PL230232B1 - Elektryczna puszka instalacyjna - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektryczna puszka instalacyjna zaopatrzona w układ elektroniczny do monitorowania parametrów elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc czynna, bierna, pozorna, współczynnik mocy oraz zużycie energii elektrycznej, w odbiornikach energii elektrycznej. Opcjonalnie, monitorowane mogą być również parametry środowiskowe, takie jak temperatura, wilgotność powietrza, czy ciśnienie atmosferyczne. Wynalazek ma zastosowanie do wewnętrznych pomieszczeń w budynkach różnej klasy. Puszka instalacyjna przeznaczona jest do zamontowania jej na ścianie budynku lub wewnątrz ściany.

Monitorowanie parametrów elektrycznych pozwala na identyfikacje odbiorników o największym poborze mocy, wyznaczenie przedziału czasu, kiedy ten pobór mocy występuje i w razie konieczności jego ograniczenie przez wymianę odbiornika na odpowiednik o mniejszym zużyciu energii. Dodatkowo możliwa jest identyfikacja najbardziej obciążonych obwodów instalacji elektrycznej, co pozwala na takie przełączenie odbiorników energii, aby możliwe było uzyskanie zbalansowanego obciążenia w poszczególnych gałęziach.

Znany jest system monitorowania zużycia energii w gospodarstwach domowych, w których zużycie energii obliczane jest na podstawie pomiaru prądu i napięcia, a cały system składa się z jednostki centralnej i współpracujących z nią sensorów. Przykładem takiego urządzenia jest produkt firmy Fibaro, tzw. FIBARO Wall Pług, stanowiący inteligentny zdalnie sterowany włącznik przeznaczony do włączania i wyłączania sprzętów elektrycznych oraz realizujący funkcję pomiaru zużywanej energii dzięki odpowiednim sensorom zamontowanym we wtyczce. Kryształowy pierścień LED informuje domowników kolorowym światłem o aktualnym obciążeniu podłączonego urządzenia elektrycznego. Wbudowany czujnik temperatury, po przekroczeniu 55°C, zaalarmuje otoczenie migającym czerwonym światłem. Alarm uruchomiony zostanie także po przekroczeniu maksymalnego dopuszczalnego obciążenia wynoszącego 2,5 kW. Sensory wykonane są jako wtyczki do standardowych gniazd elektrycznych. Wtyczka wyposażona jest w gniazdo elektryczne umożliwiające podłączenie do niego odbiornika elektrycznego. We wtyczkę wbudowany jest moduł elektroniczny odpowiedzialny za pomiar energii elektrycznej na podstawie pomiaru napięcia, jak i pobieranego prądu. W przedstawionym produkcie układ pomiarowy zlokalizowany jest w osobnym urządzeniu umiejscowionym między gniazdem elektrycznym a wtyczką, co powoduje, że wtyczka odstaje bardziej od ściany i może powodować kolizję z elementami wyposażenia pomieszczenia. Urządzenie wystające z gniazdka narażone jest na przypadkowe uszkodzenia. Dane pomiarowe z sensorów przesyłane są do jednostki centralnej odpowiedzialnej za przetwarzanie, przechowywanie danych historycznych oraz komunikację z zewnętrznymi urządzeniami. Przesyłanie informacji do jednostki centralnej następuje bezprzewodowo.

W europejskim zgłoszeniu patentowym numer 15 460 020.9 opisane jest urządzenie elektryczne do monitorowania parametrów elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc czynna, bierna, pozorna, współczynnik mocy oraz zużycie energii elektrycznej, w odbiornikach energii elektrycznej. Opisane urządzenie zawiera płytkę PCB, która umieszczona jest w obudowie instalacyjnej lub obudowie przedłużacza elektrycznego. Na płytce PCB umieszczony jest układ elektroniczny zawierający, co najmniej jeden czujnik pomiarowy, połączony poprzez obwód elektryczny płytki PCB z mikrokontrolerem. Mikrokontroler połączony jest obwodami elektrycznymi płytki PCB z trwałą pamięcią, zapamiętującą dane mierzone i dane historyczne oraz z przetwornicą AC/DC, które połączone są ze sobą elektrycznie. Mikrokontroler połączony jest poprzez obwód elektryczny płytki PCB z modułem komunikacyjnym, połączonym obwodem elektrycznym płytki PCB z przetwornicą AC/DC oraz połączonym bezprzewodowo z odbiornikiem zewnętrznym modułu komunikacyjnego. Odbiornik zewnętrzny umieszczony jest poza gniazdem elektrycznym urządzenia. W przedstawionym urządzeniu płytka PCB, która umieszczona jest wewnątrz obudowy, zajmuje dodatkowe miejsce w tej obudowie, co może utrudniać prowadzenie przewodów. Ponadto, może się zdarzyć, że pytka PCB może być narażona na uszkodzenie podczas jej montażu w obudowie.

Istotą puszki instalacyjnej według wynalazku, zaopatrzonej w dno oraz ściany boczne, zawierającej układ elektroniczny do monitorowania parametrów elektrycznych jest to, że dno puszki wykonane jest z co najmniej dwóch warstw, warstwy zewnętrznej oraz warstwy ochronnej, przy czym na wewnętrznej stronie warstwy zewnętrznej umieszczony jest układ elektroniczny, który wbudowany jest w warstwę ochronną tak, że warstwa ochronna przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego.

PL 230 232 Β1

Korzystnie, jeden z wypustów puszki wykonany jest z dwóch warstw, warstwy obwodowej, stanowiącej fragment ściany bocznej puszki i warstwy wewnętrznej, przy w warstwie wewnętrznej umieszczony jest dodatkowy układ elektroniczny, który wbudowany jest w warstwę wewnętrzną tak, że warstwa wewnętrzna przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego.

Alternatywnie, w warstwie zewnętrznej puszki wykonana jest wnęka, w której umieszczona jest płytka PCB, zawierająca komponenty układu elektronicznego, a warstwa ochronna przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego wraz z płytką PCB.

Korzystnie, warstwa ochronna utworzona jest z materiału izolacyjnego, a warstwa zewnętrzna lub obwodowa stanowi fragment puszki.

Korzystnie, warstwa wewnętrzna wykonana jest z materiału izolacyjnego.

Zaletą układu według wynalazku jest uzyskanie możliwości zabezpieczenia układu elektronicznego lub układów elektronicznych umieszczonych wewnątrz puszki. Obwody i komponenty elektroniczne układu lub układów elektronicznych przykryte są izolacyjną warstwą ochronną, która zapobiega uszkodzeniu układu elektronicznego w trakcie montażu. Puszka zaprojektowana jest w taki sposób, aby mogła współpracować ze standardowym gniazdkiem elektrycznym, montowanym na lub w ścianie budynku.

Urządzenie według wynalazku jest przedstawione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia, puszkę w widoku czołowym, fig. 2 - puszkę z fig. 1 w pierwszej postaci wykonania wynalazku, zawierającej układ elektroniczny umieszczony w dnie puszki, w przekroju bocznym A-A, fig. 3 - puszkę z fig. 2 z uwidocznieniem komponentów układu elektronicznego, po odjęciu warstwy ochronnej, w rzucie perspektywicznym, fig. 4 - puszkę z fig. 1 w drugiej postaci wykonania wynalazku, zawierającej układ elektroniczny umieszczony w ścianie puszki, w przekroju poprzecznym B-B, fig. 5 - puszkę z fig. 4 z uwidocznieniem komponentów układu elektronicznego, po odjęciu warstwy ochronnej, w rzucie perspektywicznym, a fig. 6 - puszkę z fig. 1 w trzeciej postaci wykonania wynalazku, zawierającej układ elektroniczny umieszczony w dnie puszki, a fig. 7 - szczegół „a” z fig. 6.

Elektryczna puszka instalacyjna zawiera okrągłe dno 1, ściany boczne 2 usytuowane prostopadle do dna puszki wokół obrzeży dna 1. Na wewnętrznej stronie ściany bocznej usytuowane są boczne wewnętrzne wypusty 3. Boczne wypusty 3 usytuowane są w ścianach puszki 1 naprzeciwległe względem siebie i stanowią integralną całość z puszką. W dnie 1 wykonane są otwory 4 służące do przeprowadzenia przez nie przewodów elektrycznych, nieuwidocznionych na rysunku. Wewnątrz puszki na jej dnie 1 umiejscowiony jest terminal przyłączeniowy 5. Do terminala podłączone są dwa przewody, nie uwidocznione na rysunku, za pomocą, których przeprowadzany jest pomiar napięcia sieciowego i zasilany jest układ elektroniczny puszki.

W pierwszej postaci wynalazku dno 1 puszki zbudowane jest z dwóch przylegających do siebie warstw: warstwy zewnętrznej 6 o grubości X1 oraz warstwy ochronnej 7 o grubości Y1, wykonanej z materiału izolacyjnego. W warstwie ochronnej 7 zatopiony jest znany układ elektroniczny 8 do monitorowania parametrów elektrycznych odbiorników elektrycznych. Układ elektroniczny 8 przedstawiony jest schematycznie na fig. 3. Warstwa ochronna 7 przykrywa całkowicie układ 8 umieszczony na dnie 1 puszki i zabezpiecza układ 8 przed jego uszkodzeniem. W pierwszej postaci wykonania wynalazku obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 utworzone są bezpośrednio na powierzchni dna puszki o grubości X1.

