防水殼、供電單元及裝配方法與流程

2023-08-05 02:45:41 1

本發明涉及用於電氣設備的防水殼、用於向用電設備供給低電壓的且包含這種防水殼的供電單元以及電氣設備的對應的裝配方法。
背景技術：
：：現今，向用電設備供給低電壓的供電單元廣泛傳播，其通過藉助於電壓變壓器將供給電壓轉換成所需的低電壓。這對例如用於對戶外裝置進行充電的某些應用來說是必要的是能夠在潮溼的環境中安全地操作供電單元。這裡，必須遵守防護等級ipx4或甚至ipx7。如通常所知的，根據標準dinen60529[dinen60529(vde0470-1)：2000-09的外殼保護等級(國際防護等級認證(ipcode))(iec60529：1989+a1：1999)；德文版en60529：1991+a1：2000。vde出版社，柏林]，所謂的國際防護等級認證(侵入防護等級)涉及針對四周濺水的保護(ipx4)和針對暫時浸沒的保護(ipx7)。為了對應於防護等級ipx7來密封外殼，已知的是，一方面將供電單元的電力輸入引線、輸出引線和所有組件配置於外殼中並且採用電絕緣澆鑄樹脂完全地填充該外殼。該完全填充(completefilling)的替代方式是藉助於超聲波焊接接縫的外殼密封。然而，超聲波焊接的替代方式不像完全填充那樣可靠，這是因為密封性依賴於焊接接縫的質量並且可能受到某些無法接受的波動影響。另一方面，完全地填充插件式供電單元具有以下缺點：重量和材料費用相對高，此外，歸因於通過澆鑄樹脂不可分離地包圍所有組件的事實，故障原因的檢查更加困難。此外，本申請的發明人認識到，採用澆鑄樹脂對所有組件進行封裝可能導致電子組件之間的電流洩露、導致電磁幹擾(emi)問題並且導致不期望的聲學現象。技術實現要素：本發明的目的在於提供用於電氣設備的防水殼、供電單元和相關的製造方法，其允許一方面遵守適於在潮溼區域操作的防護等級，另一方面顯著降低製造成本和複雜性。通過獨立技術方案的主題實現了該目的。本發明的有利實施方式是從屬技術方案的主題。本發明基於如下的防水殼概念：該防水殼用於電氣設備並且包括殼體和至少一個第一插頭，該殼體限定用於容納電氣功能組件的內部空間並且包括至少一個第一開口，該第一插頭安裝在所述第一開口內以形成內部空間的壁的第一部分。根據有利的實施方式，殼體包括第二開口和至少一個第二插頭，該第二插頭安裝在所述第二開口內以形成內部空間的所述壁的第二部分。各第一插頭和第二插頭包括分別形成用於第一端子和第二端子的饋通部(feedthrough)的端子通道。在設置僅一個插頭的情況下，插頭可以包括用於向外側引導端子的兩個或更多個端子通道。所述第一插頭和所述第二插頭分別配置在所述第一開口和所述第二開口內以與所述殼體形成第一外部空間和第二外部空間，所述第一外部空間和所述第二外部空間在最後的安裝階段填充有電絕緣材料。通過僅對外部空間填充電絕緣填充材料，殼內部的電子組件與通常為澆鑄化合物的填充材料保持不被接觸。填充材料可以是環氧樹脂或矽樹脂材料。有利地，填充材料是阻燃的並且滿足例如根據ul94v0的應用標準規定。藉助於填充材料密封外部空間足夠防止潮氣侵入設置有電氣功能組件的內部空間。外部空間比整個內部空間小得多，使得與全封裝相比，在製造防水殼時顯著減少了所需的澆鑄化合物的量。此外，在需要故障分析或維護的情況下或用於在電子組件的有效使用期後回收電子組件的情況下，防水殼可以容易地與電氣功能組件分離。由於不存在超聲波焊接接縫，根據本發明的防水殼還比傳統的外殼更堅固。