Gehäuse für ein elektronisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektronisches Gerät, insbesondere ein leistungselektronisches Gerät, wie bspw. einen Wechselrichter, sowie ein solches Gerät.

Stand der Technik

Elektronische Geräte weisen regelmäßig ein Gehäuse auf. Unter einem Gehäuse ist dabei eine feste Hülle zu verstehen, die das elektronische Gerät umgibt und so dieses und die in dem elektronischen Gerät enthaltenen Komponenten bzw. Bauteile vor äußeren Einflüssen schützt. Bei elektronischen Geräten dient das Gehäuse u.a. als Berührschutz vor hohen Spannungen und auch dazu, die Umgebung des Geräts vor im Gerät erzeugter elektromagnetischer Strahlung sowie die Elektronik im Gerät vor elektromagnetischen Störquellen in der Umgebung zu schützen. Dies fällt in den Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).

Ein Beispiel für ein elektronisches Gerät ist ein Wechselrichter. Wechselrichter, die auch als Inverter bezeichnet werden, sind leistungselektronische Geräte, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichten. Diese werden bspw. in Photovoltaikanlagen eingesetzt, um elektrischen Gleichstrom, der in Solarmodulen photovoltaisch erzeugt wird, in Wechselstrom zu wandeln. Derartige Wechselrichter werden als Solarwechselrichter bezeichnet, die einen Teil von Photovoltaikanlagen, die der Einspeisung von elektrischem Strom in ein elektrisches Netz dienen, darstellen.

Bekannte Geräte bestehen aus einem Druckguss- oder Blechgehäuse, in das die leistungselektronischen Teilkomponenten, wie bspw. Drosseln, Leiterplatten, elektrische Anschluss- und Verbindungselemente, eingebaut sind. Zum Teil wird auch eine Kombination aus Blechgehäuse und Kunststoffdeckel oder Vollblechgehäuse mit Kunststoff-Designcover verwendet. Gehäuse aus Vollkunststoff werden nur bei kleinen Leistungen, bei denen EMV-

Störungen unkritisch sind, eingesetzt. Nachteilig bei all diesen Lösungen sind das hohe Gewicht und die hohen Kosten.

Das Metallgehäuse bei bekannten Ausführungen übernimmt dabei sowohl die Funktion der mechanischen Verbindung der Komponenten als auch eine Kühlfunktion zur Abfuhr der Verlustwärme. Darüber hinaus bewirkt das Metallgehäuse eine Schirmwirkung gegen elektromagnetische Abstrahlungen und Einstrahlungen. Weiterhin sind Funktionalitäten zur Unterstützung der Handhabung, Standfüße und ähnliches in das Gehäuse integriert.

Aus der Druckschrift DE 20 2006 008 792 U 1 ist ein Solarwechselrichter bekannt, der ein erstes Gehäuseteil, das als ein Kühlkörper dient, und ein zweites

Gehäuseteil zur Aufnahme von elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters umfasst. Sowohl das erste Gehäuseteil als auch das zweite Gehäuseteil weisen eine Lufteintrittsöffnung sowie eine Luftaustrittsöffnung auf. Auf diese Weise gewährleistet der Solarwechselrichter eine ausreichende Kühlung für seine elektronischen Komponenten.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden ein Gehäuse nach Anspruch 1 und ein elektronisches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Weiterhin wird hierin ein Grundkörper beschrieben, der zusammen mit einem Deckel, das vorgestellte Gehäuse bildet.

Durch den vorgestellten Aufbau des Gehäuses mit dem Grundkörper und dem mindestens einen Kühlelement ist eine ausreichende Kühlung des Geräts und insbesondere der Komponenten des Geräts sichergestellt. Die eingesetzten Ble- che bieten eine wirksame Abschirmung, so dass die Anforderungen hinsichtlich

EMV erfüllt werden können. Das beschriebene Gehäusekonzept erfüllt somit alle vorstehend genannten Funktionen, hat aber deutliche Vorteile hinsichtlich des Gewichts und der Kosten.

Das beschriebene Gehäuse besteht in einer Ausführung aus einem Grundkörper aus Kunststoff, der die Halte- bzw. Tragfunktion für alle weiteren Komponenten, wie bspw. Drosseln, Kühlelemente, Leiterplatten, Verbindungselemente usw., des Geräts darstellen. Die Wärmeabfuhr aus dem Gehäuseinneren erfolgt in Ausgestaltung zusätzlich über einen Luftkühler, der mit dem Kunststoffgrundkörper unmittelbar bzw. dicht verbunden sein kann. Auf dem Luftkühler können die verlustbehafteten Bauteile von innen montiert sein. Sind als Komponenten bzw.

