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Die Erfindung betrifft einen Fixierbügel zur explosionssicheren Befestigung einer ersten Gehäusekomponente an einer zweiten Gehäusekomponente eines Gehäuses, sowie ein Gehäuse, bei dem die beiden Gehäusekomponenten über einen solchen Fixierbügel miteinander verbunden sind.
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Bei leistungselektronischen Vorrichtungen, beispielsweise Wechselrichtern zur Umwandlung von als Gleichstrom bereitgestellter Eingangsleistung in eine als Wechselstrom bereitgestellte Ausgangsleistung, kann es im Inneren von Gehäusen dieser Vorrichtungen zu einer möglichen Explosion von Komponenten, beispielsweise Kondensatoren oder Schaltmodule kommen., deren möglicher Explosionsdruck mit der aufgrund der Weiterentwicklung kontinuierlich steigenden Leistungsdichte zunimmt. Da es derzeit noch unzureichende Sicherheitsvorschriften zur Auslegung von Gehäusen für solche Vorrichtungen gibt, wurde bereits von Vorfällen berichtet, in denen Personen, die sich in der Nähe der Vorrichtung befunden haben, durch Gehäuseteile verletzt wurden, die sich durch eine Explosion gelöst haben.
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Daher ist es wünschenswert, Gehäuse derart zu gestalten, dass sich auch bei einer Explosion keine Gehäuseteile lösen. Um nicht unnötig stabile und damit materialintensive Gehäuseformen herstellen zu müssen, erscheint es vorteilhaft, Gehäuse so zu gestalten, dass ein Deckel als erste Gehäusekomponente sich im Explosionsfall von einer Wanne als zweiter Gehäusekomponente unter Bildung eines Auslassspalts kontrolliert abzulösen vermag, damit der Explosionsdruck durch den Auslassspalt entweichen kann.
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Hierzu wird in dem Dokument
DE 20 2014 100 486 A1 vorgeschlagen, Deckel und Wanne über ein deformierbares Befestigungselement zu verbinden, das einen geschlossenen Ring aufweist, wobei das Befestigungselement auf gegenüberliegenden Abschnitten jeweils mit dem Deckel und dem Gehäuse verschraubt wird.
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Alternativ wird in der Schrift
DE 20 2015 106 657 U1 vorgeschlagen, einen Gehäusekörper oder einen Gehäusedeckel an deren Befestigungspunkten mit einer Aussparung so zu umgeben, dass sich ein Spalt zwischen Gehäusekörper und Gehäusedeckel ausbildet, wenn ein Innendruck im Gehäuse einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Es ist somit Aufgabe dieser Erfindung, eine alternative Gestaltung eines Gehäuses beziehungsweise eines fixierenden Elements zwischen Gehäusekomponenten eines Gehäuses aufzuzeigen, so dass sich im Explosionsfall einerseits ein Spalt zwischen den Gehäusekomponenten bildet, andererseits ein Ablösen von Gehäuseteilen vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Fixierbügel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Fixierbügel zur explosionssicheren Befestigung einer ersten Gehäusekomponente an einer zweiten Gehäusekomponente eines Gehäuses, wobei der Fixierbügel als Metallband ausgeführt ist. Die erste Gehäusekomponente kann ein Gehäusedeckel, und die zweite Gehäusekomponente kann eine Gehäusewanne sein. An gegenüberliegenden Enden des Metallbandes sind Fixierbereiche zur Verbindung des Fixierbügels mit der zweiten Gehäusekomponente angeordnet, und zwischen den Fixierbereichen ist mindestens eine Befestigungsstruktur zur festen Verbindung des Fixierbügels mit der ersten Gehäusekomponente angeordnet. Der Fixierbügel ist hinsichtlich Material und Querschnitt derart dimensioniert, dass zum einen auf eine zwischen der mit den Fixierbereichen verbundenen zweiten Gehäusekomponente und der mit der mindestens einen Befestigungsstruktur fest verbundenen ersten Gehäusekomponente angeordneten Dichtung eine vorgegebene Anpresskraft bereitgestellt wird. Zum anderen soll bei Auftreten eines vorgegebenen maximalen Explosionsdrucks im Inneren des Gehäuses eine plastische