[0001] Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung zur vergossenen Aufnahme einer elektronischen
Baueinheit, insbesondere eines Transformators, die mit einem Schutzelement gegen Überstrom
verbunden ist.
[0002] Für elektronische Baueinheiten, insbesondere Transformatoren, müssen Sicherheitsanforderungen
hinsichtlich Überstrom eingehalten werden. Diese Sicherheitsanforderungen sollen Umgebungsschäden
verhüten, wenn durch einen Windungs- oder Kurzschluß eine übermäßige Strombelastung
auftritt, welche zu Brandschäden an der Baueinheit und in der Umgebung führen kann.
Bekannt ist der Einsatz von PTC-Elementen als Schutzelement gegen Überstrom. Insbesondere
wird das PTC-Element gemeinsam mit der Baueinheit in einer Vergußmasse, z.B. aus Epoxidharz,
vergossen. Die Vergußmasse erhöht dabei die Wärmeableitung von der elektronischen
Baueinheit, so daß größere Leistungen geschaltet werden können, bzw. die Baueinheit
kleiner ausgeführt werden kann. Das Mitvergießen des Schutzelementes führt dazu, daß
der Abnehmer der Baueinheit die Sicherheitsanforderungen nicht umgeht, da das Schutzelement
fest mit ihr verbunden ist.
[0003] Durch das Vergießen eines Schutzelementes und insbesondere eines PTC-Widerstandes
entstehen neue Sicherheitsrisiken. Die bisherige Vergußtechnik sieht keine Maßnahmen
vor, um ein Beschädigen des Schutzelementes durch die warme Vergußmasse beim Herstellungsverfahren
zu vermeiden. Beim Abkühlen der Vergußmasse kommt es zu Spannungen, die sich auch
auf das Schutzelement übertragen und zu dessen Beschädigung führen können, indem feine
Haarrisse am Schutzelement entstehen.
[0004] Ein beschädigtes Schutzelement hat zur Folge, daß der Schutz der elektronischen Baueinheit
im Falle eines Überstroms versagt. Die Folge ist eine übermäßige Erhitzung der elektronischen
Baueinheit, die zu Bränden führen kann.
[0005] Bei einer übermäßigen Strombelastung fließt durch den PTC-Widerstand ein Ruhestrom,
wodurch sich der PTC-Widerstand bis auf 180°C erwärmen kann. Die Folge ist ein punktuelles
Erhitzen der Vergußmasse. Befinden sich z.B. mit Isolierlack versehene Drähte eines
Transformators in der Nähe der erhitzten Vergußmasse, so kann die Isolierung beschädigt
werden, wodurch die elektrische Baueinheit weiter beschädigt wird, womit der Schaden
durch das Schutzelement nicht begrenzt, sondern vergrößert wird.
[0006] Ein punktuelles Erhitzen der Vergußmasse führt weiterhin zu einem beschleunigten
Altern der Vergußmasse. Es kann zu Spannungsüberschlägen im Bereich des PTC-Widerstandes
kommen. Bildet sich ein Lichtbogen, so ist die Brandgefahr ebenfalls sehr hoch.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, bei Verwenden der bekannten Vergußtechnik eine Variante
anzugeben, die ein sicheres Funktionieren des Schutzelementes gewährleistet.
[0008] Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Gehäuseanordnung eingangs genannter Art
durch eine separate Kammer zur Aufnahme des Schutzelementes.
[0009] Da sich das Schutzelement in einer separaten Kammer befindet, steht es nicht in direktem
Kontakt mit der Vergußmasse. Insbesondere kommt es beim Herstellungsverfahren nicht
mit der warmen Vergußmasse in Berührung. Kühlt die Vergußmasse ab, so können mechanische
Spannungen nur an Wänden der Kammer auftreten, da nur diese mit der Vergußmasse in
Berührung stehen. Ist das Schutzelement ein PTC-Widerstand, kann durch die Kammer
wirksam verhindert werden, daß die mechanischen Spannungen beim Abkühlen der Vergußmasse
den dotierten Keramikkörper des PTC-Widerstandes beschädigen.
[0010] Bei der Erfindung wird ein punktuelles Erhitzen der Vergußmasse verhindert, da das
Schutzelement nur über eine wärmeisolierende Luftschicht in der Kammer Wärme auf die
Vergußmasse überträgt. Das Schutzelement bleibt daher so lange funktionsfähig, bis
die Stromzufuhr extern durch Abschalten unterbrochen wird.