Bauteile Drosseln vorgesehen, so werden diese typischerweise ebenfalls dicht mit dem Kunststoffgrundkörper verbunden.

Die Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung erfolgt durch gezielte Ein- bringung von einzelnen Blechen in das Gehäuse, die galvanisch mit dem Kühlkörper und ggf. mit den Drosselgehäusen verbunden sind und mit dem Schutzlei- teranschluss des Geräts und ggf. mit anderen Komponenten eine zusammenhängende Massefläche bilden können. Der Grundkörper aus Kunststoff wird von der Vorderseite mit einem Deckel, der gestaltet ist und auch als Designdeckel bezeichnet werden kann, ebenfalls dicht verschlossen, so dass keine Verunreinigungen eindringen können. Die Bleche sind typischerweise mechanisch mit dem Grundkörper verbunden.

Die wesentlichen Vorteile des vorgestellten Konzepts sind die geringeren Kosten, und zwar etwa Faktor 2 gegenüber Blechgehäusen und etwa Faktor 3 gegenüber

Gussgehäusen sowie ein geringeres Gewicht als bei einem Blech- oder Gussgehäuse. Die EMV-Abschirmung erfolgt durch gezieltes Einbringen und Verbinden von Blechen an den kritischen Stellen, was einen minimalistischen Ansatz darstellt. Zur normgerechten Abschirmung werden die metallischen Komponenten, und somit Bauteile, die für eine Schirmung relevant sind, wie Kühlelement und ggf. Luftkühler, Drosselgehäuse und EMV-Bleche, galvanisch miteinander und ggf. mit dem Schutzleiteranschluss im Gerät verbunden. Metallische Teile, die der Erwärmung dienen, sind berührungsgeschützt zweckmäßigerweise nur an der Rückseite des Geräts angeordnet. Zu beachten ist, dass Design- Gesichtspunkte sich in Kunststoff leichter abbilden lassen. Weiterhin ist durch das Kunststoffgehäuse eine elektrische Isolierung gegeben. Die Ausführung des Grundkörpers in Kunststoff bietet eine einfache Möglichkeit, weitere Funktionen, wie Kabelführungen, Befestigungspunkte, Standfüße, Griffmulden, kostengünstig zu integrieren. Grundsätzlich verbindet der Grundkörper alle Komponenten mechanisch miteinander.

Die Bleche, die in dem Gehäuse vorgesehen sind, können bspw. in dem Grundkörper eingegossen sein. Der Grundkörper wiederum kann so gestaltet sein, dass weder elektrisch leitende noch thermisch heiße Metallteile im Betrieb berührt werden können.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Gehäusedeckel in einer Draufsicht.

Figur 2 zeigt den Gehäusedeckel aus Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung.

Figur 3 zeigt einen Grundkörper aus Kunststoff. Figur 4 zeigt Komponenten in dem Gehäuse. Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In Figur 1 ist eine Ausführung eines Deckels, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen, gezeigt. Dieser Deckel 10 dient zum Verschließen eines Grundkörpers eines Gehäuses der hierin beschriebenen Art und stellt einen Teil des Gehäuses dar. Der Deckel 10 ist in dieser Ausführung aus einem Kunststoff gefertigt, weist einen im wesentlichen rechteckförmigen Grundriss mit abgerundeten Ecken auf. Weiterhin sind in dem Deckel 10 ein Servicebereich mit abnehmbaren Deckel 12 und ein elektrischer Anschlussbereich 14 mit abnehmbarem Deckel vorgesehen. Darüber hinaus ist eine erste Öffnung 13 für eine Anzeige und eine zweite Öffnung 15 für einen Sensor in dem Deckel 10 vorgesehen. Diese befinden sich in der Mitte des Deckels 10. Weiterhin sind im oberen Bereich des Deckels 10 drei Öffnungen 16 vorgesehen, die zur Montage des Deckels 10 an einem Grundkörper dienen. Durch diese Öffnungen 16 können bspw. Schrauben geführt werden. Der Deckel 10 wird entweder auf einen Grundkörper geklipst und/oder verschraubt. In diesem Fall sind typischerweise noch mehr Öffnungen als die drei dargestellten Öffnungen 16 vorgesehen.