Verformung des Fixierbügels derart erfolgen, dass ein Auslassspalt für den Explosionsdruck zwischen den Gehäusekomponenten gebildet wird, ohne dass die Verbindung des Fixierbügels zur ersten oder zur zweiten Gehäusekomponente gelöst wird. Hierbei wird durch die plastische Verformung des Fixierbügels zwischen den Fixierbereichen und dem Befestigungselement bereits ein Teil der Energie der Explosion aufgenommen. Durch das Entweichen des Explosionsdrucks durch den Auslassspalt wird anschließend der Druck im Inneren des Gehäuses zügig abgebaut, so dass eine mechanische Belastung auf die Haltestrukturen der Gehäusekomponenten nur kurzzeitig auftritt und ein Spitzenwert dieser Belastung gegenüber einer konventionellen, direkten Befestigungsvariante der Gehäusekomponenten aneinander reduziert wird. Hierdurch kann das Gehäuse leichter ausgeführt sein und die Befestigungselemente kostengünstiger, insbesondere in geringerer Anzahl vorgesehen werden. Der Auslassspalt wird bevorzugt derart gestaltet, dass er keinen manuellen Eingriff in das Innere des Gehäuses erlaubt, so dass das Gehäuse auch nach einer Explosion noch einen ausreichenden Berührschutz bietet.
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Die Fixierbereiche können als Löcher ausgeführt sein, um den Fixierbügel mit der zweiten Gehäusekomponente verschrauben zu können. In einer vorteilhaften Ausführung können die Löcher als Langlöcher gestaltet sein. Dies erlaubt es, dass die Fixierbereiche sich gegenüber dem Verschraubungspunkt im Explosionsfall lateral versetzen können, was faktisch den Bereich des Fixierbügels vergrößert, der sich plastisch verformen kann, um Explosionsenergie aufzunehmen.
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Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass der Fixierbereich keine Löcher aufweist, und der Fixierbügel in einer entsprechend gestalteten Klemmstruktur der zweiten Gehäusekomponente lediglich klemmend gehalten wird. Bevorzugt wird dabei dann aber im Fixierbereich ein Anschlag, beispielsweise in Form einer nasenartigen Verbreiterung des Fixierbügels, vorgesehen, damit der Fixierbügel nicht im Explosionsfall aus der Klemmstruktur durch lateralen Versatz vollständig herausgezogen wird.
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In einer bevorzugten Variante ist die mindestens eine Befestigungsstruktur als Gewindeloch ausgeführt. Auf diese Weise kann die erste Gehäusekomponente durch in die Gewindelöcher eingeschraubte Schrauben mit dem Fixierbügel verbunden werden, so dass eine einfache Lösbarkeit der ersten Gehäusekomponente erreicht wird. Die Befestigungsstruktur wird dabei typischerweise so gewählt, dass zum einen eine gewünschte, in der Regel eine gleichmäßige Verteilung der Anpresskraft auf die zwischen den Gehäusekomponente angeordneten Dichtung erreicht wird. Zum anderen kann über den Abstand zwischen der Befestigungsstruktur und dem benachbarten Fixierbereich oder den benachbarten Fixierbereichen der Bereich der plastischen Verformbarkeit definiert werden, der einen Teil der Explosionsenergie aufnimmt beziehungsweise den Auslassspalt bildet.
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Im Fall einer einzelnen Befestigungsstruktur kann diese bevorzugt mittig zwischen den Fixierbereichen angeordnet sein, wobei eine nicht mittige Anordnung aber nicht ausgeschlossen wird. Eine mittige Anordnung begünstigt eine im Wesentlichen symmetrische Verformbarkeit des Fixierbügels, die im Falle eines auch ansonsten weitgehend symmetrischen Aufbaus der Gehäusekomponenten vorteilhaft sein kann. Eine nicht mittige Anordnung kann beispielsweise vorteilhaft verwendet werden, wenn ein asymmetrischer Auslassspalt gewünscht ist. Dabei kann auch ein zu erwartender Explosionsort und eine daraus resultierende Explosionsdruckentwicklung bei der Anzahl und Positionierung der Befestigungsstrukturen berücksichtigt werden, um die Bildung des Auslassspalts in gewünschter Weise zu modellieren.
