DE10206659A1 - Modulschale für leistungselektronische Baugruppen - Google Patents

Abstract

Um das Eigengewicht und die Dimensionierung von Anlagen mit leistungselektronischen Baugruppen (10) zu verringern, die gegenüber einem Träger (7) zu isolieren sind, wird erfindungsgemäß eine Modulschale (1) mit einem Befestigungsmittel (5) zur Befestigung der Modulschale (1) an einem Träger (7), mit einem Halteabschnitt (3) zur Halterung der Baugruppe (10) und mit einer Seitenschale (2) zur einseitigen Abschottung der Baugruppe (10) gegenüber benachbarten Baugruppen und/oder Gehäusewänden (7) vorgeschlagen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Modulschale zur Abschottung einer leistungselektronischen Baugruppe.
• Leistungselektronische Baugruppen zur Schaltung hoher Ströme bei hohen Spannungen, wie beispielsweise Halbleiterschalter oder Umrichter, werden insbesondere in der Mittelspannungstechnik in der Modulbauweise gefertigt. Die Modulbauweise ermöglicht eine flexible Anpassung der gesamten Baugruppe an die jeweils gestellten Anforderungen. Darüber hinaus ist durch den strukturierten Aufbau des Gesamtsystems auf der Basis von Modulen, die Wartung und insbesondere das Auffinden von Fehlerquellen sowie der Austausch defekter Teile vereinfacht.
• Bei der Montage von Anlagen mit leistungselektronischen Baugruppen werden die Module der jeweiligen Baugruppe üblicherweise in einen Träger, wie beispielsweise einen Schrank oder einen Rahmen, eingebaut. Hierbei sind jedoch strenge länderspezifische Normen zur Isolierung der Module untereinander sowie der Module gegenüber dem Träger zu berücksichtigen.
• Gemäß dem landläufigen Stand der Technik wird die vorgeschriebene Isolierung über ausreichend große Abstände zwischen dem Träger und dem jeweiligen Modul sowie zwischen den Modulen untereinander bewirkt, wobei die Luft- oder Gasschicht zwischen den Modulen bzw. zwischen den Modulen und dem Träger eine Gasisolationsstrecke ausbildet. Da insbesondere bei hohen Potentialdifferenzen große Isolierstrecken erforderlich sind, weisen vorbekannte Anlagen mit leistungselektronischen Baugruppen raumgreifende Ausmaße und aufgrund des Eigengewichts von Rahmen und Halteträgern eine hohe Masse auf. Dies erhöht ihre Herstellungs- und Transportkosten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Größe und das Gewicht leistungselektronischer Anlagen zu verringern.
• Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Modulschale zur Abschottung einer leistungselektronischen Baugruppe mit einem Befestigungsmittel zur Befestigung der Modulschale an einem Träger, mit einem Halteabschnitt zur Halterung der Baugruppe und mit einer Seitenschale zur einseitigen Abschottung der Baugruppe gegenüber benachbarten Baugruppen und/oder Gehäusewänden.
• Die erfindungsgemäße Modulschale ist aus einem Isolierstoff, beispielsweise aus einem nicht leitenden Polymer, gefertigt und kann so an einem Träger oder an einem Modul der Baugruppe befestigt werden, dass eine isolierende Seitenschale als Schottwand oder Isolationsbarriere zwischen der Baugruppe und einem Träger oder zwischen verschiedenen Baugruppen angeordnet ist. Durch die aus Isolierstoff gefertigte Seitenschale wird die Isolierfestigkeit erhöht, so dass die einzelnen Module sowohl mit geringerem Abstand zueinander als auch mit geringerem Abstand zum Träger angeordnet werden können. Zur Isolationswirkung der Modulschale tritt eine Stützfunktion hinzu, die eine direkte Befestigung der Baugruppe an der Modulschale ermöglicht, wodurch zusätzliche Haltestreben an dem Träger vermieden sind. Erfindungsgemäß wird daher das Bauvolumen sowie das Gewicht der gesamten Anlage gesenkt.
• Die Module einer Baugruppe sind in der Regel übereinander angeordnet. Die vorteilhafterweise einem Modul zugeordnete erfindungsgemäße Modulschale weist daher im Rahmen einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung eine Anschlussnut auf, in die hinein die Seitenschale einer benachbarten Modulschale von unten einführbar ist. Dazu ist die Anschlussnut in der beispielsweise an einem Träger montierten Stellung der Modulschale nach unten geöffnet, um der tiefer liegenden Modulschale zu ermöglichen, mit dem freien Ende ihrer Seitenschale in die Anschlussnut einzugreifen. Auf diese Weise lassen sich durchgängige Wandungen aus Isolierstoff erzeugen.
• Zweckmäßigerweise ist das Befestigungsmittel eine Befestigungsnut, die auf eine an dem Träger befestigte Führungsschiene aufschiebbar ist. Der Formschluss der Befestigungsnut mit der üblicherweise metallischen Führungsschiene des Trägers ist naturgemäß nicht immer vollständig, so dass es zu Luft- oder Gaseinschlüssen zwischen der Führungsschiene und der Modulschale kommt. In diesen Einschlüssen können hohe Feldstärken und somit Teilentladungen auftreten. Zur Vermeidung solcher Teilentladungen, sind in der Modulschale Potentialsteuerungselemente aus einem leitenden Material eingebettet, die sich in unmittelbarer Nachbarschaft des Befestigungsmittels und somit der Luft- oder Gaseinschlüsse erstrecken. Naturgemäß ist das Potential auf der Oberfläche der Potentialsteuerungselemente gleich, so dass die Feldstärke in den von ihnen teilweise umschlossenen Bereichen verringert ist.
