DE202017102004U1 - Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte - Google Patents

Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte Download PDF

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Abstract

Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte, wobei der Umrichter (100) ein Gehäuse (102) aufweist, in dem ein Drosselmodul (100) untergebracht ist, wobei das Gehäuse (102) beidseitig jeweils mit mehreren Einlass- und Auslasslöchern (103, 104) versehen ist, und wobei ein Lüfter (105) auf einer Seite des Gehäuses (102) angeordnet ist und somit atmosphärische Luft durch die Einlasslöcher (103) in das Gehäuse (102) einleitet und durch die Auslasslöcher (104) ausleitet, wobei das Drosselmodul (100) Folgendes aufweist: einen Befestigungshalter (10), der horizontal abstandsmäßig mit einer unteren und einer oberen Platte (11, 12) versehen ist, wobei die untere Platte (11) am Boden des Gehäuses (102) befestigt ist, und wobei die obere Platte (12) über der unteren Platte (11) befindet und über mehrere vertikale Arretierschienen (15) mit der unteren Platte (11, 12) verbunden ist, und wobei ein Aufnahmeraum (16) zwischen der oberen und der unteren Platte (12, 11) ausgebildet ist, und wobei die obere und die untere Platte (12, 11) jeweils mit mindestens eine Durchgangsbohrung (17) versehen sind; und mindestens eine Drossel (20), die schräg im Aufnahmeraum (16) des Befestigungshalters (10) untergebracht ist, derart, dass ein Oberabschnitt (22) und ein Unterabschnitt (23) der Drossel (20) gegen die Durchgangsbohrungen (17) der oberen und der unteren Platte (12, 11) anliegt; wobei die Drossel (20) während des Betriebs des Umrichters (101) Wärme erzeugt, die durch die Auslasslöcher (104) des Gehäuses (102) nach außen abgeleitet wird, indem atmosphärische Luft mit Hilfe des Lüfters (105) über die Einlasslöcher (103) ins Gehäuse (102) eintritt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zubehör eines Umrichters, insbesondere ein Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte.
  • Umrichter finden eine umfangreiche Anwendung in der Industrie und in Servogeräten und werden normalerweise über ein Gestell in ein Gehäuse eingebaut. In den meisten Betrieben werden Umrichter und Servogeräte zur besseren Überwachung in einem Maschinenraum untergebracht, welche rund um die Uhr laufen. Aus diesem Grund ist Wärmeableitung der Umrichter umso wichtiger.
  • Zum einfacheren Management sowie zum Raumeinsparen werden meistens Standardgehäuse zur Unterbringung der gestellten Umrichter verwendet, welche eine Breite von 19 Zoll und eine Höhe von üblicherweise 1U, 2U bzw. 3U aufweisen (1U = 1,75 Zolle = 44,45 mm). Bei gleicher Leistung brauchen Umrichter auf Grund ihrer inneren Bauelemente wie Leistungsschalter, Energiespeicher, Filterelement sowie Überwachungs- und Steuerelement einen großen Raum zur Wärmeabgabe. Aus diesem Grund werden meistens Gehäuse mit einer Höhe von über 3U benutzt.
