DE2632978C2

DE2632978C2 - Kühlanordnung für rohrförmige wärmeabgebende elektrische Bauelemente

Info

Publication number: DE2632978C2
Application number: DE19762632978
Authority: DE
Inventors: Hans Ing.(grad.) 6805 Heddesheim Zink
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1976-07-22
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1982-07-29
Also published as: DE2632978A1; CH617032A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für rohrförmige wärmeabgebende elektrische Bauelemente mit Anschlüssen an ihren Stirnseiten, insbesondere elektrische Widerstände, bei der das Bauelement in einem gut wärmeleitenden Hohlkörper angeordnet ist dessen Hohlraum den gleichen Querschnitt und die gleiche Form wie das rohrförmige Bauelement aufweist und dessen Außenform einen vieleckigen Querschnitt aufweist und bei der die Längsachsen des Bauelements und des Hohlkörpers zusammenfallen. Eine solche Anordnung ist z. B. aus der DE-OS 24 53 658 bekannt

Bei dem oben erwähnten bekannten elektrischen Bauelement ist der Widerstand von einer Zwischenschicht aus Metall umgeben, die wiederum in dem Kühlkörper eingebettet ist

Andere bekannte rohrförmige elektrische Widerstände weisen ein Keramikrohr auf, auf welches ein Widerstandsdraht aufgewickelt ist, welcher durch eine gut wärmeleitende Isolierschicht abgedeckt ist

Widerstände dieser und der oben beschriebenen Art werden zum Teil in größeren Stückzahlen in elektrischen Steuerungen oder Regeleinrichtungen eingebaut Bei gedrängtem Aufbau der Steuerung führt die Verlustwärme der stromdurchflossenen Widerstände zu einer Erhöhung der Betriebstemperatur der gesamten ίο Steuerung, die unter Umständen gegen zu starke Erwärmung empfindliche Bauelemente, wie z. B. Wicklungen von Übertragern, Drosseln, Transformatoren sowie Thyristoren, Transistoren, Kondensatoren und dergl. enthält Zur Abführung der Verlustwärme aus diesen Widerständen ist eine Kühlung durch natürliche oder zwangsbewegte Luft oder auch mittels einer isolierenden Flüssigkeit bekannt Bei der letzteren müssen die Widerstände dabei bei den derzeit bekannten Einrichtungen z. B. in einen von einer Isolierflüssigkeit durchströmten Behälter eingesetzt werden. Für jede der Widerstandsableitungen ist dabei eine besondere Durchführung durch den Kühlbehälter erforderlich.

Es handelt sich hier um ganz spezielle Widerstände, die nur in kleinen Stückzahlen hergestellt werden und dementsprechend teuer sind

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Kühlanordnung für rohrförmige wärmeabgebende elektrische Bauelemente mit Anschlüssen an ihren Stirnseiten, insbesondere elektrische Widerstände zu schaffen, bei welcher handelsübliche rohrförmige elektrische Bauelemente vorgesehen werden können, und wobei keine isolierende Kühlflüssigkeit erforderlich ist, sondern gewöhnliches Wasser als Kühlmittel verwendbar ist, bei welcher fernerhin die zahlreichen Durchführungen durch das Kühlmittelgehäuse für die verschiedenen Anschlüsse der Wiederstände vermieden werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei der eingangs erwähnten Anordnung erfindungsgemäß darin, daß der Querschnitt der Außenform des wärmeleitenden Hohlkörpers dreieckförmig oder trapezförmig ausgebildet und in an seine Außenkonturen angepaßte parallel zueinander verlaufende von Seitenwänden begrenzte Ausnehmungen eines Kühlkörpers mit mindestens ²I₃ seiner Oberfläche an den Seitenwänden anliegend eingelegt ist, dessen den Ausnehmungen abgewandte Flächen der Seitenwände mit dem Kühlmittel in Berührung stehen, und der in einer tich quer zur Längsachse der Ausnehmungen erstreckenden Schnittebene mäanderförmig verläuft.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jeweils zwei der mäanderförmigen Kühlkörper so gegeneinander mit ihren Ausnehmungen versetzt zueinander angeordnet sind, daß jeweils zwischen beiden Kühlkörpern ein ebenfalls mäanderförmiger Hohlraum annähernd überall gleichen Querschnittes entsteht, der von einem Kühlmittel durchflossen ist Bei dieser Ausführungsform ergibt sich durch die aufeinanderfolgenden Richtungsänderungen des Kühlmittelstromes eine besonders intensive Kühlwirkung.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die dem Zwischenraum abgewandeten Flächen der Kühlkörper und der Hohlkörper von einer Isolierplatte überdeckt sind, so daß praktisch keine Wärme an die Umgebung abgegeben wird, die Verlustwärme der rohrförmigen Bauelemente also praktisch völlig durch die Kühlflüssigkeit abgeführt

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen den Hohlkörpern und der Außenfläche des rohrförmigen Bauelementes ein elektrisch isolierender, gut wärmeleitender Stoff angeordnet ist Diese Isolierschicht gestattet es, den Kühlkörper aus einem elektrisch leitenden Stoff, z. B. einem Metall herzustellen.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der Kühlkörper aus einem einstückigen, z. B. im Feingußverfahren hergestellten Metallteil bes*eht

In den Isolierkörper können die Klemmen für den Anschluß der Ableitungen des rohrförmigen Bauelementes eingesetzt sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i z. 1 einen Querschnitt eines Hohlkörpers mit eingebautem rohrförmigen Bauelement

F i g. 2 einen Schnitt durch die F i g. 1 mit im Querschnitt dreieckförmigem wärmeleitendem Hohlkörper,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Fig. 1 mit im Querschnitt trapezförmigen Hohlkörper und

Fig.4 einen Längsschnitt durch die Gesamtanordnung mit eingebauten rohrförmigen Bauelementen.

