DE19915836A1 - Modular housing system for control and power electronics has hood together with power module and control module, in which supply terminals are connectable to each other via pluggable electrical connectors - Google Patents
Modular housing system for control and power electronics has hood together with power module and control module, in which supply terminals are connectable to each other via pluggable electrical connectorsInfo
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Abstract
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.The invention relates to a plastic housing system for installation electrical and electronic modules for high electrical outputs and / or large switching currents. Essentially, these devices are for Control of motors. Examples include: start-up control gen, power rectifier, frequency converter, semiconductor switch Etc.
In den Schriften EP 0 631 463 B1 und EP 0 506 288 B1 sind derartige Anwendungen und Bauarten noch genauer beschrieben.Such documents are in the documents EP 0 631 463 B1 and EP 0 506 288 B1 Applications and types described in more detail.
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. The prior art, as in the above-mentioned writings wrote, but leaves only a small with regard to the device structure Recognize modularity. As a result, on the one hand, they are relatively complex Steps necessary to manufacture the devices and device variants to create, on the other hand, economic service options difficult, so that only the replacement of the complete Device remains and no consideration for the ecological handling of the Resources can be taken.
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.The invention is therefore based on the object of a housing system create that has an advantageous modularity, and thus a easy variation and expandability, as well as an easy exchange Ability of the functional elements allowed, and in this context further improvement in the ratio of construction volume to performance set of the terminal is made possible.
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)
KühlkörperAccording to the solution to the problem according to the invention, the devices mentioned at the beginning are divided into functional modules.
These are essentially:
Housing parts
Terminals
Control electronics
Power electronics (frame with connection elements)
Heatsink
Im folgenden ist die Neuerung detailliert beschrieben und wird anhand beispielhafter Zeichnungen noch verdeutlicht. Es zeigen:In the following the innovation is described in detail and is based on exemplary drawings made clear. Show it:
Fig. 1 eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Gehäusesystems Fig. 1 is an exploded view of a housing system according to the invention
Fig. 2 zusammengesetztes Gehäusesystem aus Fig. 1 Fig. 2 composite housing system of Fig. 1
Fig. 3 eine kleinste Gerätebauart, basierend auf dem erfindungsgemäßen Gehäusesystem Fig. 3 shows a smallest device type, based on the housing system according to the invention
Fig. 4 einen erweiterten Geräteaufbau, mittels erfindungsgemäßem Gehäusesystem Fig. 4 shows an expanded device structure, by means of the housing system according to the invention
Fig. 5 eine weitere Gerätevariante mit innenliegendem Kühlkörper Fig. 5 shows another device variant with an internal heat sink
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.Compared to the prior art, the housing according to the invention enables system the construction of the devices mentioned at the outset without complex strands wiring. The modular structure also favors the flexible Combine device functions as well as economical creation of device variants.
Wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, sind die einzelnen Module ohne Lösen von Lötverbindungen zerlegbar. Sie sind ausschließlich durch Steck- und Schraubverbindungen gehalten.As shown by way of example in FIG. 1, the individual modules can be dismantled without loosening solder connections. They are held only by plug and screw connections.
Die Gehäusehaube (1) fungiert als tragendes Bauteil für alle anderen Module und dient zur Befestigung des Gerätes bei der Installation.The housing cover ( 1 ) acts as a load-bearing component for all other modules and is used to fasten the device during 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.The heart of the housing system is the power module ( 4 ). The power module ( 4 ) consists of an insulating frame ( 45 ) which carries the solid connecting wires ( 41 ), ( 42 ). Inserted in the Isolierstoffrah men is the cooling plate ( 44 ), which closes the insulating frame on one side and thus forms a flat, trough-like component. The heat sink ( 44 ) is also the carrier of the semiconductor components.
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.Due to the inventive design, the side surface of the Iso lierstoffrahmens ( 45 ) by the cooling plate ( 44 ) is used to a maximum, where is advantageously solved by the essential task, namely the removal of the heat loss me.
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.On the large-area cooling plate ( 44 ), the power semiconductors can now also be applied in an advantageous, flat design, so that because of the large heat transfer cross-sections, the heat loss from the semiconductors can be dissipated as quickly as possible.