[0011] Die Kammer für das Schutzelement ist in der Gehäuseanordnung separat enthalten, so
daß die Erfindung weiterhin gewährleistet, daß ein Abnehmer der elektronischen Baueinheit
die Sicherheitsanforderungen z.B. aus Kostengründen nicht umgehen kann.
[0012] Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kammer eine an einer Außenseite
der vergossenen Gehäuseanordnung liegende Öffnung hat. Durch die Öffnung an der Außenseite
der Gehäuseanordnung ist die Kammer jederzeit zugänglich, so daß das Schutzelement
sowohl vor als auch nach dem Vergießen der Baueinheit eingebaut werden kann. Weiterhin
läßt sich das Schutzelement beim oder nach Betrieb der elektronischen Baueinheit von
außen überprüfen und gegebenenfalls auswechseln.
[0013] Es ist möglich, die Öffnung mit einem Verschlußelement zu verschließen, um Umwelteinflüsse
wie Feuchtigkeit oder Staub vom Inneren der Kammer und damit vom Schutzelement fernzuhalten.
Das Verschlußelement verhindert auch ein ungewolltes Berühren des Schutzelementes
und damit verbundene Gefahren für Personen. Dieses Verschlußelement kann ein mit einer
Seitenwand der Gehäuseanordnung verbundener Klappdeckel oder ein auf die Kammer vorzugsweise
in einem Paßsitz aufsetzbarer Deckel sein. Eine kostengünstige Variante besteht darin,
daß die Öffnung an der Gehäuseanordnung so befestigt ist, daß beim Montieren der Gehäuseanordnung
auf einen Träger, z.B. einer Leiterplatte, die Öffnung durch den Träger verschlossen
wird.
[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß die Kammer in einem die
Baueinheit aufnehmenden Gehäuse angeordnet ist. Da die Außenabmessungen der Gehäuse
genormt sind und sich die Abnehmer auf diese Abmessungen eingestellt haben, wird durch
das Anordnen der Kammer innerhalb des Gehäuses erreicht, daß sich die Außenabmessungen
des Gehäuses nicht verändern und somit die Abnehmer auch den konstruktiven Aufbau
ihrer Geräte nicht verändern müssen.
[0015] Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kammer einstückig
am Gehäuse angeformt ist. Durch diese Maßnahme kann die Kammer gleichzeitig mit dem
Gehäuse hergestellt werden, so daß durch die Kammer nur geringe zusätzliche Produktionskosten
entstehen.
[0016] Die Kammer kann auch als Einzelteil gefertigt werden und wird durch dem Fachmann
bekannte Maßnahmen in einem späteren Arbeitsgang mit dem Gehäuse oder der Baueinheit
verbunden. Zu diesen Maßnahmen zählen Kleben, Schrauben, Nieten usw. Das Verbinden
der Kammer wird durch das Verwenden von Rastelementen, insbesondere von Druckknöpfen
und Klipsen besonders einfach.
[0017] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigen:
- Figur 1a, b, c
- ein erstes Gehäuse in einer Unter-, Vorder- und Seitenansicht,
- Figur 2a, b, c
- ein zweites Gehäuse in einer Unter-, Vorder- und Seitenansicht,
- Figur 3
- den Schnitt III-III des Gehäuses nach Figur 1b,
- Figur 4
- den Schnitt IV-IV des Gehäuses nach Figur 2b,
- Figur 5a, b, c
- eine erste Ausführungsform eines Verschlusses einer Kammer des Gehäuses nach Figur
1a, 1b bzw. 1c, und
- Figur 6a, b, c
- eine zweite Ausführungsform eines Verschlusses einer Kammer des Gehäuses nach Figur
1a, 1b bzw. 1c.
[0018] Die Figuren 1a, 1b und 1c zeigen ein erstes Gehäuse 10 in einer Unter-, Vorder- bzw.
Seitenansicht. Die Unteransicht ist in Figur 1a dargestellt. Eine Kammer 12 ist an
der linken Gehäusewand 14 einstückig im Inneren des Gehäuses 10 angeformt. Eine Aussparung
16 in einer Wand 18 der Kammer 12 ermöglicht das Verlegen einer elektrischen Leitung
(vgl. Figur 3) zwischen dem Inneren der Kammer 12 und dem Inneren des Gehäuses 10.