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Gerade bei längeren Fixierbügeln ist es vorteilhaft, zwischen den Fixierbereichen eine Mehrzahl von Befestigungsstrukturen anzuordnen. Dies erlaubt eine verbesserte Verteilung der Anpresskraft auf eine zwischen den Gehäusekomponenten angeordneten Dichtung. Die so erreichbare Anpresskraft kann gesteigert werden, indem zwischen benachbarten Befestigungsstrukturen jeweils ein weiterer Fixierbereich angeordnet wird, in dem der Fixierbügel zusätzlich, beispielsweise durch weitere Schrauben, mit der zweiten Gehäusekomponente verbunden werden kann. Der oder die weiteren Fixierbereiche können bevorzugt so gestaltet sein, dass sich deren Verbindung mit der zweiten Gehäusekomponente im Explosionsfall löst, so dass ein größerer Auslassspalt entstehen kann als im Fall einer sich nicht lösenden Verbindung.
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Ein erfindungsgemäßer Fixierbügel kann bevorzugt als Stahlband ausgeführt sein. In einer Ausführung weist der Fixierbügel jeweils eine an den Enden der Fixierbereiche angeordnete Stufe auf. Die Stufe kann einfach durch Formpressen gebildet werden und führt dazu, dass sich eine erste Ebene ausbildet, in der die Fixierbereiche angeordnet sind, und eine zweite, dazu parallele Ebene, in der die Befestigungsstrukturen angeordnet sind. Eine solche Ausführung ist besonders einfach innerhalb eines Gehäuses montierbar.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist in einem Gehäuse mit einer ersten Gehäusekomponente und einer zweiten Gehäusekomponente die erste Gehäusekomponente lösbar mit der mindestens einen Befestigungsstruktur eines erfindungsgemäßen Fixierbügels des Gehäuses und die zweite Gehäusekomponente mit den Fixierbereichen des Fixierbügels verbunden, so dass die erste Gehäusekomponente in einem montierten Zustand gegen die zweite Gehäusekomponente über eine dazwischen angeordnete Dichtung gepresst wird. Bevorzugt wird die Verbindung zwischen der ersten Gehäusekomponente und der Befestigungsstruktur über eine Verschraubung bereitgestellt. Je nach Gehäusegröße können je Seitenwand eine oder mehrere Schrauben zur lösbaren Verbindung verwendet werden. Seitenwand bezeichnet hierbei bei einem quaderförmigen Gehäuse die vier Seitenbereiche, die nicht eine durch die erste Gehäusekomponente gebildete Vorderseite oder eine der Vorderseite gegenüberliegende, durch die zweite Gehäusekomponente gebildete Rückseite des Gehäuses sind.
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Anstelle einer Verschraubung kann die Verbindung zwischen der zweiten Gehäusekomponente und den Fixierbereichen auch über eine Klemmung bereitgestellt werden. Hierbei sind in der zweiten Gehäusekomponente Klemmstrukturen vorgesehen, in die der Fixierbügel mit seinen Fixierbereichen eingeschoben und dort geklemmt wird.
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Bei einer Ausführung des Gehäuses weisen die Gehäusekomponenten entlang von Seitenwänden des Gehäuses umlaufende, einander zugewandte Dichtflächen auf, so dass die zwischen den Dichtflächen angeordnete Dichtung das Gehäuse abdichtet. Der Fixierbügel ist hierbei an einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet, und verläuft insbesondere im Wesentlichen entlang der vollen Länge der Seitenwand.
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Das Gehäuse weist mindestens einen Fixierbügel auf, der an einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist. Bevorzugt weist das Gehäuse mindestens zwei Fixierbügel auf, die an gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses angeordnet sind. Besonders bevorzugt weist das Gehäuse mindestens vier Fixierbügel auf, die jeweils an unterschiedlichen Seitenwänden des Gehäuses angeordnet sind. An den nicht mit Fixierbügeln versehenen Seitenwänden kann die erste Gehäusekomponente direkt mit der zweiten Gehäusekomponente verschraubt oder anderweitig, beispielsweise über ein Scharnier, verbunden werden. Auch eine Arretierungsstruktur, mit der die eine Gehäusekomponente die andere Gehäusekomponente hintergreift, ist an den nicht mit Fixierbügeln versehenen Seitenwänden denkbar.
