包括用于开关柜的基板的配电板及其采用3D打印工艺的制造方法技术

本发明专利技术总体涉及一种开关柜，该开关柜包括具有至少一个基板的至少一个配电板，电气开关元件设置于基板上并且互相电气连接。特别地，本发明专利技术涉及一种用于制造该类型开关柜的方法。根据本发明专利技术，尽量采用三维打印技术制造开关柜或其电气部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于开关柜的基板的配电板及其采用3D打印工艺的制造方法
本专利技术总体涉及一种开关柜，该开关柜包括具有至少一个基板的至少一个配电板，用于将电能输送和/或分配到至少一台设备的电气开关元件设置于基板上并且互相电气连接。在这方面，本专利技术尤其涉及一种用于制造该开关柜的方法。
技术介绍
以前制造开关柜的方法包括许多手工处理程序，例如给电路板钻孔、固定电子部件以及连接部件的个别电连接器。这些手工处理程序容易出错并且成本高。此外，在广泛的
内，通常在专门用于制造和组装目的的操作过程中制造和组装开关柜，然后将其运输至使用地点，最大限度的预组装，然后在使用地点通常只将外部组件或设备(诸如由开关柜控制的发动机)连接到起重机(诸如工程起重机、港口起重机或海洋起重机等)。这通常导致较高的运输成本。在这方面，该开关柜通常包括多个配电板，该配电板水平地和/或竖直地容纳于开关柜外壳中。在这方面，多个开关元件通常安装在基板上，元件彼此之间电连接或有线连接以实现电路逻辑。在这方面，该电路元件或设备可为多种类型，例如开关、按键、诸如显示器或指示灯的显示元件、测量设备、诸如触摸屏、按钮、拨动开关等的输入设备，。特别地，电力电子部件也可用作基板上的开关元件，例如变频器等。保险丝或试验开关也可以为配电板的一部分。因此该开关柜通常形成或包括在相应空壳内的低压开关装置组合件，其中在大部分情况下，该开关装置组合件包括辅助电路形式的控制部分和主电路形式的电源部分，例如该电源部分包括必需的监测(如保险丝等)。因此，开关柜包括一个或多个低压开关设备与用于控制、测量、报告、保护和管理的相关设备，与所有内部电子机械连接以及设计部分的组合。在这方面，开关柜具有以下任务：在接收过程中从一个或多个供电方接收电能，以及通过一个或多个电缆或电线将电能分配给其他设备。在这方面，上述主电路包括位于用于输送电能的电路中的开关装置组合件的所有导电部分，而辅助电路包括位于不是上述主电路并且不用于输送任何电能的电路中的开关装置组合件的所有导电部分，用于控制、测量、报告、管理和数据处理。由专利文献DE8902022U1、US2015/0201499A1、WO2014/2009994A2和DE102011100555A1可知，采用3D打印和其它涂层工艺制造电路板(至少部分)形式的电子组件。然而与开关柜相比，这样的电路板仅是用于数据处理和控制的电子组件，其不接收电能和将电能输送或分配给相应的用电方。该电路板形式的电子组件最初使用模拟技术制造，然后该技术进一步发展，逐渐地发展到数字技术以及之后的微控制器技术。与开关柜相比，这样的电路板和电子组件中的电压和功率范围小得多。在用于数据处理和控制的电路板和相似的电子组件中，由于在电子组件中盛行小电压和小功率范围，考虑诸如接触安全、电击或电弧事故等问题是无意义的，而相同的问题在开关柜中通常必须考虑。一方面，由于用于数据处理和控制的电路板和电子组件和用于将电能分配和输送到其他操作组件的开关柜(其中某些具有威胁生命的电压、电击风险和电弧事故)之间的本质差异，另一方面，制造开关柜时需要特别注意和安全措施以应对开关柜的特别风险。特别地，各低压开关设备一个接一个单独被安装和分别被插入。此外，考虑到上述特别风险，采用具有分离安装板和支撑轨的内部结构的特殊构造，并且划分主电路和辅助电路。然而，这由于具有许多部件使得制造复杂，还导致开关柜的装配工人疲劳。
技术实现思路
本专利技术基于说明上述类型的改进开关柜及其改进的制造方法的任务，可避免现有技术的缺陷并且利用有利方式进一步改进该技术。特别地，假设可避免与开关柜制造和组装有关的工作和误差敏感性，并且假设使分散制造开关柜成为可能。根据本专利技术，该任务通过根据权利要求1的方法和通过根据权利要求15的开关柜实现。本专利技术的优选实施例是从属权利要求的内容。因此，建议最大可能使用三维打印技术制造开关柜，该开关柜包括具有用于输送和/或分配电能的开关柜电子组件的开关柜主电路。根据本专利技术，采用3D打印机利用3D打印方法制造至少一个基板，该基板具有至少一个设置于其上用于输送和/或分配电能的开关元件。在这方面，所述基板和所述开关元件可组合为层结构，其中材料层可使用能量束逐层相继液化和/或固化。例如，可逐层涂覆一层或多层粉状物和/或糊状物和/或液状物材料，并可采用激光束或电子束或等离子束和/或硬化和/或化学反应相应地逐层融化或固化，以形成硬化层。令人惊奇地，采用3D打印技术以足够安全的方式制造功率输送开关设备是可能的，通过功率输送开关设备从一个或多个供电方接收电功率并分配给用电方，以应对开关柜的特殊风险(如电击、过热、爆炸或电弧)。对应之前的期望，甚至具有应该传输电能的电流的开关设备组合件也可以通过3D打印方法按照所需质量要求进行制造。通过使用3D打印方法的制造方法，可以在或接近使用的地方直接制造打印开关柜或其部分，因为不再需要运输整个开关柜或其基板和/或开关元件，而只传输3D打印所需的制造数据，因此使大幅度地减少运输成本成为可能。此外，可淘汰各种手工组装和制造步骤，尤其与布线相关的步骤，因此可避免相关敏感误差。此外，在配线板的概念和架构中具有明显更大的设计自由。特别地，在本专利技术的进一步改进中，开关逻辑可整合入基板中。