DE10138711A1 - Elektrische Baugruppe - Google Patents

Abstract

Elektrische Baugruppe mit mindestens einem ersten und einem zweiten Verlustwärmeerzeuger (1, 2), die an einen ersten und einen zweiten Bereich (5, 6) eines die Baugruppe kapselnden Gehäuses (7) thermisch angekoppelt sind, wobei die Bereiche (5, 6) thermisch voneinander entkoppelt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe mit mindestens einem ersten und einem zweiten Verlustwärmeer­ zeuger, die an einen ersten und einen zweiten Bereich eines die Baugruppe kapselnden Gehäuses thermisch angekoppelt sind.

Derartige elektrische Baugruppen sind allgemein bekannt.

Bei gekapselten elektrischen Baugruppen muss die Verlustleis­ tung von den Verlustwärmeerzeugern, die im Innern des Gehäu­ ses angeordnet sind, über das Gehäuse an die Umgebung abgege­ ben werden. Hierzu sind die Verlustwärmeerzeuger an Bereiche des Gehäuses thermisch angekoppelt.

Die Verlustwärmeerzeuger können, je nach Art, Ausführung und Leistungsbereich, unterschiedliche Grenztemperaturen aufwei­ sen, innerhalb derer sie betreibbar sind. Bei thermischer An­ kopplung an das Gehäuse besteht aber die Gefahr einer gegen­ seitigen Beeinflussung der Verlustwärmeerzeuger über das Ge­ häuse.

Prinzipiell ist zwar denkbar, dass die Verlustwärmeerzeuger weit voneinander weg angeordnet werden oder ein größeres Ge­ häuse verwendet wird, welches eine effizientere Wärmeablei­ tung ermöglicht. In der Praxis sind diese Maßnahmen aber nur beschränkt oder aber gar nicht durchführbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Baugruppe zu schaffen, bei der trotz kompakter Bauweise ein im wesentlichen unabhängiger Betrieb der Ver­ lustwärmeerzeuger möglich ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Bereiche thermisch voneinander entkoppelt sind.

Aufgrund der Entkopplung ist es insbesondere möglich, dass im Betrieb der Baugruppe die Bereiche voneinander verschiedene Bereichstemperaturen und die Verlustwärmeerzeuger einander verschiedene Erzeugertemperaturen annehmen.

Aufgrund gegebenenfalls unterschiedlicher Ausgestaltung der Verlustwärmeerzeuger kann es sinnvoll sein, diese über ver­ schieden große thermische Übergangswiderstände an die Berei­ che anzukoppeln.

Wenn im Innern des Gehäuses zwischen den Verlustwärmeerzeu­ gern eine Trennwand angeordnet ist, ist auch eine Kopplung durch Konvektion innerhalb des Gehäuses im wesentlichen aus­ geschlossen.

Wenn zumindest der erste Verlustwärmeerzeuger großflächig an den ersten Bereich und der erste Bereich nur kleinflächig an den zweiten Bereich angekoppelt ist, ergibt sich eine beson­ ders gute thermische Entkopplung der Bereiche voneinander. Insbesondere ist es möglich, dass die Bereiche auf miteinan­ der verbundenen Bauteilen angeordnet sind und die Bauteile sich nur entlang schmaler Kontaktbereiche berühren.

Das Gehäuse kapselt die Baugruppe vorzugsweise in hoher Schutzart. Typischerweise entspricht die Kapselung der Schutzkasse IP 54, möglichst sogar IP 65, 67 oder 68.

Wenn zwischen den Bauteilen ein Dichtelement angeordnet ist, dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit deutlich unterhalb der der Bereiche liegt, sind die Erfordernisse der thermischen Entkopplung und der hohen Schutzklasse gleichzeitig erfüll­ bar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 ein thermisches Blockschaltbild einer elektrischen Baugruppe und

Fig. 2 schematisch den konstruktiven Aufbau der elektrischen Baugruppe.

Gemäß Fig. 1 weist eine elektrische Baugruppe Verlustwärmeer­ zeuger 1, 2 auf. Der eine Verlustwärmeerzeuger 1 kann bei­ spielsweise ein elektronischer Leistungsschalter, z. B. ein IGBT-Modul, sein. Der Verlustwärmeerzeuger 2 kann in diesem Fall die Steuer- und Auswerteelektronik für den elektroni­ schen Leistungsschalter sein.

Die Verlustwärmeerzeuger 1, 2 können im Betrieb der Baugruppe voneinander verschiedene Erzeugertemperaturen T1, T2 anneh­ men. Die Verlustwärmeerzeuger 1, 2 sind über Übergangswider­ stände 3, 4 an Bereiche 5, 6 eines Gehäuses 7 thermisch ange­ koppelt. Die Übergangswiderstände 3, 4 weisen in der Regel verschieden große thermische Widerstandswerte R1, R2 auf. Die Bereiche 5, 6 sind über weitere Übergangswiderstände 8, 9 an die Umgebung des Gehäuses 7 thermisch angekoppelt. Auch diese Übergangswiderstände 8, 9 weisen thermische Widerstandswerte R3, R4 auf, die ebenfalls voneinander verschieden sein kön­ nen.

Die Bereiche 5, 6 haben die Funktion von Kühlkörpern für die Verlustwärmeeinheiten 1, 2. Sie heizen sich daher im Betrieb der Baugruppe auf Bereichstemperaturen T3, T4 auf. Die Be­ reichstemperaturen T3, T4 hängen dabei insbesondere von den Erzeugertemperaturen T1, T2 und den Widerstandswerten R1 bis R4 ab. Sie können somit voneinander verschieden sein.