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Weiterhin denkbar ist es, die erste Gehäusekomponente als zweiteiligen Deckel auszuführen, wobei jeder Teildeckel jeweils über mindestens einen erfindungsgemäßen Fixierbügel mit der zweiten Gehäusekomponente verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Gehäuse als Gehäuse für einen Wechselrichter, insbesondere einen Solarwechselrichter ausgeführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Gehäuse als Gehäuse mit Schutzart IP65 ausgeführt.
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Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
- 1 einen erfindungsgemäßen Fixierbügel in einem unverformten Zustand,
- 2 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses,
- 3 einen Querschnitt entlang eines erfindungsgemäßen Fixierbügels in einem montierten Zustand, und
- 4 einen erfindungsgemäßen Fixierbügel in einem durch eine Explosion verformten Zustand zeigen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung eines Fixierbügels 1. Der Fixierbügel 1 wird durch ein Stahlband gebildet, das durch übliche Formprozesse wie Stanzen, Pressen oder Prägen in die gewünschte Form gebracht worden ist. Der Fixierbügel weist an seinen beiden Enden jeweils einen Fixierbereich 2 auf, in dem jeweils ein Langloch eingebracht wurde. Über jedes der Langlöcher kann der Fixierbügel 1 mit einer Gehäusekomponente beispielsweise verschraubt werden, so dass der Fixierbügel 1 in den Fixierbereichen 2 gegen diese Gehäusekomponente gepresst wird.
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Weiterhin weist der Fixierbügel 1 zwei Befestigungsstrukturen 3, hier zwei Gewindelöcher, auf. Die Befestigungsstrukturen 3 sind in dem Bereich zwischen den Fixierbereichen 2 angeordnet und weisen von diesen einen Abstand auf, der einen Verformungsbereich des Fixierbügels 1 definiert. Innerhalb der jeweiligen Verformungsbereiche ist durch Einbringen von zwei Biegekanten ein Versatz des Fixierbügels 1 angeordnet, so dass sich die Befestigungsstrukturen 3 in einer Ebene befinden, die parallel zu einer Ebene ist, in der sich die Fixerbereiche 2 befinden. Hierdurch wird es ermöglicht, dass eine Schraube, über die eine weitere Gehäusekomponenten mit dem Fixierbügel verschraubt wird, die Befestigungsstruktur 3 ein Stück hinterragen kann, was die Festigkeit dieser Verbindung erhöht.
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Zwischen den Befestigungsstrukturen 3 ist in der in 1 gezeigten Ausführung ein weiterer Fixierbereich 4 als Loch ausgeführt. Der weitere Fixerbereich 4 erlaubt es, den Fixierbügel 1 über einen weiteren Fixierpunkt mit derjenigen Gehäusekomponente zu verbinden, die bereits mit den Fixierbereichen 2 verbunden ist. Hierdurch kann eine verbesserte, insbesondere hohe und gleichmäßige Druckverteilung einer Anpresskraft zwischen den Gehäusekomponenten erzeugt werden. Beispielsweise kann der Fixierbügel 1 mittels einer durch den weiteren Fixierbereich 4 ragende Schraube mit der entsprechenden Gehäusekomponente verschraubt werden. Diese Schraubverbindung kann dabei bevorzugt derart ausgelegt werden, dass sie sich im Explosionsfall lösen kann, um die Bildung eines Auslassspalts insbesondere im Bereich des weiteren Fixierbereichs 4 zu begünstigen.
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Die 2 zeigt ein Gehäuse 10, bei dem ein Deckel als erste Gehäusekomponente 11 über einen Fixierbügel 1 gemäß 1 mit einer Wanne als zweiter Gehäusekomponente 12 montiert wird. Das Gehäuse 10 kann beispielsweise die Bauteile eines Solarwechselrichters aufnehmen, und insbesondere darauf ausgelegt sein, dem Solarwechselrichter eine Schutzart entsprechend den Anforderungen von IP65 zu geben. Hierzu werden die Gehäusekomponenten 11, 12 über eine zwischen Dichtflächen 17 eingelegte Dichtung (nicht gezeigt) abgedichtet.