因此，可避免或者至少极大地减少固定到基板上的电气开关元件的过多接线，因此还可消除与其相关的误差敏感性。特别地，用于连接电气开关元件和设备的电连接线可整合到基板中，其中可采用3D打印机形成所述开关逻辑或所述电连接导体，同时形成基板，这样可在一个工作步骤中制造电路逻辑和基板主体。此外，不仅诸如电阻器、电感器或电容器的较小逻辑部件，而且诸如支撑件、导引件或定位件的电子或机械连接器和结构零件可整合入基板中并采用3D打印制成。在3D打印过程中连接线的整体构造的替代或附加，通道和/或适应通道可在基板的3D打印过程中形成为腔，电缆、导体或其他电子组件可随后插入该腔内。根本上，在这方面，只有基板及整合入其中的电路逻辑可通过3D打印机形成，因此代替目前通用的电缆通道建立了硬连接线基板，硬连接线基板可采用自动化方式制造并具有用于信号传输的内部线路。可将市场上买到的开关设备与该基板一起使用，其中，可使用导线产生开关设备与所述基板的连接。然而，可替代地，开关设备或开关元件，特别地，功率传输部件(至少部分)可采用3D打印方式制造，这在下文中将进行解释。作为本专利技术的进一步改进，基板可构造成利用3D打印方法由不同材料组成的复合材料板，其中，特别地，目标结构形式的信号传导材料和/或导电材料可嵌入非导电基体材料中。例如，在成品基板中用作导体的铜结构可嵌入非导电基体材料(例如陶瓷材料)中，其中与铜结构一起形成的板主体可逐层构造形成。为此，例如基体材料可以粉状物形式分布在每一层中，具有引导至期望位置的铜颗粒或铜粉，这样在之后的能量束处理中形成层，在该层中铜结构与局部界限同时形成。之后局部界限部分与其下面的层中的铜结构和其上面的待形成的层中的铜结构连接，以形成导体状或线状传导结构等。基本上开关柜可具有互相连接的多个基板，每个基板具有至少一个开关装置组合件，其中，具有其开关装置组合件的所述基板可水平或竖直地被安装于开关柜中。代替多个基板，也可使用一个大基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造开关柜(1)的方法，所述开关柜(1)至少具有一个具有基板(5)的配电板(4)，用于将电能输送和/或分配到至少一台设备(6)的电气开关元件设置于所述基板(5)上并且互相电气连接，其特征在于：采用3D打印机利用3D打印方法制造至少一个所述基板(5)和/或用于将电能输送和/或分配到至少一台设备的至少一个开关元件(6)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 DE 102015016505.4;2016.02.22 DE 10201601.一种用于制造开关柜(1)的方法，所述开关柜(1)至少具有一个具有基板(5)的配电板(4)，用于将电能输送和/或分配到至少一台设备(6)的电气开关元件设置于所述基板(5)上并且互相电气连接，其特征在于：采用3D打印机利用3D打印方法制造至少一个所述基板(5)和/或用于将电能输送和/或分配到至少一台设备的至少一个开关元件(6)。2.根据前述权利要求所述的方法，其中，采用所述3D打印机利用所述3D打印方法制造主电路的至少一部分，所述主电路包括开关装置组合件并用于从诸如发电机或网络的至少一个供电方接收电能和将电能输送和/或分配到诸如发动机的一台或多台设备。3.根据前述权利要求所述的方法，其中，采用所述打印机利用所述3D打印方法制造所述主电路的至少一个能量输送开关元件。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，采用所述3D打印机利用所述3D打印方法制造辅助电路的至少一部分，所述辅助电路包括开关装置组合件并用于控制、测量、报告、管理和/或数据处理。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将开关逻辑和/或用于连接所述电气开关元件(6)的电连接线(9)整合到基板(5)中，其中当采用所述3D打印机形成所述开关逻辑和/或所述电连接线时，同时形成所述基板(5)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基板(5)使用3D打印方法形成为由不同材料构成的复合材料板，其中目标结构形式的导电材料被嵌入到非导电基体材料中。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述开关柜包含多个互相连接的基板(5)，其中互相匹配的电气连接采用所述3D打印形成在所述基板(5)上，所述基板(5)在所述开关柜组装期间连接到一起。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个电连接器采用所述3D打印机形成在至少一个基板(5)上并且/或者电连接器采用所述3D打印机形成在至少一个开关元件上，并且通过连接所述电连接器来将至少一个电气开关元件(6)与所述基板(5)进行连接。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，采用所述3D打印机将所述基板(5)和其上设置的至少一个开关元件(6)形成为一整体。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个所述开关元件(6)采用3D打印形成为...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利弗·芬克，
申请(专利权)人：比伯拉赫利勃海尔零部件有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE