DE19915836A1

DE19915836A1 - Modulares Gehäusesystem für den Einbau von Steuerungs- und Leistungselektronik

Info

Publication number: DE19915836A1
Application number: DE1999115836
Authority: DE
Original assignee: Dold & Soehne KG E
Current assignee: Dold & Soehne KG E
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2019-04-09
Also published as: DE19915836C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäusesystem für den Einbau elektrischer und/oder elektronischer Module, das im wesentlichen folgende Bauteile aufweist: DOLLAR A Eine Gehäusehaube (1), ein in die Gehäusehaube (1) einsetzbares Leistungsmodul (4) zur Aufnahme von Leistungsbauelementen (43), ein Steuermodul (3) zur Ansteuerung der Leistungsbauelemente (43) des Leistungsmoduls. DOLLAR A Das Steuermodul (3) und das Leistungsmodul (4) sind mittels einer steckbaren elektrischen Verbindung verbunden. Das Leistungsmodul (4) weist einen Isolierstoffrahmen (45) auf, der einseitig von einem Kühlblech (44) abgeschlossen ist, wobei das Kühlblech (44) die Leistungsbauelemente (43) aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffgehäuse-System für den Einbau elektrischer und elektronischer Module für hohe elektrische Leistungen und/oder große Schaltströme. Im wesentlichen sind dieses Geräte zur Ansteuerung von Motoren. Beispielhaft seien genannt: Anlaufsteuerun gen, Leistungsgleichrichter, Frequenz-Umrichter, Halbleiter-Schalter etc.

In den Schriften EP 0 631 463 B1 und EP 0 506 288 B1 sind derartige Anwendungen und Bauarten noch genauer beschrieben.

Der Stand der Technik, wie auch in den oben erwähnten Schriften be schrieben, läßt jedoch hinsichtlich des Geräteaufbaus nur eine geringe Modularität erkennen. Demzufolge sind einerseits relativ aufwendige Arbeitsschritte notwendig, die Geräte zu fertigen und Gerätevarianten zu erstellen, andererseits sind wirtschaftliche Service-Möglichkeiten erschwert, so daß im Fehlerfall nur noch der Austausch des Komplett- Gerätes bleibt und keine Rücksicht auf den ökologischen Umgang mit den Ressourcen genommen werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Gehäusesystem zu schaffen, das eine vorteilhafte Modularität aufweist, und damit eine einfache Variation und Erweiterbarkeit, sowie eine einfache Austausch barkeit der Funktionselemente erlaubt, und in diesem Zusammenhang eine weitere Verbesserung des Verhältnisses von Bauvolumen zu Leistungsum satz des Endgerätes ermöglicht wird.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe sind die ein gangs genannten Geräte in Funktionsbaugruppen gegliedert.
Dies sind im wesentlichen:
Gehäuseteile
Anschlußklemmen
Steuerelektronik
Leistungselektronik (Rahmen mit Anschlußelementen)
Kühlkörper

Im folgenden ist die Neuerung detailliert beschrieben und wird anhand beispielhafter Zeichnungen noch verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Gehäusesystems

Fig. 2 zusammengesetztes Gehäusesystem aus Fig. 1

Fig. 3 eine kleinste Gerätebauart, basierend auf dem erfindungsgemäßen Gehäusesystem

Fig. 4 einen erweiterten Geräteaufbau, mittels erfindungsgemäßem Gehäusesystem

Fig. 5 eine weitere Gerätevariante mit innenliegendem Kühlkörper

Beschreibung

Gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht das erfindungsgemäße Gehäu sesystem den Aufbau eingangs genannter Geräte ohne aufwendige Litzen verdrahtung. Der modulare Aufbau begünstigt zusätzlich das flexible Kombinieren von Gerätefunktionen sowie das wirtschaftliche Erstellen von Gerätevarianten.

Wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, sind die einzelnen Module ohne Lösen von Lötverbindungen zerlegbar. Sie sind ausschließlich durch Steck- und Schraubverbindungen gehalten.

Die Gehäusehaube (1) fungiert als tragendes Bauteil für alle anderen Module und dient zur Befestigung des Gerätes bei der Installation.

Kernstück des Gehäusesystems ist das Leistungsmodul (4). Das Leistungsmodul (4) besteht aus einem Isolierstoffrahmen (45), der die massiven Anschlußdrähte (41), (42) trägt. In den Isolierstoffrah men eingesetzt, ist das Kühlblech (44), das den Isolierstoffrahmen einseitig abschließt und somit ein flaches, wannenartiges Bauteil ge bildet wird. Das Kühlblech (44) ist gleichzeitig Träger der Halblei terbauelemente.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die Seitenfläche des Iso lierstoffrahmens (45) durch das Kühlblech (44) maximal genutzt, wo durch die wesentliche Aufgabe, nämlich der Abtransport der Verlustwär me, vorteilhaft gelöst ist.