最後，歸因於僅對易於訪問的外部空間必須填充澆鑄化合物的事實，對於根據本發明的防水殼的多種不同的尺寸和截面幾何形狀，能夠易於適用注射成型工具的幾何形狀。根據本發明的有利的實施方式，殼體具有直的管狀。第一開口和第二開口是管的第一端部和第二端部並且分別被第一插頭和第一插頭封閉。這種幾何形狀具有如下優點：除了插頭和殼體之間的交界以外，不存在接縫和連接區域。因而，能夠實現防水殼的外表面平滑而堅固。管狀殼體的特別經濟的製造方式是製造成為擠出型材，優選地由電絕緣塑料材料製成。根據本發明的有利實施方式，殼體具有矩形內部截面，第一插頭和第二插頭均具有適配於殼體的內部截面的矩形外形。然而，對本領域技術人員來說清楚的是，根據本發明也可以設置諸如圓形、橢圓形或多邊形的任意其它期望的截面形式。所述第一插頭和所述第二插頭的至少一個可以包括以密封方式與殼體接合的周向密封元件。該密封元件防止電絕緣填充材料進入內部空間並且防止電絕緣填充材料與電氣功能組件接觸。密封元件可以是貼附到製造插頭的另外的剛性材料的柔性墊圈。可選地，整個插頭是由柔性材料形成，而密封元件被製造成插頭的整體的一部分。以插頭的一部分為密封元件的方式製造插頭便於製造加工並且再次減少了關鍵的材料交界的數量。根據本發明的有利實施方式，第一端子通道和第二端子通道中的至少一個是電纜通道。由於不必須滿足與填充幾何形狀相關的精密形狀(tighttolerance)，以填充材料圍繞電纜填充外部空間是特別容易的。然而，通過設置相應形狀的連接器外形，插塞式連接器當然也可以併入一個或兩個插頭中。在端子由電纜形成的情況下，各插頭可以包括用於保護電纜被扯掉或彎曲地太劇烈的應變消除元件和/或扭結保護元件。根據本發明的防水殼的概念可以有利地用於供電單元，該供電單元向用電設備供給由幹線電壓電力(mainsvoltagepower)產生的低電壓電力。特別地，電氣功能組件由電壓變壓器單元形成，該電壓變壓器單元包括用於將供給電壓轉換為低電壓的至少一個電子組件。該電壓變壓器單元容納在殼體的內部空間的內側，輸入端子和輸出端子通過在至少一個第一插頭中形成的端子通道被引導到外側。優選地，設置第一插頭和第二插頭，該第一插頭具有用於所述輸入端子的第一端子通道，該第二插頭具有用於容納所述輸出端子的第二端子通道。特別地，輸入端子可以由能夠連接到幹線電壓的電纜形成。可選地，也可以設置插塞式連接器，例如，根據國際電工委員會(iec)的標準iec60320的連接器，該插塞式連接器指定用於將供電線連接到達到250伏的電氣設備的非鎖定設備和互連耦合器。輸出端子既可以由能夠連接到用電設備的電纜形成，也可以由諸如usb(通用串行總線)連接器的插塞式連接器形成。特別地，可以設置根據usb標準1.0、2.0或3.0的usb插座。特別是對於諸如行動電話的充電移動終端，具有usb連機器的供電單元時通用的，同時機械性穩定並且安全。然而，設置藉助於電絕緣填充組件直接密封的電纜代表了將根據本發明的供電單元分別連接到供給電壓和用電設備的最簡單和最經濟的方法。本發明還涉及電氣設備的裝配方法，其包括以下步驟：提供殼體，該殼體限定用於容納電氣功能組件的內部空間並且包括第一開口和第二開口；在沿著所述殼體的縱向軸線的插入方向上插入功能組件；將第一插頭插入所述第一開口中以形成內部空間的壁的第一部分，並且將第二插頭插入所述第二開口中以形成內部空間的所述壁的第二部分，各第一插頭和第二插頭包括分別形成用於第一端子和第二端子的饋通部的端子通道，其中所述第一插頭和第二插頭分別配置在第一開口和第二開口內以與所述殼體形成第一外部空間和第二外部空間；以及採用電絕緣材料填充第一外部空間和第二外部空間。