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.Through an opening ( 12 ) in the side wall of the hood ( 1 ), depending on the version of the device, the heat sink ( 5 ) by means of fastening screws ( 53 ) at the fastening points ( 47 ) of the power module ( 4 ) can be attached. This results in direct contact of the heat sink surface ( 54 ) with the heat sink ( 44 ), which ensures optimally adapted heat dissipation.
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.About the flat power semiconductors within the Iso lierstoffrahmens, similar to "guitar strings", the connecting wires ( 41 ) for the control stretched. The control connections of the semiconductors can thus be connected to the connecting wires ( 41 ) of the power module ( 4 ) at a freely selectable location within the frame. The connecting wires ( 41 ) are angled at least at one end in an L-shape and are inserted into the insulating frame ( 45 ) in such a way that a pluggable electrical connection can be made to the control module ( 3 ).
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). The connecting wires ( 42 ) required for the power transmission are embedded in the outside of the insulating frame. Each Rahmensei te carries a maximum of 3 connecting wires ( 42 ) with a preferably circular cross-section. The wire ends ( 42 a), ( 42 b) are flattened. Suitable shaping of the connecting wires ( 42 ) ensures that the flattened ends ( 42 a) can be guided through the corresponding openings ( 46 ) in the frame wall into the interior of the power module ( 4 ). There they form the electrical connection points to the power connections of the corresponding semiconductor elements ( 43 ).
Zum Abgriff von elektrischen Größen für das Steuermodul (3), körnen die abgeflachten Drahtenden (42a) außerdem mit weiteren massiven An schlußdrähten versehen werden.For tapping electrical quantities for the control module ( 3 ), the flattened wire ends ( 42 a) can also be provided with further massive connection wires.
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.In the preferred design, the power module ( 4 ) is cast with a hardenable insulating resin, resulting in a compact, mechanically stable and very effectively electrically insulated module. In the advantageous embodiment, the height of the cast resin filling is selected so that the control module ( 3 ) can also be inserted into the insulating frame ( 45 ) parallel to the plane of the cooling plate.
Das Steuermodul (3) ist vorzugsweise eine Leiterplatte in bekannter Ausführung. Je nach aufgebrachter Schaltung, lassen sich dadurch un terschiedliche Gerätefunktionen realisieren.The control module ( 3 ) is preferably a printed circuit board in a known design. Depending on the circuit applied, different device functions can be implemented.
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.The pluggable electrical connection to the power module ( 4 ) form sleeves ( 31 ) which are placed in the control module ( 3 ) so that they contact the L-shaped angled ends of the connecting wires ( 41 a) of the power module ( 4 ) detachably.
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.The electrical connection to the control periphery of the device is formed by the control terminals ( 22 ). They are arranged on the control module ( 3 ) so that they are accessible from the front of the device, whereby a large insulation distance from the power module ( 4 ) and its connections is achieved.
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. In order to be able to properly connect the two modules ( 3 ) and ( 4 ), both the control terminals ( 22 ) mentioned above and the flattened ends of the connecting wires ( 42 b) are to be equipped with insulating terminal bodies ( 23 ).
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.The flattened ends of the connecting wires ( 42 b) are therefore shaped so that the terminal body ( 23 ) can be plugged in and thus the complete power terminal ( 21 ) is formed.
Mit dem Klemmenkörper (24) werden die Steuerklemmen (22) umschlossen und gleichzeitig wird die komplette Gerätefront gebildet.The control terminals ( 22 ) are enclosed with the terminal body ( 24 ) and at the same time the complete device front is formed.
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.If it requires the power conversion of the device that the heat generated must be dissipated faster and more effectively, the modular housing system according to the invention offers the possibility of screwing the heat sink to ( 5 ) the large cooling plate ( 44 ) of the power module ( 4 ).
Je nach Leistungsumsatz können verschiedene Größen von Kühlkörpern eingesetzt werden.Depending on the power conversion, different sizes of heat sinks can be used be used.