In der Zeichnung ist mit 1 das rohrförmige Bauelement bezeichnet, das im Ausführungsbeispiel ein als auf einem Keramikkörper aufgewickelten Drahtwendel ausgebildeter Widerstand ist, bei welchem die Anschlüsse 11 an den Stirnseiten angeordnet sind. Der Widerstand ist in einen gut wärmeleitenden Hohlkörper 2 eingesteckt, wobei zwischen dem Hohlkörper 2 und dem Drahtwendel des rohrförmigen Bauelementes 1 ein gut wärmeleitendes isolierendes Material 6 angeordnet ist das z. B. aus einem hochtemperaturfesten Isolierharz besteht. Der Hohlkörper 2 hat im Querschnitt eine dreieckige (F i g. 2) bzw. trapezförmige (F i g. 3) Form.

Diese Hohlkörper 2 sind in Ausnehmungen 31 von Kühlkörpern 3 eingelegt welche die gleiche Form wie die Hohlkörper 2 aufweisen. Die Kühlkörper 3 sind im Längsschnitt mäanderförmig geformt. Dabei stehen sich jeweils zwei dieser Kühlkörper so gegenüber, daß die die Ausnehmungen 31 aufweisenden Partien des einen Kuhlkörpers 3 in breitere Ausnehmungen des anderen Kühlkörpers 3 hineinragen, woniit zwischen beiden Kühlkörpern 3 ein im Längsschnitt mäanderförmiger Hohlraum 4 entsteht, der von einem Kühlmittel durchflossen ist

Die dem Kühlkanal abgewandten Flächen 33 der Kühlkörper und die Hohlkörper 2 sind mit einem Isolierkörper 5 überdeckt welcher eine besonders niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist und so ein Abfließen von Wärme nach außen verhindert Die für die Verbindung der Kühlkörper 3 mit dem Isolierkörper 5 vorgesehenen Verschraubungen bzw. sonstige Verbindungselemente sind in den Zeichnungen nicht dargestellt. Durch diese Verschraubungen werden die Hohlkörper 2 in die Ausnehmungen 31 des Kühlkörpers hineingepreßt wodurch sich ein guter Wärmeübergang vom Hohlkörper 2 zum Kühlkörper 3 und von dort zu der Kühlflüssigkeit einstellt Zwischen den aufeinanderfolgenden Hohlkörpern 2 ist zwischen dem Kühlkörper 3 und dem Isolierkörper 5 ein Luftspalt vorgesehen.

Mittels dieser Einrichtung lassen sich eine größere Anzahl von rohrförmigen Bauelementen 1 zusammenfassen, bei denen eine gute Wärmeabfuhr sichergestellt ist und wobei nur gering:Jiiige Wärmemengen naci.

außen dringen können.

Die Anschlüsse der Widerstände 1 enden bei der r F i g. 4 dargestellten Anordnung in Flachsteckern <..
Klemmen 7.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Anordnung ist speziell für den Einsatz bei leistungsstarken flüssigkeitsgekühlten Wechselrichtern mit einer große Anzahl von Beschaltungswiderständen vorteilhaft an wendbar, wo es nicht zulässig ist, Wärme an die Umgebung abzugeben, weil der Wechselrichter in einem abgeschlossenen, nicht belüfteten Schrank untergebracht ist. Die von den Widerständen an das Schrankinnere abgegebene Leistung würde bei fehlender Fremdkühlung das Temperaturniveau aller übrigen Bauelemente so hoch anheben, daß eine wirtschaftliche Ausnutzung nicht mehr möglich wäre. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird so ein ökonomischer Betrieb sichergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlanordnung für rohrförmige wärmeabgebende elektrische Bauelemente mit Anschlüssen an ihren Stirnseiten, insbesondere elektrische Widerstände, bei der das Bauelement in einem gut wärmeleitenden Hohlkörper angeordnet ist, dessen Hohlraum den gleichen Querschnitt und die gleiche Form wie das rohrförmige Bauelement aufweist, und dessen Außenform einen vieleckigen Querschnitt aufweist und bei der die Längsachsen des Bauelements und des Hohlkörpers zusammen fallen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Außenform des wärmeleitenden Hohlkörpers (2) dreieckförmig oder trapezförmig ausgebildet und in an seine Außenkonturen angepaßte parallel zueinander verlaufende, von Seitenwänden begrenzte Ausnehmungen (31) eines Kühlkörpers (3) mit mindestens ²I₃ seiner Oberfläche an den Seitenwänden anliegend eingelegt ist, dessen den Ausnehmungen (31) abgewandte Flächen (32) der Seitenwände mit dem Kühlmittel in Berührung stehen, und der in einer sich quer zur Längsachse der Ausnehmungen (31) erstreckenden Schnittebene mäanderförmig verläuft

2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei der mäanderförmigen Kühlkörper (3) so gegeneinander mit ihren Ausnehmungen (31) versetzt zueinander angeordnet sind, daß jeweils zwischen beiden Kühlkörpern (3) ein ebenfalls mäanderförmiger Zwischenraum (4) annähernd überall gleichen Querschnittes entsteht, der von einem Kühlmittel durchflossen ist

3. Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zwischenraum (4) abgewandten Flächen (33) der Kühlkörper (3) und der Hohlkörper (2) von einer Isolierplatte (5) überdeckt sind.

4. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den Hohlkörpern (2) und der Außenfläche des rohrförmigen Bauelements (1) ein elektrisch isolierender, gut wärmeleitender Stoff (6) angeordnet ist

5. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (3) aus einem einstückigen, z. B. im Feingußverfahren hergestellten Metallteil besteht