  • Um die Baugröße von Gehäuse zu reduzieren, werden Gehäuse niedriger als 2U eingesetzt. Jedoch kann Abwärme nicht effektiv abgeleitet werden. Der Grund liegt darin, dass der entsprechende Umrichter mehrere Drosseln und mehrere Leistungstransistoren aufweist. In so einem in der Höhe begrenzten Raum werden Drosseln meistens horizontal eingerichtet, derart, dass sich die Abwärme unten an Drosseln sammelt. Die Leistungstransistoren und andere elektronische Bauelemente werden gleichzeitig vertikal an der Leiterplatte angebracht, wodurch die vom Lüfter erzeugte Luftströmung so gesperrt ist, dass eine effektive Wärmeableitung ausgeschlossen wird. Auf diese Weise sammelt sich die Abwärme an Leistungstransistoren und Drosseln des entsprechenden Umrichters, was schließlich zum Stillstand, zu Funktionsstörungen sowie zur Beschädigung des Umrichters führen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte zu schaffen, das durch einfache Maßnahmen die oben genannten Nachteile vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte bereitgestellt, wobei der Umrichter ein Gehäuse aufweist, in dem das Drosselmodul untergebracht ist, wobei das Gehäuse beidseitig jeweils mit mehreren Einlass- und Auslasslöchern sowie einem Lüfter versehen ist. Außerdem weist das Drosselmodul einen Befestigungshalter und mindestens eine schräg im Aufnahmeraum des Befestigungshalters untergebrachte Drossel auf. Während des Betriebs des Umrichters erzeugt die Drossel Wärme, die durch die Auslasslöcher des Gehäuses nach außen abgeleitet wird, indem atmosphärische Luft mit Hilfe des Lüfters über die Einlasslöcher ins Gehäuse eintritt. Damit ist eine optimale Wärmeableitung bei einem kleineren Gehäuse mit zum Beispiel einer Höhe von 2U gewährleistet.
  • Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen AC/DC-Umrichters;
  • 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen AC/DC-Umrichters;
  • 3 eine perspektivische Darstellung der Teilkonstruktion des erfindungsgemäßen AC/DC-Umrichters, wobei das Drosselmodul im Gehäuse untergebracht ist; und
  • 4 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen AC/DC-Umrichter, wobei der Weg zum Wärmeableiten gezeigt ist.
  • In 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes Drosselmodul 100 eines AC/DC-Umrichters 101 zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte dargestellt. Der Umrichter 101 ist mit einem Gehäuse 102 versehen, in dem das Drosselmodul 100 untergebracht ist. Das Gehäuse 102 ist beidseitig jeweils mit einer Vielzahl von Einlass- und Auslasslöchern 103, 104 versehen. Auf einer Seite des Gehäuses 102 ist ein Lüfter 105 vorgesehen. Unter Zuhilfenahme des Lüfters 105 tritt die atmosphärische Luft über Einlasslöcher 103 in Gehäuse 102 ein und über Auslasslöcher 104 wieder aus dem Gehäuse 102 aus. Das Drosselmodul 100 weist einen Befestigungshalter 10 und mindestens eine Drossel 20 auf, welche im Folgenden näher zu erläutern sind.
  • Der Befestigungshalter 10 ist horizontal abstandsmäßig mit einer unteren und einer oberen Platte 11, 12 versehen. Die untere Platte 11 ist am Boden des Gehäuses 102 befestigt, indem die untere Platte 11 des Befestigungshalters 10 durch mehrere Stützzapfen 13 mit dem Boden des Gehäuses 102 verbindet. Zwischen der unteren Platte 11 des Befestigungshalters 10 und dem Gehäuse 102 ergibt sich somit ein Spalt 14. Die obere Platte 12 befindet sich über der unteren Platte 11. Über mehrere vertikale Arretierschienen 15 sind die obere und untere Platte 11, 12 miteinander verbunden. Zwischen der oberen und der unteren Platte 12, 11 ist ein Aufnahmeraum 16 ausgebildet. Die obere und die untere Platte 12, 11 sind jeweils mit zwei Durchgangsbohrungen 17 versehen, die rechteckig ausgeführt sind. Um die Durchgangsbohrungen 17 der oberen und der unteren Platte 12, 11 des Befestigungshalters 10 sind mehrere Befestigungsbohrungen 18 vorgesehen.