Die gezeigte Gestaltung des Deckels 10 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Der Deckel 10 kann auch vollkommen geschlossen sein, Montageelemente an der Seite tragen und mehr als ein Sichtfenster oder mehr als ein Bedienfenster aufweisen, die auch beliebig dimensioniert, gestaltet und positioniert sein können. Bedienfenster, die auch als Serviceöffnungen bezeichnet werden, können separat verschlossen sein.

In Figur 2 ist der Deckel 10 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei die erste Öffnung 13 und die zweite Öffnung 15 und damit die Anzeige und der

Sensor mit einer Sichtscheibe 17 abgedeckt sind.

In Figur 3 ist eine Ausführung des Grundkörpers 20 bzw. des Grundgehäuses dargestellt. Dieser Grundkörper 20 ist aus Kunststoff gefertigt und bildet den me- chanischen Aufbaurahmen. Die Gestaltung des Grundkörpers 20 wird unter Berücksichtigung der mechanischen und gestalterischen Anforderungen vorgenommen. Hierzu weist der Grundkörper 20 eine Reihe von Verbindungen 22 zu einem Kühlkörper, die eine Durchführung zu dem Kühlkörper darstellen, und Durchführungen 23 für Kabel auf. In Figur 4 sind mögliche Komponenten des vorgestellten Geräts in zwei unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Die Figur zeigt Drosseln 32 sowie Bleche 34, die als EMV-Schutzbleche dienen und an unterschiedlichen Stellen in unterschiedlicher Ausbildung vorgesehen sind. Diese Bleche 34 sind somit in das Ge- rät bzw. das Gehäuse eingebracht. Weiterhin zeigt die Darstellung Kühlelemente

36, die als Kühlkörper ausgebildet sind und zum Kühlen des Inneren des Gehäuses dienen.

Wichtig ist, dass der metallische Kühlkörper, ggf. die metallischen Drosselgehäu- se und die EMV-Bleche galvanisch miteinander und typischerweise mit dem

Schutzleiter verbunden sind. Dies dient der EMV-Schirmung. Die Bleche sind wie beschrieben in unterschiedlichen Ausbildungen vorgesehen, was bedeuten kann, dass es keine Vollbleche, sondern z.B. Lochbleche sein können. Dies hängt regelmäßig von den EMV-technischen Randbedingungen ab. Von Bedeutung ist, dass die schirmrelevanten Bauteile, d.h. typischerweise die metallischen Bauteile, galvanisch miteinander verbunden sind.

Die Komponenten, die in Figur 4 gezeigt sind, können nunmehr im Grundkörper 20, der in Figur 2 gezeigt ist, von außen angebracht, wie bspw. Drosseln und Kühlkörper, oder in den Innenraum, wie bspw. Leiterplatten, EMV-Bleche, eingebracht werden. Die von außen angebrachten Komponenten werden dicht mit dem Kunststoffgehäuse verbunden. Deren elektrische Anschlüsse werden durch die Durchführungen 23 in den Innenraum geführt. Dieser Grundkörper 20 wird abschließend mit dem Deckel 10 aus Figur 1 abgeschlossen, so dass die Kom- ponenten sicher verwahrt sind. Der Grundkörper 20 zusammen mit dem Deckel

10 bilden das Gehäuse, in dem die Komponenten, wie diese bspw. in Figur 4 wiedergegeben sind, aufgenommen sind. Das Gehäuse und die Komponenten bilden das elektronische Gerät. Die Wärmeabfuhr der Komponenten, die Verlustleistungsquellen darstellen, erfolgt durch gezielte Anbindung derselben an den bzw. die Kühlkörper bzw. Kühlelemente.

Zur Kühlung des Inneren des Gehäuses kann auch ein Luftkühler vorgesehen sein, der dann zweckmäßigerweise dicht mit dem Grundkörper 20 verbunden ist. Auf diesen Luftkühler können Komponenten, insbesondere die verlustbehafteten und damit Abwärme erzeugenden Komponenten, angebracht werden. Auf diese

Weise wird effektiv gekühlt. Das vorgestellte Gehäuse kann bei Photovoltaik-Wechselrichtern zum Einsatz kommen, lässt sich aber bei beliebigen anderen Geräten mit leistungselektronischen Komponenten einsetzen.