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Der Deckel wird über Schrauben 13, die in die Befestigungsstrukturen 3 eingreifen, mit dem Fixierbügel 1 verbunden. Gleichzeitig ist der Fixierbügel 1 in den Fixierbereichen 2 mittels Schrauben 14 mit der Wanne verschraubt. Gleichartige Fixierbügel 1 sind in dieser Ausführung an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 10 angeordnet. Eine vereinfachte Form eines erfindungsgemäßen Fixierbügels 15 ist hierbei jeweils an den anderen Seiten des Gehäuses 10 angeordnet. Der vereinfachte Fixierbügel 15 weist hier nur eine Befestigungsstruktur 3 zwischen den Fixierbereichen auf. Es ist auch möglich, an allen vier Seiten des Gehäuses gleichartige Fixierbügel zu verwenden.
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In der in 2 gezeigten Ausführungen eines Gehäuses weist die erste Gehäusekomponente 11 einen ersten Teildeckel 11a und einen zweiten Teildeckel 11b auf, die jeweils Teilkammern eines in zwei Kammern aufgeteilten Gehäuses 10 abdecken. Hier sind beide Teildeckel 11a, 11b jeweils über Fixierbügel 3, 15, 16, deren Form an die jeweiligen Seitenlängen der Teildeckel 11a, 11b angepasst sind, mit der zweiten Gehäusekomponente 12 verbunden. Unabhängig davon, in welcher der Kammern eine Explosion stattfindet, werden beide Teildeckel 11a, 11b sicher an der zweiten Gehäusekomponente 12 befestigt.
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3 zeigt den Verbindungsbereich zwischen der ersten Gehäusekomponente 11 und der zweiten Gehäusekomponente 12 im Querschnitt. Der Fixierbügel 1 ist in seinen Fixierbereichen 2 jeweils mit einer Schraube 14 an die zweite Gehäusekomponente 12 angeschraubt. Mittig zwischen den Fixierbereichen 2 ist die erste Gehäusekomponente 11 mit einer weiteren Schraube 13 an der Befestigungsstruktur 3 befestigt. Die Gehäusekomponenten 11, 12 sind in der Querschnittsdarstellung beabstandet dargestellt, werden durch den Fixierbügel 1 aber in einer nicht sichtbaren Ebene über eine zwischengelegte Dichtung dichtend gegeneinandergepresst.
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Die durch die Verbindung der Gehäuseteile 11, 12 mit dem Fixierbügel 1 erzeugte Anpresskraft auf die Dichtung führt hierbei zu einer elastischen Verformung des Fixierbügels 1. Im Fall einer Explosion mit einem vorgegebenen maximalen Explosionsdruck übersteigt die Kraft auf den Fixierbügel 1 den Maximalwert für eine elastische Verformung, und der Fixierbügel 1 verformt sich insbesondere in dem Bereich zwischen Fixierbereich 2 und benachbarter Befestigungsstruktur 3, so dass sich der Abstand zwischen den Gehäusekomponenten 11, 12 unter Bildung eines Auslassspalts vergrößert. Die Schrauben 13, 14 bleiben dabei mit dem Fixierbügel 1 verbunden.
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Der in 4 gezeigte Fixierbügel 1 weist eine durch eine Explosion verursachte plastische Verformung auf. Durch die Verformung wurde ein Teil der Explosionsenergie von dem Fixierbügel 1 absorbiert. Die plastische Verformung erfolgt dabei hauptsächlich in den Abschnitten des Fixierbügels 1, die sich zwischen den Fixierbereichen 2 und der jeweils nächstliegenden Befestigungsstruktur 3 erstrecken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fixierbügel
- 2
- Fixierbereich
- 3
- Befestigungsstruktur
- 4
- Fixierbereich
- 10
- Gehäuse
- 11
- Gehäusekomponente
- 11a, 11b
- Teildeckel
- 12
- Gehäusekomponente
- 13, 14
- Schraube
- 15, 16
- Fixierbügel
- 17
- Dichtfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014100486 A1 [0004]
- DE 202015106657 U1 [0005]