W drugiej postaci wykonania wynalazku puszka zawiera dwa układy elektroniczne 8 i 8a. Układ 8 umieszczony jest na dnie puszki, tak jak w pierwszej postaci wykonania wynalazku, a drugi układ 8a umieszczony jest na ścianie bocznej 2 puszki, korzystnie na powierzchni jednego z wypustów 3. Wypust 3 wykonany jest z dwóch przylegających do siebie warstw: warstwy wewnętrznej 9 o grubości X2, wykonanej z materiału izolacyjnego oraz warstwy obwodowej 10 o grubości Y2, stanowiącej fragment ściany bocznej 2. W warstwie wewnętrznej 9 zatopiony jest całkowicie układ elektroniczny 8a. Warstwa wewnętrzna 9 zabezpiecza układ 8a przed jego uszkodzeniem. W drugiej postaci wykonania wynalazku obwód elektroniczny układu elektronicznego 8a przykryty jest całkowicie warstwą wewnętrzną o grubości Y2, a obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 usytuowane są w warstwie ochronnej 7, na powierzchni warstwy zewnętrznej 6 dna puszki 1, tak jak w pierwszym przykładzie wykonania.

W trzeciej postaci wykonania wynalazku obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 umiejscowione są na dodatkowej płytce PCB 11 o grubości Z, która umieszczona jest w dnie 1 puszki we wnęce 12 o grubości Z, wykonanej w warstwie zewnętrznej 6 dna 1. Płytka 11 umiejscowiona jest pomiędzy warstwą zewnętrzną 6, stanowiącą dno puszki a warstwą wewnętrzną 7.

PL 230 232 Β1

W pierwszej i drugiej postaci wykonania wynalazku obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 lub układów 8 i 8a, wytworzone mogą być na wewnętrznej powierzchni zewnętrznej warstwy 6 dna 1 puszki i/lub na wewnętrznej powierzchni warstwy obwodowej 10 za pomocą technologii 3D-MID (Three Dimensional Molded Interconnect Device). Ścieżki przewodzące mogą być nanoszone przez powlekanie metalem uprzednio aktywowanej laserem powierzchni elementu plastikowego puszki. Technika ta nazywana jest z ang. Laser Direct Structuring (LDS). Części, na których wykonywane są obwody elektroniczne wykonane są z polimeru z dodatkiem katalizatora, który jest aktywowany przez laser na powierzchniach, na których mają być naniesione ścieżki. Następnie, ścieżki tworzone są za pomocą np. procesu galwanizacji, podczas którego cząsteczki metalu osadzają się na poprzednio aktywowanych laserem powierzchniach. Na tak przygotowanych ścieżkach w standardowy sposób lutowane są komponenty elektroniczne.

Alternatywnie, w pierwszej i drugiej postaci wykonania wynalazku obwody elektroniczne mogą też być nadrukowane na powierzchniach wewnętrznych standardowej puszki. W tym przypadku ścieżki wykonane mogą być na standardowym polimerze bez uprzedniej jego aktywacji. Na tak przygotowanym obwodzie elektronicznym komponenty przyklejane są za pomocą kleju elektrycznie przewodzącego.

W trzeciej postaci wykonania wynalazku, układ elektroniczny 8 wykonany jest na standardowej płytce PCB o grubości Z, która zawiera przylutowane komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8. Układ ten wraz z płytką 11 umieszczany jest we wnęce 12 na warstwie zewnętrznej 7 dna 1 puszki. Warstwa ochronna 7 przykrywa obwód i komponenty elektroniczne układu 8. Na powierzchni warstwy ochronnej na dnie 1 puszki znajduje się terminal przyłączeniowy 5.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektryczna puszka instalacyjna zaopatrzona w dno oraz ściany boczne, zawierająca układ elektroniczny do monitorowania parametrów elektrycznych, znamienna tym, że dno (1) puszki wykonane jest z co najmniej dwóch warstw, warstwy zewnętrznej (6) oraz warstwy ochronnej (7), przy czym na wewnętrznej stronie warstwy zewnętrznej (6) umieszczony jest układ elektroniczny (8), który wbudowany jest w warstwę ochronną (7) tak, że warstwa ochronna (7) przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego (8).
2. 2. Puszka według zastrz. 1, znamienna tym, że ściana boczna (2) wyposażona jest w co najmniej jeden wypust (5) wykonany jest z dwóch warstw, warstwy obwodowej (10), stanowiącej fragment ściany bocznej (2) i warstwy wewnętrznej (9), przy w warstwie wewnętrznej (9) umieszczony jest dodatkowy układ elektroniczny (8a), który wbudowany jest w warstwę wewnętrzną (9) tak, że warstwa wewnętrzna (9) przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego (8a).
3. 3. Puszka według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwie zewnętrznej (6) wykonana jest wnęka (12), w której umieszczona jest płytka PCB (11) zawierająca komponenty układu elektronicznego (8), a warstwa ochronna (7) przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego (8) wraz z płytką (11).
4. 4. Puszka według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że warstwa ochronna (7) utworzona jest z materiału izolacyjnego, a warstwa zewnętrzna (6) stanowi fragment puszki.
5. 5. Puszka według zastrz. 2, znamienna tym, że warstwa wewnętrzna (9) wykonana jest z materiału izolacyjnego.