• Um den Abschottungseffekt noch weiter zu erhöhen, ist die Seitenschale an ihrem freien Ende gekrümmt ausgestaltet.
• Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnungen, wobei sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
• Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Modulschale in einer Stirnansicht,
• Fig. 2 eine Modulschale gemäß Fig. 1 mit Modulen einer leistungselektronischen Baugruppe und
• Fig. 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung der Modulschale gemäß Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung.
• Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Modulschale 1 in einer Stirnansicht. Die Modulschale 1 ist aus einer Seitenschale 2, einem Halteabschnitt 3 sowie einem Befestigungsabschnitt 4 zusammengesetzt. Der Befestigungsabschnitt 4 weist eine Befestigungsnut 5 auf, die auf eine metallische Führungsschiene 6 aufschiebbar ist, welche fest mit einer Schrankwand 7 als Träger verbunden ist. An ihrem freien Ende 8 ist die Modulschale 1 von der Schrankwand 7 weggekrümmt.
• In dem Halteabschnitt 3 ist ferner eine Anschlussnut 9 vorgesehen, die zur Aufnahme des freien Endes 8 einer tiefer gelegenen Modulschale 1 vorgesehen ist. Durch diesen Eingriff wird eine aus mehreren Modulschalen 1 zusammengesetzte durchgehende Isolierungswand parallel zur Schrankwand 7 ausgebildet. Dabei können die Module durch einfaches Herausziehen in einer aus der Zeichenebene herauszeigenden Richtung von der Schrankwand entfernt werden.
• Fig. 2 zeigt die Modulschale 1 gemäß Fig. 1 beim Tragen und Abschotten eines Halbleiterschalters 10, der aus in Reihen angeordneten Modulen 11 zusammengesetzt ist. Dabei sind die Module 11 an dem Halteabschnitt 3 der Modulschale 1 befestigt, wobei sich die Seitenschale 2 zwischen der Schrankwand 7 und dem Modul 11 erstreckt. Somit wird erkennbar, dass die Modulschale 1 sowohl eine Haltefunktion als auch eine Isolierfunktion übernimmt.
• Fig. 3 zeigt ein Detail der Modulschale 1 gemäß den Fig. 1 und 2 in einer perspektivischen teilweise hinterschnittenen Ansicht. Hierbei ist insbesondere der Anschluss zwischen zwei übereinander liegenden Modulschalen 1 gezeigt. In dieser Darstellung ist erstmals eine Potentialsteuerung 12 erkennbar, die halbschalenförmig gebogen in der Modulschale 1 eingebettet ist, die aus einem nicht leitenden Isolierstoff und beispielsweise einem Polymer besteht. Dabei umgibt die Potentialsteuerung 12 den Formschlussbereich zwischen der Führungsschiene 6 sowie der Befestigungsnut 5, zwischen denen es aufgrund eines mangelhaften Formschlusses zu Luft- oder Gaseinschlüssen kommt, zwischen denen sich elektrische Felder mit einer hohen Feldstärke ausbilden können. Die Potentialsteuerung 12 besteht aus einem leitenden, vorzugsweise metallischen, Material, so dass entlang der Potentialsteuerung 12 eine Fläche konstanten Potentials ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Gefahr der Teilentladung zwischen der Modulschale und der Führungsschiene verringert. Bezugszeichenliste 1 Modulschale
  2 Seitenschale
  3 Halteabschnitt
  4 Befestigungsabschnitt
  5 Befestigungsnut
  6 Führungsschiene
  7 Schrankwand
  8 freies Ende
  9 Anschlussnut
  10 Halbleiterschalter
  11 Modul
  12 Potentialsteuerung
  

Claims (5)

1. Modulschale (1) zur Abschottung einer leistungselektronischen Baugruppe (10) mit einem Befestigungsmittel (5) zur Befestigung der Modulschale (1) an einem Träger (7), mit einem Halteabschnitt (3) zur Halterung der Baugruppe (10) und mit einer Seitenschale (2) zur einseitigen Abschottung der Baugruppe (10) gegenüber benachbarten Baugruppen und/oder Gehäusewänden (7).

2. Modulschale (1) gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine in dem Halteabschnitt (3) vorgesehene Anschlussnut (9), in die das freie Ende der Seitenschale (2) einer tiefer gelegenen Modulschale (1) einführbar ist.

3. Modulschale (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch in Nachbarschaft zum Befestigungsmittel (5) in der Modulschale (1) eingebettete Potentialsteuerungselemente (12) zur Vermeidung von Teilentladungen.

4. Modulschale (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel eine Befestigungsnut (5) ist, die auf eine an dem Träger (7) befestigte Führungsschiene (6) aufschiebbar ist.

5. Modulschale (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenschale (2) an ihrem freien Ende (8) gekrümmt ist.