Auf dem großflächigen Kühlblech (44) können nun die Leistungshalblei ter ebenfalls in vorteilhafter, flachgehaltener Ausführung aufgebracht werden, so daß wegen der großen Wärmetransportquerschnitte die anfal lende Verlustwärme aus den Halbleitern schnellstmöglich abgeführt wer den kann.

Durch eine Öffnung (12) in der Seitenwand der Haube (1) kann, je nach Ausführung des Gerätes, der Kühlkörper (5) mittels Befestigungsschrau ben (53) an den Befestigungspunkten (47) des Leistungsmoduls (4) ange bracht werden. Damit ist ein direkter Kontakt der Kühlkörperfläche (54) mit dem Kühlblech (44) erreicht, wodurch eine optimal angepaßte Wärmeabfuhr gewährleistet ist.

Über den flachliegenden Leistungshalbleitern sind innerhalb des Iso lierstoffrahmens, ähnlich wie "Gitarrensaiten", die Anschlußdrähte (41) für die Ansteuerung gespannt. Die Steueranschlüße der Halbleiter können somit an frei wählbarer Stelle innerhalb des Rahmens mit den Anschlußdrähten (41) des Leistungsmoduls (4) verbunden werden. Die Anschlußdrähte (41) sind zumindest an einem Ende L-förmig abgewin kelt und derart in den Isolierstoffrahmen (45) eingelassen, daß eine steckbare, elektrische Verbindung mit dem Steuermodul (3) hergestellt werden kann.

Die für die Leistungsübertragung benötigten Anschlußdrähte (42) sind in die Außenseite des Isolierstoffrahmens eingebettet. Jede Rahmensei te trägt maximal 3 Anschlußdrähte (42) mit bevorzugt kreisrundem Quer schnitt. Die Drahtenden (42a), (42b) sind abgeflacht. Durch geeignete Formgebung der Anschlußdrähte (42) wird erreicht, daß die abgeflachten Enden (42a) durch die entsprechenden Öffnungen (46) in der Rahmenwand in den Innenraum des Leistungsmoduls (4) geführt werden können. Dort bilden sie die elektrischen Verbindungsstellen zu den Leistungsanschlüssen der entsprechenden Halbleiterelemente (43).

Zum Abgriff von elektrischen Größen für das Steuermodul (3), körnen die abgeflachten Drahtenden (42a) außerdem mit weiteren massiven An schlußdrähten versehen werden.

In der bevorzugten Bauform ist das Leistungsmodul (4) mit einem aus härtbaren Isolierharz ausgegossen, wodurch ein kompaktes, mechanisch stabiles und sehr wirksam elektrisch isoliertes Modul entsteht. In der vorteilhaften Ausgestaltung ist die Höhe der Gießharzfüllung so gewählt, daß das Steuermodul (3) parallel zur Ebene des Kühlblechs ebenfalls in den Isolierstoffrahmen (45) eingelegt werden kann.

Das Steuermodul (3) ist vorzugsweise eine Leiterplatte in bekannter Ausführung. Je nach aufgebrachter Schaltung, lassen sich dadurch un terschiedliche Gerätefunktionen realisieren.

Die steckbare elektrische Verbindung zum Leistungsmodul (4) bilden Hülsen (31), die im Steuermodul (3) so plaziert eingelötet sind, daß sie die L-förmig abgewinkelten Enden der Anschlußdrähte (41a) des Lei stungsmoduls (4) lösbar kontaktieren.

Die elektrische Verbindung zur Steuer-Peripherie des Gerätes wird durch die Steuerklemmen (22) gebildet. Sie sind auf dem Steuermodul (3) so angeordnet, daß sie von der Frontseite des Gerätes zugänglich sind, wodurch ein großer Isolationsabstand zum Leistungsmodul (4) und dessen Anschlüssen erreicht wird.

Um die beiden Module (3) und (4) ordnungsgemäß anschließen zu können, sind sowohl die zuvor erwähnten Steuerklemmen (22), wie auch die abge flachten Enden der Anschlußdrähte (42b) mit isolierenden Klemmenkör pern (23) zu bestücken.

Die abgeflachten Enden der Anschlußdrähte (42b) sind deshalb so ge formt, daß der Klemmenkörper (23) aufgesteckt werden kann und damit die komplette Leistungsklemme (21) gebildet wird.

Mit dem Klemmenkörper (24) werden die Steuerklemmen (22) umschlossen und gleichzeitig wird die komplette Gerätefront gebildet.

Erfordert es der Leistungsumsatz des Gerätes, daß die anfallende Ver lustwärme schneller und wirksamer abgeführt werden muß, so bietet das erfindungsgemäße, modulare Gehäusesystem die Möglichkeit, den Kühlkör per (5) mit dem großflächigen Kühlblech (44) des Leistungsmoduls (4) zu verschrauben.

Je nach Leistungsumsatz können verschiedene Größen von Kühlkörpern eingesetzt werden.

Zum Schutz vor unbeabsichtigter Berührung des während des Betriebs er wärmten Kühlkörpers (5), ist dessen Front mit der Abdeckplatte (51) versehen.