Die Verlustwärmeerzeuger 1, 2 und die Bereiche 5, 6 sind (im wesentlichen) thermisch voneinander entkoppelt. Zwischenwi­ derstände 10, 11, über welche die Verlustwärmeerzeuger 1, 2 bzw. die Bereiche 5, 6 dennoch (geringfügig, aber in der Pra­ xis unvermeidlich) aneinander angekoppelt sind, weisen daher erheblich größere Werte als die Übergangswiderstände 3, 4, 8, 9 auf.

Zur Vergrößerung des Zwischenwiderstandes 10, über den die Verlustwärmeerzeuger 1, 2 thermisch miteinander gekoppelt sind, ist im Inneren des Gehäuses 7 eine Trennwand 12 ange­ ordnet. Durch die Trennwand 12 wird eine Luftzirkulation im Inneren des Gehäuses 7 verhindert bzw. reduziert. Dies ist in Fig. 1 schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet.

Gemäß Fig. 2 sind die Bereiche 5, 6 auf Bauteilen 13, 14 ange­ ordnet, die miteinander verbunden sind. Kontaktbereiche 15, 16 entlang derer sich die Bauteile 13, 14 berühren, sind da­ bei möglichst schmal bzw. kleinflächig ausgebildet. Bei­ spielsweise kann eines der Bauteile 13, 14 als Kontaktbereich 15, 16 eine kleine Stufe aufweisen, so dass die Bauteile 13, 14 im übrigen Bereich geringfügig voneinander beanstandet sind. Die Bereiche 5, 6 sind daher nur kleinflächig aneinan­ der angekoppelt. Zur guten thermischen Ankopplung hingegen ist zumindest einer der Verlustwärmeerzeuger 1, 2 - hier der Verlustwärmeerzeuger 1 - großflächig an den ihm zugeordneten Bereich 5 angekoppelt.

Das Gehäuse 7 kapselt die elektrische Baugruppe in hoher Schutzart. Hohe Schutzart bedeutet dabei mindestens Schutz­ klasse IP 54, besser Schutzklasse IP 65, 67 oder 68. Zur Auf­ rechterhaltung dieser Schutzklasse auch im Übergangsbereich zwischen den beiden Bauteilen 13, 14 ist zwischen den Bautei­ len 13, 14 ein Dichtelement 17 angeordnet. Um dabei nicht ei­ ne unerwünschte thermische Kopplung der Bauteile 13, 14 zu bewirken, besteht das Dichtelement 17 aus einem Material, dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit deutlich unterhalb der der Bereiche 5, 6 liegt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weisen die Bereiche 5, 6 Kühl­ rippen 18, 19 auf, um die Übergangswiderstände 8, 9 vom Ge­ häuse 7 zur Umgebung zu minimieren. Ferner weist das Gehäuse 7, soweit es von den Verlustwärmeerzeugern 1, 2 beabstandet ist, Erhebungen 20 auf. Diese Erhebungen 20 führen zu einer Oberflächenvergrößerung und damit zu einer Verringerung des Übergangswiderstandes von den Verlustwärmeerzeugern 1, 2 auf die Bauteile 13, 14.

Claims (10)

1. Elektrische Baugruppe mit mindestens einem ersten und ei­ nem zweiten Verlustwärmeerzeuger (1, 2), die an einen ersten und einen zweiten Bereich (5, 6) eines die Baugruppe kapseln­ den Gehäuses (7) thermisch angekoppelt sind, wobei die Berei­ che (5, 6) thermisch voneinander entkoppelt sind.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Bereiche (5, 6) im Betrieb der Baugruppe voneinander verschiedene Bereichstemperaturen (T3, T4) annehmen.

3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Verlustwärmeerzeuger (1, 2) im Betrieb der Baugruppe voneinander verschiedene Erzeu­ gertemperaturen (T1, T2) annehmen.

4. Baugruppe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustwärmeerzeuger (1, 2) an die Bereiche (5, 6) über verschieden große thermische Übergangswiderstände (3, 4) angekoppelt sind.

5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Bereiche (5, 6) untereinander über einen thermischen Zwischenwiderstand (11) aneinander an­ gekoppelt sind und dass der Zwischenwiderstand (11) erheblich größer als die Übergangswiderstände (3, 4) ist.

6. Baugruppe nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Gehäuses (7) zwischen den Verlustwärmeerzeugern (1, 2) eine Trennwand (12) angeordnet ist.

7. Baugruppe nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Ver­ lustwärmeerzeuger (1) großflächig an den ersten Bereich (5) angekoppelt ist und dass der erste Bereich (5) nur kleinflä­ chig an den zweiten Bereich (6) angekoppelt ist.

8. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Bereiche (5, 6) auf miteinander verbundenen Bauteilen (13, 14) angeordnet sind und dass die Bauteile (13, 14) sich nur entlang schmaler Kontaktbereiche (15, 16) berühren.

9. Baugruppe nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuses (7) die Baugruppe in hoher Schutzart kapselt.

10. Baugruppe nach Anspruch 8 und 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zwischen den Bauteilen (13, 14) ein Dichtelement (17) angeordnet ist, dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit deutlich unterhalb der der Bereiche (5, 6) liegt.