unten) und nach halber Drehung des mittigen Befestigungsmittels 15 rot in der Offenstellung (Fig. 5, oben) anzeigt. Die Funktionsweise des Deckelverschlusses wird anhand der Fig. 6 verdeutlicht, wo das Zusammenspiel von Befestigungsmittel 15 mit Verschlusszapfen 16 beim Verschließen des Deckels dargestellt ist. Dabei ist links die Situation mit aufgesetztem Deckel, in der Mitte mit halb geschlossenem Verschluss und rechts mit geschlossenem Verschluss gezeigt. Das Befestigungsmittel 15 ist so aufgebaut, dass eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Dazu ist die doppelseitige Helixnut 20 in dem Befestigungsmittel 15 eingebracht. Diese stellt die Bewegungsbahn dar in die der Kreuzstift 17 eingreift. Dreht man nun die Betätigung 32 wird der mit dem Verschluss verbundene Deckel nach unten bewegt. Der dabei zurückgelegte Weg in zur Deckelebene senkrechten Richtung muss ausreichend sein, um die Dichtung zu komprimieren und die Verformung des Deckels auszugleichen. Da diese Kraft, durch die zentrale Einbringung, schon bei mittelgroßen Deckeln erheblich sein kann, ist der Weg bevorzugt auf eine 180° Drehung festgelegt. Um die gleiche senkrechte Bewegung des Deckels zu ermöglichen, wäre beispielsweise bei einer Vierteldrehung der halbe Drehweg, aber die doppelte Kraft erforderlich. Wenn ein größerer Kompressionsweg, z.B. wegen einer größeren Dichtung benötigt wird, kann der Weg auch vergrößert werden. Das entspräche dann einer „auseinandergezogenen“ Helix. Dabei wäre allerdings zu beachten, dass dann die Betätigungskraft wieder ansteigt, da der Anlaufwinkel steiler wird. Es sind auch spezifische Drehwinkel zwischen 90° und 180° realisierbar und der Kompressionsweg ist in gewissen Grenzen spezifisch anpassbar. Das System ist auch in der Größe skalierbar. Dabei sind sowohl rechts- als auch links-schließende Varianten möglich. Bei zentralen Verschlusslösungen hängt die nötige Schließkraft stark von der Größe des Deckels und der notwendigen Kompressionskraft der Dichtung ab. Bei kleinen Deckeln kann daher eine Vierteldrehung ausreichend sein. Für größere Deckel bietet eine Halbdrehung einen längeren Einlaufweg und damit eine geringere Schließkraft. Am Ende der Bahn ist beidseitig eine Verrastung 33 vorgesehen, hier in Form eines Bahnrücksprungs. Hier hat der Kreuzstift 17 seine Endstellung und wird durch die von Deckel und Dichtung ausgeführte Zugkraft dort auch sicher gehalten. Im Explosionsfall muss der Deckelverschluss den Deckel sicher auf dem Grundkörper des Gehäuses halten.

BEZUGSZEICHENLISTE

11 verschlussgehause

12 Kragen

13 Kontermutter

14 Außengewinde

15 Befestigungsmittel

16 Zapfen

17 Führungsstift/Kreuzstift

18 erste Dichtung (Kragen)

19 Aufnahme

20 Führungsnut

21 Führungsabschnitt des Verschlussgehäuses

22 zweite Dichtung (innen)

23 Dichtungsnut

24 Sicherungsstift

25 Sicherungsnut

26 Sprengring

27 Deckel

28 Abflachung

29 Positionsmarkierung Einbaulage

30 Positionsmarkierung Einbaurichtung

31 Farbmarkierung

32 Betätigung

33 Verrastung

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Gehäuse eines elektrischen Geräts zur Umwandlung einer elektrischen Leistung, wobei das Gehäuse einen Grundkörper mit einer Rückwand und Seitenwänden und einen Deckel (27) aufweist, wobei der Deckel (27) den Grundkörper verschließt, so dass ein abgeschlossener Innenraum entsteht, wobei im Innenraum des Gehäuses elektrische und elektronische Komponenten des elektrischen Geräts angeordnet sind, wobei der Deckel (27) über einen Deckelverschluss lösbar mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei der Deckelverschluss ein Befestigungsmittel (15) und ein Verschlussgehäuse (11) umfasst, wobei das Befestigungsmittel (15) drehbar und axial nicht verschiebbar in dem Verschlussgehäuse (11) gehalten ist, wobei das Verschlussgehäuse (11) in der geometrischen Mitte des Deckels am Deckel (27) befestigt ist, wobei der Grundkörper einen Zapfen (16) umfasst, der sich von der Rückwand des Gehäuses bis zur geometrischen Mitte des Deckels (27) erstreckt, wobei mittels mindestens eines Führungsstiftes (17) des Zapfens (16) und mindestens einer zumindest abschnittsweise spiralförmig umlaufenden Führungsnut (20) des Befestigungsmittels (15), eine durch Drehung des Befestigungsmittels (15) lösbare Verbindung zwischen dem Deckel (27) und dem Zapfen (16) herstellbar ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1 , wobei die lösbare Verbindung zwischen dem Deckel (27) und dem Zapfen (16) durch eine Halbdrehung oder eine Vierteldrehung herstellbar ist.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zapfen (16) einen als Kreuzstift ausgebildeten Führungsstift (17) umfasst und das Befestigungsmittel (15) eine zumindest abschnittsweise spiralförmig umlaufende Helixnut bestehend aus zwei Führungsnuten (20) zur Aufnahme der zwei Enden des Kreuzstiftes (17) umfasst.

4. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Führungsnuten (20) in einer Endposition eine Verrastung (33) umfassen.

5. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verschlussgehäuse (11) einen Kragen (12) umfasst, der eine Anschlagfläche für den Deckel bildet und in dem eine erste Dichtung (18) zur Abdichtung zwischen Deckel (27) und Verschlussgehäuse (11) angeordnet ist.

6. Gehäuse nach Anspruch 5, wobei eine zweite Dichtung (22) zur Abdichtung zwischen Befestigungsmittel (15) und Verschlussgehäuse (11) umlaufend um das Befestigungsmittel (15) angeordnet ist.

7. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Befestigungsmittel (15) eine umlaufende Sicherungsnut (25) und das Verschlussgehäuse (11) einen Sicherungsstift (24) zum Eingreifen in die Sicherheitsnut (25) umfassen, wodurch das Befestigungsmittel (15) drehbar und axial nicht verschiebbar in dem Verschlussgehäuse (11) gehalten ist.

8. Gehäuse nach Anspruch 7, wobei die Sicherungsnut (25) nur zum Teil umlaufend ist und dadurch eine Begrenzung der Drehbewegung des Befestigungsmittels (15) im Verschlussgehäuse (11) bildet.

9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Befestigungsmittel (15) und das Verschlussgehäuse (11) jeweils eine umlaufende Sicherungsnut (25) umfassen in denen ein Sprengring (26) angeordnet ist, wodurch das Befestigungsmittel (15) drehbar und axial nicht verschiebbar in dem Verschlussgehäuse (11) gehalten ist.

10. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verschlussgehäuse (11) an einem dem Zapfen (16) zugewandten Endbereich axiale Führungsnuten (21) als Mittel zur Definition der Einbaulage umfasst, durch die die Führungsstifte (17) des Zapfens (16) zu den, zumindest abschnittsweise spiralförmig umlaufenden Führungsnuten (20) des Befestigungsmittels (15) führbar sind.

11. Gehäuse nach Anspruch 9, wobei der Deckelverschluss Markierungen umfasst zur Anzeige der Einbaulage und/oder zur Stellungsanzeige einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung.

12. Gehäuse nach Anspruch 1 , wobei der Deckel (27) ausschließlich durch den mittig angeordneten Deckelverschluss am Grundkörper befestigt ist und durch keine weiteren Befestigungsvorrichtungen mit dem Grundkörper verbunden ist.

13. Gehäuse nach Anspruch 1 , wobei der Deckel (27) eine in einer Ebene verlaufende Dichtungsfläche aufweist, mit der der Deckel (27) auf Kanten der Seitenwände des Grundkörpers aufliegt.

14. Gehäuse nach Anspruch 12, wobei zwischen den Kanten der Seitenwände des Grundkörpers und dem Deckel (27) eine umlaufende Dichtung angeordnet ist, auf die durch den Deckelverschluss über den Deckel (27) eine Druckkraft ausgeübt wird, so dass das Gehäuse derart dicht verschließbar ist, dass eine Schutzart des Innenraums des Gehäuses von mindestens IP54, mindestens IP65, und/oder Nema Type 4X gewährleistet ist.

15. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Komponenten im Innenraum des Gehäuses leistungselektronische Komponenten umfassen, die für die Umwandlung der elektrischen Leistung innerhalb des Gerätes geeignet sind.

16. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Deckel (27) derart ausgeführt ist, dass er im Falle eines im Innenraum des Gehäuses auftretenden Überdrucks allseitig von den Kanten der Seitenwände abhebt und sich plastisch verformt, so dass ein Druckabbau nach allen Seiten ermöglicht wird.

17. Elektrisches Gerät umfassend ein Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 16.