Fig. 2 zeigt beispielhaft die eben beschriebenen Module des neuen Ge häusesystems in zusammengesetzter Form.

Weitere Figuren zeigen die Variierbarkeit der Bauformen, die aufgrund des erfindungsgemäßen, modularen Gehäusesystems einfach und für jeden Anwendungsfall optimal realisierbar sind.

Beispielsweise stellt Fig. 3 die kleinste Gerätebauart ohne Kühlkörper (5) dar. Damit entfällt in dieser Ausführung die seitliche Öffnung (12), wodurch die Haube (1) komplett geschlossen ist. Sind aufgrund der einfachen Gerätefunktion keine Steuerklemmen notwendig, so wird der Klemmenkörper (24) durch die Frontblende (26) ersetzt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Geräteausführungen, die auf ein fachste Weise durch das modulare Gehäusesystem realisiert werden kön nen.

Beispielhaft ist die Größe des Kühlkörpers (5) mit Abdeckplatte (51) in Fig. 4 an einen erhöhten Leistungsumsatz angepaßt.

Ebenso kann bei Bedarf zusätzlicher Funktionen das Steuermodul (3) er weitert werden. Für eine größere Anzahl von Steueranschlüssen ist dann der Steuerklemmenblock (25) montierbar.

Läßt es die umgesetzte Verlustleistung zu, bzw. erfordert es das ein heitliche Design, zeigt Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit innenliegen dem Kühlkörper. Die notwendige Konvektion wird durch Kühlschlitze (11) in der Haubenunter- und Haubenoberseite gewährleistet. Eine Klemmen blende (52) in Kombination mit der Frontblende (26) erfüllt dann wie der die Forderung nach einheitlichem Design.

Figurenlegende

1

Haube

11

Kühlschlitze

12

seitliche Öffnung der Haube

2

Klemmen

21

Leistungsklemmen

22

Steuerklemmen

23

Klemmenkörper

24

Klemmenkörper

25

Steuerklemmblock

26

Frontblende

3

Steuermodul

31

Hülse

4

Leistungsmodul

41

Anschlußdraht

41

a Ende des Anschlußdrahtes

42

Anschlußdraht

42

a Ende des Anschlußdrahtes

42

b Ende des Anschlußdrahtes

43

Leistungshalbleiter

44

Kühlblech

45

Isolierstoffrahmen

46

Öffnungen in der Rahmenwand

47

Befestigungspunkt

5

Kühlkörper

51

Abdeckplatte

52

Klemmenblende

53

Befestigungsschrauben

54

Kühlkörperfläche

Claims

1. Gehäusesystem für den Einbau elektrischer und/oder elek tronischer Module, das folgende Merkmale aufweist:

- eine Gehäusehaube (1);
- ein in die Gehäusehaube (1) einsetzbares Leistungsmodul (4) zur Aufnahme von Leistungsbauelementen (43);
- ein Steuermodul (3) zur Ansteuerung der Leistungsbauelemen te (43) des Leistungsmoduls;
- das Steuermodul (3), das Leistungsmodul (4) sowie die zuge hörigen Anschlußklemmen (21 und 22) sind mittels steckbarer elektrischer Kontaktierungen miteinander verbunden.

2. Gehäusesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsmodul (4) einen Isolierstoffrahmen (45) auf weist, der einseitig von einem Kühlblech (44) abgeschlossen ist.

3. Gehäusesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlblech (44) unmittelbar die Leistungsbauelemente (43) aufnimmt.

4. Gehäusesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Leistungsmodul (4) Anschlußdrähte (41) zum Anschließen der Leistungsbauelemente (43) gespannt sind.

5. Gehäusesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte (41) an wenigstens einem Ende abgewinkelt sind.

6. Gehäusesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (3) Hülsen (31) zur Kontaktierung der abge winkelten Enden der Anschlußdrähte (41) des Leistungsmoduls (4) aufweist.

7. Gehäusesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsmodul (4) für eine Leistungsübertragung erfor derliche Anschlußdrähte (42) mit abgeflachten Drahtenden (42a, 42b) aufweist, die an Leistungsanschlüssen der Lei stungsbauelemente (43) anschließbar sind und in eine Außen seite des Isolierstoffrahmens (45) eingebettet sind.

8. Gehäusesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsmodul eine Gießharzfüllung aufweist.

9. Gehäusesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (3) Steuerklemmen (22) zum Anschluß an eine Steuer-Peripherie aufweist, die von einer Frontseite des Gehäusesystems zugänglich sind.

10. Gehäusesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Steuerklemmen (22) und die abgeflachten Drahtenden (42a, 42b) isolierende Klemmenkörper (23 und 24) steckbar montiert sind.

11. Gehäusesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusehaube (1) eine seitliche Öffnung (12) zum Befesti gen von Kühlkörpern verschiedener Baugröße (5) an dem Kühl blech (44) des Leistungsmoduls (4) aufweist.