Zum Schutz vor unbeabsichtigter Berührung des während des Betriebs er wärmten Kühlkörpers (5), ist dessen Front mit der Abdeckplatte (51) versehen.To protect against accidental contact with the heat sink ( 5 ), which is heated during operation, its front is provided with the cover plate ( 51 ).
Fig. 2 zeigt beispielhaft die eben beschriebenen Module des neuen Ge häusesystems in zusammengesetzter Form. Fig. 2 shows an example of the modules of the new Ge housing system just described in composite form.
Weitere Figuren zeigen die Variierbarkeit der Bauformen, die aufgrund des erfindungsgemäßen, modularen Gehäusesystems einfach und für jeden Anwendungsfall optimal realisierbar sind.Other figures show the variability of the designs due to of the modular housing system according to the invention simple and for everyone Application can be optimally realized.
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. For example, Fig. 3 represents the smallest type of device without a heat sink ( 5 ). This eliminates the side opening ( 12 ) in this embodiment, whereby the hood ( 1 ) is completely closed. If no control terminals are necessary due to the simple device function, the terminal body ( 24 ) is replaced by the front panel ( 26 ).
Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Geräteausführungen, die auf ein fachste Weise durch das modulare Gehäusesystem realisiert werden kön nen.NEN Figs. 4 and 5 show further embodiments of devices that are implemented in a simplest manner by the modular housing system Kgs.
Beispielhaft ist die Größe des Kühlkörpers (5) mit Abdeckplatte (51) in Fig. 4 an einen erhöhten Leistungsumsatz angepaßt.As an example, the size of the heat sink ( 5 ) with cover plate ( 51 ) in FIG. 4 is adapted to an increased power conversion.
Ebenso kann bei Bedarf zusätzlicher Funktionen das Steuermodul (3) er weitert werden. Für eine größere Anzahl von Steueranschlüssen ist dann der Steuerklemmenblock (25) montierbar.The control module ( 3 ) can also be expanded if additional functions are required. The control terminal block ( 25 ) can then be mounted for a larger number of control connections.
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. If it allows the implemented power loss, or if it requires a uniform design, Fig. 5 shows an embodiment with the heat sink inside. The necessary convection is ensured by cooling slots ( 11 ) in the top and bottom of the hood. A terminal cover ( 52 ) in combination with the front cover ( 26 ) then fulfills the requirement for a uniform design.
11
Haube
Hood
1111
Kühlschlitze
Cooling slots
1212th
seitliche Öffnung der Haube
side opening of the hood
22nd
Klemmen
Clamps
2121
Leistungsklemmen
Power terminals
2222
Steuerklemmen
Control terminals
2323
Klemmenkörper
Terminal body
2424th
Klemmenkörper
Terminal body
2525th
Steuerklemmblock
Control terminal block
2626
Frontblende
Front panel
33rd
Steuermodul
Control module
3131
Hülse
Sleeve
44th
Leistungsmodul
Power module
4141
Anschlußdraht
Connecting wire
4141
a Ende des Anschlußdrahtes
a end of the connecting wire
4242
Anschlußdraht
Connecting wire
4242
a Ende des Anschlußdrahtes
a end of the connecting wire
4242
b Ende des Anschlußdrahtes
b End of the connecting wire
4343
Leistungshalbleiter
Power semiconductors
4444
Kühlblech
Heat sink
4545
Isolierstoffrahmen
Insulating frame
4646
Öffnungen in der Rahmenwand
Openings in the frame wall
4747
Befestigungspunkt
Attachment point
55
Kühlkörper
Heatsink
5151
Abdeckplatte
Cover plate
5252
Klemmenblende
Terminal cover
5353
Befestigungsschrauben
Mounting screws
5454
Kühlkörperfläche
Heat sink area
Claims (11)
- - 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.
- - A housing hood ( 1 );
- - an insertable into the housing hood (1) power module (4) for receiving power devices (43);
- - A control module ( 3 ) for controlling the power components ( 43 ) of the power module;
- - The control module ( 3 ), the power module ( 4 ) and the associated terminals ( 21 and 22 ) are connected to each other by means of pluggable electrical contacts.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8136 | Disposal/non-payment of the fee for publication/grant | ||
8170 | Reinstatement of the former position | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R071 | Expiry of right |