[0019] Unter der Unteransicht ist in Figur 1b die Vorderansicht des Gehäuses 10 dargestellt.
Eine weitere Aussparung 20 in der Kammer 12 ermöglicht das Verlegen einer weiteren
Leitung (vgl. Figur 3) zwischen der Kammer 12 und dem Inneren des Gehäuses 10. Eine
Darstellung des Schnittes III-III wird anhand der Figur 3 näher erläutert. Figur 1c
zeigt eine Seitenansicht des Gehäuses 10. Die Ausdehnung der Kammer 12 in ihrer Längsrichtung
und ihrer Höhe, sowie ihre Lage im Gehäuse 10 werden in Figur 1c deutlich.
[0020] Die Figuren 2a, b und c zeigen ein zweites Gehäuse 30 in einer Unter-, Vorder- bzw.
einer Seitenansicht. In Figur 2a ist die Unteransicht des Gehäuses 30 dargestellt.
Eine Kammer 32 ist einstückig außerhalb des Gehäuses 30 an einer Wand 34 angeformt.
Zwei Aussparungen 36 und 38 in der Gehäusewand 34 dienen zur Aufnahme elektrischer
Leitungen (vgl. Figur 4) zwischen der Kammer 32 und dem Inneren des Gehäuses 30.
[0021] Unter der Unteransicht befindet sich in Figur 2b die Vorderansicht des Gehäuses 30.
Eine Darstellung des Schnittes IV-IV wird anhand der Figur 4 weiter unten erläutert.
Figur 2c zeigt die Seitenansicht auf das Gehäuse 30, die die Lage der Kammer 32 bezüglich
des Gehäuses 30 deutlich macht.
[0022] Figur 3 zeigt das Gehäuse 10 als Schnitt III-III aus Figur 1b. Das Innere des Gehäuses
10 ist mit einer Vergußmasse 50 ausgefüllt. Die Wände der Kammer 12 halten die Vergußmasse
50 von einem PTC-Widerstand 52 ab. Zuleitungen 54 und 56 des PTC-Widerstandes sind
über Verbindungsstellen 58 und 60 mit Leitungen 42 und 44 zu einer im Inneren der
Vergußmasse 30 enthaltenen elektronischen Baueinheit verbunden. Die Leitung 62 bzw.
64 verläuft dabei durch die Aussparungen 16 bzw. 20.
[0023] Figur 4 zeigt das Gehäuse 30 als Schnitt IV-IV entsprechend Figur 2b. Das Innere
des Gehäuses 30, das auch einen nicht dargestellten Transformator enthält, ist mit
der Vergußmasse 70 gefüllt. Die Gehäusewand 34 hält die Vergußmasse 50 von einem PTC-Widerstand
72 im Inneren der Kammer 32 ab. Eine Zuleitung 74 ist über eine Verbindungsstelle
76 mit einer Leitung 78 verbunden, die durch die Aussparung 36 von der Kammer 32 ins
Innere des Gehäuses 30 verläuft. Die Leitung 78 und eine weitere nicht dargestellte
Leitung verbinden den PTC-Widerstand 72 mit dem in der Vergußmasse 70 eingegossenen
Transformator.
[0024] Die Figuren 5a, b und c zeigen eine erste Ausführungsform eines Verschlusses einer
anstelle der Kammer 12 am Gehäuse 10 angeformten Kammer 12' mit einem Verschlußdeckel
90. Die Kammer 12' hat verstärkte Wände. Zwischen einer inneren Wand 92 und einer
äußeren Wand 94 der Kammer 12' befindet sich eine Nut 96.
[0025] Figur 5b zeigt den Schnitt V-V der Kammer 12' nach Figur 5a. Die Tiefe der Nut 96
kann Figur 5b entnommen werden. Sie stimmt mit der Höhe des Verschlußdeckels 90 entsprechend
Figur 5c überein. Der Verschlußdeckel 90 ist so ausgebildet, daß er unter Druck in
die Nut 96 eingepreßt wird. Aufgrund eines Paßsitzes entsteht eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen Verschlußdeckel 90 und Kammer 12'. Damit kann die Kammer 12' nach
dem Einsetzen des PTC-Widerstandes 52 verschlossen werden, so daß der PTC-Widerstand
vor Umwelteinflüssen und ungewollter Berührung geschützt ist.