有利地，根據本發明的裝配方法不需要最傳統的供電單元所需要的任何焊接步驟、特別是不需要超聲波焊接。此外，採用電絕緣材料填充第一外部空間和第二外部空間的步驟提供了兩個目的：首先，端子通道被氣密密封以抵抗潮氣的侵入；其次，端子本身機械固定在殼體。因此，提供了製造電氣設備、特別是供電單元的特別有效和安全的方法。附圖說明所附的附圖被併入說明書並且形成說明書的一部分以圖示本發明的幾個實施方式。這些附圖與說明書一起用於說明發明的原理。這些附圖僅用於圖示能夠如何製作和使用發明的優選和可選的示例的目的，並且不意於將本發明限制成僅為圖示和所說明的實施方式。此外，實施方式的幾個方面可以單獨形成根據本發明的解決方案或以不同的組合方式形成本發明的解決方案。因而，以下說明的實施方式能夠被看作是單獨的或其任意組合。如所附的附圖中圖示地，從發明的多個實施方式的以下更具體的描述中其它特徵和優點將變得顯而易見，在附圖中相同的附圖標記表示相同的元件，其中：圖1是根據本發明的供電單元的示意性分解圖；圖2是圖1中示出的供電單元的示意性截面圖；圖3是圖1中示出的供電單元的俯視圖；圖4是圖3的第一細節；圖5是圖3的第二細節。具體實施方式現在將參考附圖並且首先參考圖1更詳細地說明本發明。圖1是示出能夠從根據本發明的概念獲益的供電單元100的示意性分解圖。諸如變壓器和控制器的有源電子設備(activeelectronicdevice)裝配於電路承載體、優選地裝配於印刷電路板(pcb)102，以形成電氣功能組件104。主要側的輸入電纜106能夠例如藉助於幹線插頭(圖中未示出)連接到幹線電壓。在低電壓的次要側，用電設備能夠經由輸出電纜108連接到電氣功能組件104。根據本發明，電氣功能組件104容納在殼體110內。殼體110有利地形成為由電絕緣塑料材料製成的擠出型材(extrudedprofile)。如圖1所示，殼體可以具有基本上矩形截面，其限定了內部空間(圖3中更好的看到)用於接收電氣功能組件104。當然，也可以選擇任意其它適合的截面。有利地，殼體110形成了僅在其第一端部和第二端部設置有第一開口112和第二開口114的幾乎完全封閉的外殼。這些開口112、114藉助於第一插頭116和第二插頭118封閉。優選地，第一插頭116和第二插頭118均具有用於分別引導第一電纜106和第二電纜108通過的端子通道120、122。第一插頭116和第二插頭118具有成形為適配開口112、114的內表面的外形。如從圖4和圖5將變得更明顯地，各插頭具有周向密封部124、126。在圖1所示的實施方式中，各插頭116、118由柔性塑料材料形成，密封部124、126與插頭116、118一體地形成。然而，對本領域技術人員來說清楚的是，密封部124、126還可以由與插頭116、118的剩餘部分不同的材料組成。特別地，插頭116、118可以由剛性材料形成，而彈性密封部124、126由彈性材料形成。而且，第一插頭116和第二插頭118不必須由相同的材料構成，也可以彼此不同。根據本發明，兩個插頭116、118設置有扭結保護元件128、130。這些扭結保護元件128、130防止電纜106、108在端子通道120、122處彎曲地太劇烈。基於圖2所示的截面圖，根據本發明的供電單元100的裝配結構變得顯而易見。在裝配狀態下，電氣功能組件104容納在殼體110的內部空間132內。內部空間132分別由第一插頭116和第二插頭118的兩個末端界定。根據本發明，插入的第一插頭116和第二插頭118與殼體110一起限定第一外部空間134和第二外部空間136。外部空間134、136填充有電絕緣填充材料138。