DE102008034417A1

DE102008034417A1 - Umrichter und Verfahren zur Herstellung verschiedener Umrichter

Info

Publication number: DE102008034417A1
Application number: DE102008034417A
Authority: DE
Inventors: Jens Möhring; Reiner Jopien
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: DE102008034417B4

Abstract

Umrichter und Verfahren zur Herstellung verschiedener Umrichter, umfassend ein mindestens Gehäuseteile umfassendes Gehäuse, wobei die Gehäuseteile an tragende Komponenten des Umrichters lösbar verbunden sind, wobei Umrichterkomponenten ebenfalls an den tragenden Komponenten lösbar verbunden sind, wobei Zubehörteile vom Gehäuse umfasst sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Umrichter und ein Verfahren zur Herstellung verschiedener Umrichter.
Es ist bekannt, Umrichter mit einem Gehäuse auszustatten und die elektronischen Schaltungsteile an tragenden Komponenten zu befestigen, wobei an den tragenden Komponenten auch Gehäuseteile befestigt sind. Außerdem ist es bekannt, die elektronischen Schaltungsteile elektrisch zu verbinden.
Zubehörteile, wie Netzdrossel und/oder Netzfilter, sind außerhalb des Geräts, beispielsweise im Schaltschrank eingebaut und werden mittels Kabeln verbunden. Im Schaltschrank sind mehrere Umrichter zusammen mit den zugehörigen Zubehörteilen eingebaut.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hohe Varianz mit wenigen Bauteilen bei Umrichtern zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Umrichter nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 9 oder 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Umrichter sind, dass er ein mindestens Gehäuseteile umfassendes Gehäuse umfasst,
wobei die Gehäuseteile an tragende Komponenten des Umrichters lösbar verbunden sind,
wobei Umrichterkomponenten ebenfalls an den tragenden Komponenten lösbar verbunden sind,
wobei Zubehörteile vom Gehäuse umfasst sind.
Von Vorteil ist dabei, dass die Zubehörteile im Gehäuse des Umrichters aufnehmbar sind und somit auch von diesem gehäusebildend umfasst sind. Das Gehäuse ist daher in hoher Schutzart ausführbar ohne besonders erhöhten Aufwand. Die Zubehörteile benötigen kein eigenes Gehäuse. Eine bloße Vergrößerung, beispielsweise Verbreiterung oder Verlängerung des für die Umrichterkomponenten minimal notwendigen Gehäuses ist ausreichend. Außerdem ist die elektrische Verbindung zwischen den Umrichterkomponenten und den Zubehörteilen innerhalb des Umrichtergehäuses vorgesehen und somit kostengünstig ausführbar. Insbesondere müssen die Kabel nicht besonders isoliert oder abgeschirmt werden, da das Gehäuse des Umrichters diese Schutzfunktionen ausführt. Insbesondere ist auch die hochfrequente Abstrahlung elektromagnetischer Wellen verringert, da die Kabel kürzer sind und innerhalb des Gehäuses verlegt sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind als Zubehörteil zumindest eine Netzdrossel, ein Netzfilter, eine Ausgangsdrossel, ein Ausgangsfilter, Netzteile, ein Schütz, ein Netzschütz und/oder ein handbedienbarer Leistungsschalter vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass Starkstromkabel und zugehörige Anschlussvorrichtungen nicht außerhalb des Umrichters zu verlegen sind sondern innerhalb. Somit ist die Installation des Umrichters mit allen Zubehörteilen in der Anlage schnell und einfach ermöglicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse in hoher Schutzart ausgeführt, insbesondere wasserdicht, spritzwasserdicht und/oder staubdicht. Von Vorteil ist dabei, dass die Zubehörteile ohne besonderen Zusatzaufwand ebenfalls in dieser hohen Schutzart gehäusebildend umgeben sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als Umrichterkomponente ein Gleichrichter, ein Wechselrichter, eine Zwischenkreiskapazität, und/oder ein Leistungsschalter für Abführen generatorischer Energie aus dem Zwischenkreis an einen Bremswiderstand vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Umrichter modular aufbaubar ist und somit stets die für die jeweilige Anwendung und Anlage optimale Ausführungsart des Umrichters herstellbar ist. Im Lager muss hierfür nur eine geringe Anzahl von Komponenten bevorratet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die tragenden Komponenten derart ausgeführt sind, dass eine Wandmontage oder ein Aufstellen auf den Boden ausführbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene Befestigungsmethoden ermöglicht sind. Die Kraftübertragung erfolgt somit mittels der tragenden Komponenten an die Wand oder den Boden. An den tragenden Komponenten sind dann wiederum die Module befestigt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteile als Module ausgeführt, insbesondere sind sie als vorkomplettierte Module ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Module vor dem Einbau als Einheit lagerbar und transportierbar und nach Einbau in den Umrichter betriebsfähig sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteile an den tragenden Komponenten elektrisch und/oder mechanisch lösbar verbunden, insbesondere mittels eines Steckverbinders, welcher mechanisch mit den tragenden Komponenten verbunden und elektrisch mit weiteren Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteilen verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass der mechanische Aufbau an zentralen Teilen orientiert ist und somit ein einfacher übersichtlicher Aufbau ausgeführt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zur elektrischen Verbindung Starkstromschienen vorgesehen, an welche Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteile zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung verschraubt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Stromschienen nicht isoliert oder abgeschirmt werden müssen sondern die Isolierung und Abschirmung mittels des Gehäuses des Umrichters erreicht wird.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zur Herstellung verschiedener Umrichter nach Anspruch 9 sind, dass Gehäuseteile eines jeweiligen Gehäuses des Umrichters an tragende Komponenten des Umrichters lösbar verbunden werden,
wobei Umrichterkomponenten ebenfalls an den tragenden Komponenten lösbar verbunden werden,
wobei tragende Komponenten, Umrichterkomponenten und Gehäuse jedes Umrichters gleich ausgeführt werden,
wobei wahlweise