[0026] Die Figuren 6a, b und c zeigen eine zweite Ausführungsform eines Verschlusses einer
anstelle der Kammer 12 am Gehäuse 10 angeformten Kammer 12'' mit einem Verschlußdeckel
100. In den Ecken der Kammer 12'' befindet sich je ein angegossenes Formelement 102
bis 108 zur Aufnahme jeweils einer axialen Bohrung 110 bis 116.
[0027] Figur 6b zeigt den Schnitt VI-VI der Kammer 12'' nach Figur 6a. In Figur 6b ist die
Tiefe der Bohrungen 114 und 116 zu erkennen, die auch der Tiefe der Bohrungen 110
und 112 entspricht. Die Öffnung der Kammer 12'' ist angeschrägt. Der in Figur 6c gezeigte
Verschlußdeckel 100 ist ebenfalls in seinen Randbereichen angeschrägt, so daß er die
Kammer 12'' optimal verschließen kann. Zum Verschließen befinden sich in den Eckbereichen
des Verschlußdeckels 100 Stifte, von denen in Figur 6c die Stifte 118 und 120 dargestellt
sind. Die Länge der Stifte 118 und 120 sowie ihr Durchmesser stimmt mit dem Durchmesser
und der Länge der zugehörigen Bohrungen 114 bzw. 116 annähernd überein. Das Verschließen
der Kammer 12'' erfolgt durch Einsetzen des Verschlußdeckels 100 unter Druck in die
Öffnung der Kammer 12''. Aufgrund eines Paßsitzes wird der Verschlußdeckel 100 von
der Kammer 12'' festgehalten. Damit ist ein sicheres Verschließen und auch ein Öffnen
der Kammer 12'' jederzeit möglich.
1. Gehäuseanordnung zur vergossenen Aufnahme einer elektronischen Baueinheit, insbesondere
eines Transformators, die mit einem Schutzelement gegen Überstrom verbunden ist, gekennzeichnet durch eine separate Kammer (12, 12', 12'', 32) zur Aufnahme des Schutzelements.
2. Gehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement ein PTC-Widerstand (52, 72) ist.
3. Gehäuseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (12, 12', 12'', 32) eine an einer Außenseite der Gehäuseanordnung
liegende Öffnung hat.
4. Gehäuseanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung mit einem Verschlußelement (90, 100) verschlossen ist.
5. Gehäuseanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement durch einen Träger, auf dem die Gehäuseanordnung montiert
ist, gebildet wird.
6. Gehäuseanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (90, 100) klappbar mit einer Seitenwand der Gehäuseanordnung
verbunden ist.
7. Gehäuseanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (90, 100) durch Paßsitz mit der Öffnung verbunden ist.
8. Gehäuseanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Paßsitz zwischen einer Nut (96) entlang der Öffnung und einem in die Nut
(96) eingreifenden Vorsprung an einem der Öffnung angepaßten Deckel (90) vorhanden
ist.
9. Gehäuseanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Paßsitz zwischen Bohrungen (110 bis 116) an Formelementen (102 bis 108)
in Ecken der Kammer (12'') und in die Bohrung (110 bis 116) eingreifende Stifte (118,
120) an einem die Öffnung verschließenden Deckel (100) vorhanden ist.
10. Gehäuseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (12, 12', 12'') in einem die Baueinheit aufnehmenden Gehäuse (10)
angeordnet ist.
11. Gehäuseanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (32) außerhalb eines die Baueinheit aufnehmenden Gehäuses (30) angeordnet
ist.
12. Gehäuseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (12, 12', 12'', 32) Aussparungen (16, 20 bzw. 36, 38) für die elektronische
Baueinheit und das Schutzelement verbindende Leitungen (62, 64 bzw. 78) hat.
13. Gehäuseanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (12, 12', 12'', 32) am Gehäuse (10 bzw. 30) befestigt ist.
14. Gehäuseanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (12, 12', 12'', 32) einstückig am Gehäuse (10 bzw. 30) angeformt
ist.
15. Gehäuseanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einem Rastelement am Gehäuse (10, 30) befestigt ist.