  • Dem Ausführungsbeispiel gemäß ist das Drosselmodul 100 mit zwei Drosseln 20 versehen, die jeweils eine Durchgangsbohrung 21 aufweisen. Die beiden Drosseln 20 werden schräg und versetzt im Aufnahmeraum 16 des Befestigungshalters 10 untergebracht. Die Drosseln 20 und die Durchgangsbohrungen 21 sind zu Auslasslöchern 104 des Gehäuses 102 von unten nach oben schief gerichtet, derart, dass der Oberabschnitt 22 und der Unterabschnitt 23 der Drossel 20 jeweils gegen die Durchgangsbohrungen 17 der oberen Platte 12 und die Durchgangsbohrungen 17 der unteren Platte 11 drücken. Mit Hilfe einiger Kabelbinder 24 können die Drosseln 20 über die Befestigungsbohrungen 18 an der oberen und der unteren Platte 12, 11 befestigt werden.
  • Bezug nehmend auf 3 erzeugen die Drosseln 20 während des Betriebs des Umrichters 101 Wärme, die anschließend an die Umgebung der Drosseln 20 abgegeben wird. Unter Zuhilfenahme des Lüfters 105 wird die atmosphärische Luft über die Einlasslöcher 103 des Gehäuses 102 in das Gehäuse 12 eingeleitet, um die Drosseln 20 abzukühlen. Durch die Luftströmungen wird die Abwärme durch die Auslasslöcher 104 des Gehäuses 102 an die Atmosphäre abgeleitet, wodurch eine schnellere Wärmeableitung erzielt werden kann.
  • Aus 3 ist ersichtlich, dass mehrere Befestigungsbohrungen 18 um die Durchgangsbohrungen 17 der oberen und der unteren Platte 12, 11 vorgesehen sind. Der Oberabschnitt 22 und der Unterabschnitt 23 der Drosseln 20 drücken jeweils gegen die Durchgangsbohrungen 17 der oberen und der unteren Platte 12, 11 und werden somit arretiert. Mit dem Kabelbinder 24 werden die Drosseln 20 über die Befestigungsbohrungen 18 an der oberen und der unteren Platte 12, 11 befestigt. Auf diese Weise werden die Drosseln 20 stabil und schräg in den Aufnahmeraum 16 des Befestigungshalters 10 eingebaut.
  • Hinsichtlich 3 weist das Drosselmodul 100 zwei Drosseln 20 auf, die versetzt im Aufnahmeraum 16 des Befestigungshalters 10 untergebracht werden. Durch die versetzte Anordnung wird die Wetterseite der Drossel 20 vergrößert. Sollten Luftströmungen zum Abkühlen der Drosseln 20 durch den Lüfter 105 erzeugt, stehen die Drosseln 20 einander nicht im Wege, wodurch eine optimale Wärmeableitung gewährleistet wird.
  • Wie in 4 gezeigt, verbindet die untere Platte 11 des Befestigungshalters 10 über die Stützzapfen 13 mit dem Boden des Gehäuses 12. Zwischen der unteren Platte 11 des Befestigungshalters 10 und dem Gehäuse 102 wird somit ein Spalt 14 ausgebildet, um einen Weg zur reibungslosen Wärmeableitung unten an den Drosseln 20 zu bilden. Die Drosseln 20 und die Durchgangsbohrungen 21 sind zu den Auslasslöchern 104 des Gehäuses 102 von unten nach oben schräg gerichtet angeordnet. Die Luftströmungen der mittels des Lüfters 105 eingeführten atmosphärischen Luft können somit leicht durch die Durchgangsbohrungen 21 der Drosseln 20 unter die Drosseln 20 abgeleitet werden. Im Vergleich zu herkömmlichen horizontal angebrachten Umrichtern werden die Wege zur Wärmeableitung nicht durch die Drosseln 20 gesperrt, wenn das Drosselmodul 100 in einem Gehäuse mit begrenzter Höhe (weniger als 2U) untergebracht ist. Auf diese Weise sammelt sich die Abwärme nicht leicht unter den Drosseln 20, derart, dass der Umrichter 101 nicht durch Hitze beschädigt wird. Die durch das Drosselmodul 100 erzeugte Abwärme kann der Erfindung gemäß somit effektiv abgeleitet werden, sogar in einem Gehäuse mit einer begrenzten Höhe von 2U.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Drosselmodul