– bei einer ersten Variante zumindest ein erstes Zubehörteil an die tragenden Komponenten lösbar verbunden wird,
– bei einer zweiten Variante zumindest ein zweites Zubehörteil an die tragenden Komponenten lösbar verbunden wird,

Von Vorteil ist dabei, dass je nach Anwendung des Umrichters in der Anlage ein Umrichter mit gleichen äußeren Abmessungen vorgesehen ist und somit auch Zubehörteile nachrüstbar sind ohne Veränderung der baulichen Maße des Umrichters und ohne Notwendigkeit der Veränderung von Verdrahtungen außerhalb des Umrichters, wenn festgestellt ist, dass sie entgegen der Planung notwendig sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite Zubehörteil nicht vorhanden, so dass die zweite Variante keine Zubehörteile aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass auch Umrichter ohne Zubehörteile in dem selben Gehäuse vorsehbar sind. Beispielsweise ist ein solcher Umrichter in einem ersten Schritt auslieferbar und installierbar in einer Anlage. Nachdem festgestellt, dass Zubehörteile notwendig sind, sind diese ohne weiteren Bedarf an Bauvolumen nachrüstbar.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zur Herstellung verschiedener Umrichter nach Anspruch 11 sind, dass
Gehäuseteile eines jeweiligen Gehäuses des Umrichters an tragende Komponenten des Umrichters lösbar verbunden werden,
wobei Umrichterkomponenten ebenfalls an den tragenden Komponenten lösbar verbunden werden,
wobei für eine jeweilige Umrichter-Variante eine zugehörige Menge an Zubehörteilen ausgewählt wird, wobei die Menge die zugehörigen tragenden Komponenten, zugehörigen Stromschienen zur Versorgung der Zubehörteile und zugehörigen Gehäuseteile umfasst,
wobei die Zubehörteile an die tragenden Komponenten lösbar verbunden werden.
Insbesondere ist die Stromverschienung in den jeweiligen Varianten unterschiedlich ausgeführt und/oder in einer ersten Variante sind die Gehäuseteile größer als in einer zweiten Variante.
Vorteilig ist hierbei, dass je nach Bestell-Anforderung eine Variante herstellbar ist und mit wenigen Lagerteilen eine hohe Varianz in der Baureihe herstellbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in geöffneter Ansicht schematisch gezeigt.
Der Umrichter ist in einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel für ein Aufstellen auf dem Boden ausgeführt.
Hierzu sind die tragenden Komponenten 1 am Boden abgestützt und bilden ein stabiles Grundgerüst der gesamten Umrichter-Konstruktion. An diesen tragenden Komponenten 1 werden einerseits die Gehäuseteile 2 und andererseits die Umrichterkomponenten 4 befestigt. Vorteiligerweise wird dies lösbar ausgeführt. Auch die elektrischen Verbindungen sind lösbar ausgeführt. Hierzu eignen sich Steckverbindungen und/oder Schraubverbindungen.
Beispielhaft umfasst der Umrichter einen netzversorgten Gleichrichter, der einen Gleichspannungs-Zwischenkreis versorgt, aus dem eine Wechselrichterstufe ein dreiphasiges Wechselspannungssystem erzeugt, aus dem ein Drehstrommotor versorgt wird.
Umrichterkomponenten 4, wie Gleichrichter, Wechselrichter, Zwischenkreiskapazität, Leistungsschalter für Abführen generatorischer Energie aus dem Zwischenkreis an einen Bremswiderstand und dergleichen, sind als Module lösbar verbunden mit Stromschienen, die die Zwischenkreisspannung führen. Somit ist ein modularer Aufbau innerhalb des Umrichtergehäuses ermöglicht. Die Module sind dabei derart konstruiert, dass ein mechanischer Zusammenhalt der von ihnen umfassten Bauelemente gewährleistet wird. Eine hohe Schutzfunktion, wie Dichtheit gegen eindringendes Wasser und/oder Staub, müssen die Module nicht aufweisen.
Die genannten Umrichterkomponenten beziehen sich auf die Leistungselektronik. Die Signalelektronik ist ebenfalls als Modul ausgeführt und in den Figuren als Steuerteil 42 dargestellt, in welches Einsteckkarten 41 einsteckbar sind. Die Ausführung der Einsteckkarten ist auf die gewünschte jeweilige Funktionalität angepasst. Somit sind viele verschieden funktionale Umrichter herstellbar unter Verwendung weniger Komponenten.