優選地，填充材料138由電絕緣的、阻燃澆鑄樹脂(flameprotectedcastingresin)形成。填充材料138可以包括任何適合的澆鑄樹脂，例如環氧樹脂或矽樹脂材料。填充材料138填充了大約5mm的厚度並且為殼體110提供了氣密密封(hermeticsealing)，殼體110與插頭116、118和填充材料138一起形成防水殼140。如上所述，各插頭分別包括周向密封元件124、126，周向密封元件124、126與殼體110的內表面相互作用以密封殼體110，防止澆鑄樹脂侵入內部空間132。為了防止電纜106、108被拉出，應變消除元件142、144設置於第一插頭116和第二插頭118。圖3示出根據本發明的供電單元的俯視圖。殼體110的長度有利地能夠適應各應用環境的空間需要。圖4和圖5示出圖2中所示的兩個細節。如從這些圖中可以得到的，各插頭116、118形成為在沿著殼體110的縱向軸線的方向上可滑動。該方向由箭頭146、148示意性地表示。通過填充澆鑄樹脂138實現了插頭116、118在殼體110內的最終固定。密封元件124、126與殼體110的內壁相互作用以防止任何填充材料138進入內部空間132。有利地，填充材料138包括阻燃塑料材料。為了充分地將插頭116、118固定到殼體110內並且為了密封開口112、114以防止溼氣侵入，填充材料138可以具有任意適合的厚度。可以看出的是，對於傳統的嵌入式供電單元(tablepowersupply)，大約5mm的厚度是有利的。參考圖1至圖4，以下將說明裝配根據本發明的供電單元100的過程。在第一步驟中，印刷電路板(pcb)102裝配有將供給電壓轉換為低電壓的電子組件以形成變壓器單元104。具有矩形截面的基本管狀幾何形狀的殼體110優選地由電絕緣塑料材料製成擠出型材。接著，將第一插頭116裝配於連接到變壓器單元104的電纜106。將變壓器單元104插入到殼體110內。第一插頭116具有與殼體110的內部截面匹配的矩形外形。第一插頭116沿著方向146在殼體110內可滑動並且具有彈性的周向密封部件124，周向密封部件124壓抵殼體110的內壁。在下一步驟中，穿過第二插頭118的端子通道122插入低電壓電纜108。電纜的端部連接到變壓器單元104(在圖中未示出)，並且插頭118位於殼體110的內部以形成第二外部空間136。第二插頭118也具有與殼體110的內部截面對應的外形並且採用可滑動的方式，而周向密封元件126壓抵殼體110的內壁。在最後的步驟中，為了密封防水殼140並且將插頭116、118機械地固定於殼體110，將填充材料138填充到外部空間134、136兩者內。殼體110具有缺口150，其利於填充填充材料138，填充材料138優選為澆鑄樹脂。通過採用填充材料填充外部空間134、136，殼體110和插頭116、118之間的交界以及電纜106、108和端子通道120、122之間的交界被氣密密封，同時將插頭機械固定於殼體110。根據本發明的供電單元提供滿足ipx7的要求和所有相關電氣安全標準的防水產品。此外，殼體的長度能夠易於適用不同幾何要求。通過使用澆鑄樹脂僅用於填充外部空間，電子組件沒有被澆鑄樹脂覆蓋。這在操作期間的emi和聲學特性方面是有利的，而且也有維護和回收的原因。雖然在上述圖中僅示出了兩個插頭分別設置有一個端子通道的實施方式，但對本領域技術人員明顯的是，當設置具有一個以上端子通道的僅一個插頭時或者設置具有一個或多個端子通道的多個插頭時，也可以使用根據本發明的概念。當前第1頁12當前第1頁12