    101
    Umrichter
    102
    Gehäuse
    103
    Einlassloch
    104
    Auslassloch
    105
    Lüfter
    10
    Befestigungshalter
    11
    untere Platte
    12
    obere Platte
    13
    Stützzapfen
    14
    Spalt
    15
    Arretierschiene
    16
    Aufnahmeraum
    17
    Durchgangsbohrung
    18
    Befestigungsbohrung
    20
    Drossel
    21
    Durchgangsbohrung
    22
    Oberabschnitt
    23
    Unterabschnitt
    24
    Kabelbinder

Claims (6)

  1. Drosselmodul eines AC/DC-Umrichters zur Umwandlung von DC-Strömen mit einer hohen Leistungsdichte, wobei der Umrichter (100) ein Gehäuse (102) aufweist, in dem ein Drosselmodul (100) untergebracht ist, wobei das Gehäuse (102) beidseitig jeweils mit mehreren Einlass- und Auslasslöchern (103, 104) versehen ist, und wobei ein Lüfter (105) auf einer Seite des Gehäuses (102) angeordnet ist und somit atmosphärische Luft durch die Einlasslöcher (103) in das Gehäuse (102) einleitet und durch die Auslasslöcher (104) ausleitet, wobei das Drosselmodul (100) Folgendes aufweist: einen Befestigungshalter (10), der horizontal abstandsmäßig mit einer unteren und einer oberen Platte (11, 12) versehen ist, wobei die untere Platte (11) am Boden des Gehäuses (102) befestigt ist, und wobei die obere Platte (12) über der unteren Platte (11) befindet und über mehrere vertikale Arretierschienen (15) mit der unteren Platte (11, 12) verbunden ist, und wobei ein Aufnahmeraum (16) zwischen der oberen und der unteren Platte (12, 11) ausgebildet ist, und wobei die obere und die untere Platte (12, 11) jeweils mit mindestens eine Durchgangsbohrung (17) versehen sind; und mindestens eine Drossel (20), die schräg im Aufnahmeraum (16) des Befestigungshalters (10) untergebracht ist, derart, dass ein Oberabschnitt (22) und ein Unterabschnitt (23) der Drossel (20) gegen die Durchgangsbohrungen (17) der oberen und der unteren Platte (12, 11) anliegt; wobei die Drossel (20) während des Betriebs des Umrichters (101) Wärme erzeugt, die durch die Auslasslöcher (104) des Gehäuses (102) nach außen abgeleitet wird, indem atmosphärische Luft mit Hilfe des Lüfters (105) über die Einlasslöcher (103) ins Gehäuse (102) eintritt.
  2. Drosselmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselmodul (100) zwei Drosseln (20) aufweist, die versetzt im Aufnahmeraum (16) angeordnet sind.
  3. Drosselmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (17) der oberen und der unteren Platte (12, 11) rechteckig ausgeführt sind.
  4. Drosselmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (20) eine Durchgangsbohrung (21) aufweist, wobei die Durchgangsbohrung (21) und die Drossel (20) im Gehäuse (102) in Richtung der Auslasslöcher (104) von unten nach oben schräg angeordnet sind.
  5. Drosselmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Platte (11) des Befestigungshalters (10) durch mehrere Stützzapfen (13) am Boden des Gehäuses (102) so befestigt ist, dass sich zwischen der unteren Platte (11) des Befestigungshalters (10) und dem Gehäuse (102) ein Spalt (14) ergibt.
  6. Drosselmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Befestigungsbohrungen (18) um die Durchgangsbohrungen (17) der oberen und der unteren Platte (12, 11) des Befestigungshalters (10) vorgesehen sind, wobei mit Hilfe von Kabelbindern (24) die Drosseln (20) über die Befestigungsbohrungen (18) an der oberen und der unteren Platte (12, 11) befestigt werden können.
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