Das Gehäuse, umfassend Gehäuseteile 2, umgibt die Komponenten, wie Module und dergleichen, in hoher Schutzart, weist also eine hohe Dichtheit gegen von außen auftretendes Wasser und/oder Staub auf.
Mittels des modularen Aufbaus sind einzelne Module vorfertigbar und der Umrichter ist in vielen Varianten schnell herstellbar – abhängig vom jeweiligen Fertigungsauftrag. Es ist also eine hohe Varianz mit wenigen im Lager zu bevorratenden Teilen erreicht. Beispielsweise ist ein erstes Gleichrichtermodul für das europäische und ein zweites für das US-amerikanische Stromnetz vorgesehen und je nach Auftrag auswählbar.
Erfindungsgemäß sind somit elektromechanische Schnittstellen für das Verbinden der Module vorgesehen. Die jeweiligen Module sind nur am vorgesehenen Ort, also auch nur über die vorgesehene Schnittstelle im zugehörigen Raumbereich 3, verbindbar.
Die Schnittstelle ist mechanisch derart starr und stabil ausgeführt, dass Schwingungen bedampft werden. Hierzu sind bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel schwingungsdämpfende Mittel zwischen dem Modul und der tragenden Komponente und/oder einem Gehäuseteil vorgesehen.
Als Module sind auch Zubehörteile, wie Netzdrossel 31, Netzfilter 32, Ausgangsdrossel, Ausgangsfilter, Netzteile, Schütz, Netzschütz, handbedienbarer Leistungsschalter mit den Umrichterkomponenten zusammen im Umrichtergehäuse integriert. Vorteilig ist nun, dass die Zubehörteile im Umrichter vorgesehen sind. Der Umrichter wird also samt seiner Zubehörteile als ein Gerät lieferbar und installierbar. Somit ist eine übersichtliche Einheit vorgesehen, bei der die Zugehörigkeit von Zubehörteilen zum Umrichter leicht und schnell sowie fehlerfrei erkennbar ist.
Bei Ausführung des Umrichtergehäuses in hoher Schutzart ist sogar ein Schaltschrank entbehrlich.
Bei dem erfindungsgemäßen Umrichter ist auch bei der Herstellung eine Vorverdrahtung ermöglicht. Dies bedeutet, dass Kabel in einem Kabelkanal oder mittels Kabelführelementen im Umrichter verlegt und befestigt sind, aber ein zugehöriges Modul, wie Zubehörteil nicht eingebaut ist, beispielsweise ein Ausgangsfilter oder ein Netzfilter.
Wird nun nach Inbetriebnahme des Umrichters festgestellt, dass dieses Modul zusätzlich notwendig ist, wird dieses nachträglich einbaubar, ohne dass im Schaltschrank oder in der Anlage eine Änderung vorzunehmen ist.
Im Umrichter ist eine Schnittstelle vorgesehen zum optionalen Einbau eines Netzteils, das eine 24 Volt-Versorgung zur Verfügung stellbar macht, falls eine Zuführung einer solchen 24 Volt-Versorgung von außen nicht gewünscht ist oder unterstützt werden soll. Dieses Netzteil wird selbst an das Drehstromnetz angeschlossen, das selbst auch mit einem Netzfilter, Netzdrossel und/oder mit dem Eingangsgleichrichter oder dem rückspeisefähigen Wechselrichtermodul verbunden ist.
Für den Einbau des Zubehörteils handbedienbarer Leistungsschalter ist in einem der Gehäuseteile 2 ein Bereich vorgesehen, der schnell und einfach herausbrechbar ist, insbesondere eine Sollbruchstelle, um den Leistungsschalter in diesem Bereich anzumontieren, insbesondere lösbar zu verbinden.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird statt des netzversorgten Gleichrichters ein Wechselrichtermodul eingesetzt, also ein Modul, bei welchem jeder Diode ein Leistungsschalter parallel beschaltet ist, so dass eine Rückspeisung von Energie aus dem Zwischenkreis ins Netz ermöglicht wird, insbesondere eine sinusförmige Rückspeisung. Die Ansteuerleitungen der Leistungsschalter im Wechselrichtermodul werden mit dem Steuerungsmodul verbunden. Dies erfolgt vorzugsweise drahtgebunden, ist aber auch berührungslos oder mittels Lichtleiter oder Glasfaserverbindung ausführbar.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die tragenden Komponenten 1 für eine Wandmontage statt für das Aufstellen am Boden ausgeführt.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind abhängig von der Wahl der Zubehörteile, welche im Umrichtergehäuse unterzubringen sind, verschieden große Gehäuseteile vorsehbar. Somit ist im Lager ein Baukasten von Gehäusen und Stromschienen bevorratbar, so dass je nach Bedarf der gewünschte Umrichter hergestellt wird.

1: tragende Komponente
2: Gehäuseteil
3: Raumbereich für Zubehörteil
4: Umrichterkomponenten
31: Netzdrossel
32: Netzfilter
41: Einsteckkarte
42: Steuerteil

Claims

Umrichter, umfassend ein mindestens Gehäuseteile umfassendes Gehäuse, wobei die Gehäuseteile an tragende Komponenten des Umrichters lösbar verbunden sind, wobei Umrichterkomponenten ebenfalls an den tragenden Komponenten lösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass Zubehörteile vom Gehäuse umfasst sind.
Umrichter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zubehörteile zumindest eine Netzdrossel, ein Netzfilter, eine Ausgangsdrossel, ein Ausgangsfilter, Netzteile, ein Schütz, ein Netzschütz und/oder ein handbedienbarer Leistungsschalter vorgesehen ist.
Umrichter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse in hoher Schutzart ausgeführt ist, insbesondere wasserdicht, spritzwasserdicht und/oder staubdicht.
Umrichter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umrichterkomponente ein Gleichrichter, ein Wechselrichter, eine Zwischenkreiskapazität, und/oder ein Leistungsschalter für Abführen generatorischer Energie aus dem Zwischenkreis an einen Bremswiderstand vorgesehen ist.
Umrichter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Komponenten derart ausgeführt sind, dass eine Wandmontage oder ein Aufstellen auf den Boden ausführbar ist.
Umrichter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteile als Module ausgeführt sind, insbesondere als vorkomplettierte Module, die vor dem Einbau als Einheit lagerbar und transportierbar und nach Einbau in den Umrichter betriebsfähig sind.
Umrichter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteile an den tragenden Komponenten elektrisch und/oder mechanisch lösbar verbunden sind, insbesondere mittels eines Steckverbinders, welcher mechanisch mit den tragenden Komponenten verbunden sind und elektrisch mit weiteren Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteilen verbunden ist
Umrichter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Verbindung Starkstromschienen vorgesehen sind, an welche Umrichterkomponenten und/oder Zubehörteile zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung verschraubt werden.
Verfahren zur Herstellung verschiedener Umrichter, wobei Gehäuseteile eines jeweiligen Gehäuses des Umrichters an tragende Komponenten des Umrichters lösbar verbunden werden, wobei Umrichterkomponenten ebenfalls an den tragenden Komponenten lösbar verbunden werden, wobei tragende Komponenten, Umrichterkomponenten und Gehäuse jedes Umrichters gleich ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise – bei einer ersten Variante zumindest ein erstes Zubehörteil an die tragenden Komponenten lösbar verbunden wird, – bei einer zweiten Variante zumindest ein zweites Zubehörteil an die tragenden Komponenten lösbar verbunden wird, wobei erstes und zweites Zubehörteil verschieden sind.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zubehörteil nicht vorhanden ist, so dass die zweite Variante keine Zubehörteile aufweist.
Verfahren zur Herstellung verschiedener Umrichter, wobei Gehäuseteile eines jeweiligen Gehäuses des Umrichters an tragende Komponenten des Umrichters lösbar verbunden werden, wobei Umrichterkomponenten ebenfalls an den tragenden Komponenten lösbar verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass für eine jeweilige Umrichter-Variante eine zugehörige Menge an Zubehörteilen ausgewählt wird, wobei die Menge die zugehörigen tragenden Komponenten, zugehörigen Stromschienen zur Versorgung der Zubehörteile und zugehörigen Gehäuseteile umfasst, wobei die Zubehörteile an die tragenden Komponenten lösbar verbunden werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromverschienung in den jeweiligen Varianten unterschiedlich ausgeführt ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Variante die Gehäuseteile größer sind als in einer zweiten Variante.