DE2710432A1

DE2710432A1 - Gehaeuse fuer eine elektrische schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2710432A1
Application number: DE19772710432
Authority: DE
Inventors: Kjeld Lehmann; Arne Vilhelm Riisage Rasmussen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1978-09-14
Also published as: US4241380A; DK144050C; SE7802518L; SE426347B; DK78678A; DE2710432C3; DE2710432B2; GB1598032A; DK144050B

Description

Gehäuse für eine elektrische Schaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft ein in einem Kühlmittel, wie Luft, angeordnetes Gehäuse für eine elektrische Schaltungsanordnung aus Bauteilen mit hohen und niedrigen Wärmeverlusten, mit zwei gegenseitig durch eine thermische Barriere isolierten Gehäuseräumen, wobei die verlustreichen Bauteile in dera einen Gehäuseraum und die verlustarmen Bauteile in dem anderen Gehäuseraum montierbar sind.

Bei einem bekannten Gehäuse dieser Art sind die beiden außen durch die Umgebungsluft gekühlten Gehäuseräume durch eine Wand aus Isolierstoff getrennt. Die verlustreichen an einer Montagewand befestigten Bauteile, wie Trockengleichrichter, werden durch ein im selben Raum angeordnetes Gebläse gekühlt, das Frischluft über Öffnungen im Gehäuseoberteil ansaugt und die erwärmte Luft durch Öffnungen im Gehäuseunterteil hinausdrückt. Die mit geringerer Verlustleistung behafteten Bauteile sind im Abstand zur Isolierstoff-Wand in einem abgeschlossenen Gehäuseraum an einer Montagewand befestigt.

Da die Kühlung der verlustreichen Bauteile durch die an den Wänden entlangstreichende Umgebungsluft nicht ausreicht, ist im zugehörigen Gehäuseraum eine Zwangsluftströmung mit einem in den Räumen eingebauten Gebläse erforderlich. Hierdurch wird dieser Gehäuseraum verhältnismäßig groß. Auch stellt der Gebläsemotor eine zusätzliche, den Kühlbedarf des Raumes erhöhende Wärmequelle dar.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse der genannten Art anzugeben, das ohne Zwangskühlung innerhalb der Gehäuseräume eine ausreichende Kühlung aller Bauteile sicherstellt.

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Barriere zwei thermisch leitfähige, einen von dem Kühlmittel durchströmbaren Raum zwischen sich begrenzenden Wänden aufweist»

Bei dieser Ausbildung des Gehäuses stellt der Raum zwischen den Begrenzungswänden einen zusätzlichen KUhlmittelkanal dar. Die Verlustwärme kann daher nicht nur über die Seitenwände des Gehäuses sondern auch über die Begrenzungswände abgeführt werden. Jeder der beiden Gehäuseräume wird daher auf allen vier Seiten vom Kühlmittel beaufschlagt. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem die verlustreichen Bauteile aufweisenden Raum lediglich durch Außenkühlung möglich ist. Hierbei wird die Wärmeübertragung von innen nach außen noch dadurch unterstützt, daß der zuletzt genannte Gehäuseraum verhältnismäßig klein gehalten werden kann, da er kein Gebläse aufnehmen muß. Der vom Kühlmittel durchströmte Raum zwischen den Begrenzungswänden wirkt auch als thermischer Isolator. Eine Isolierstoff-Wand kann daher entfallen.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der Raum zwischon den Begrenzungswänden oben und unten ins Freie mündet. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr einfache, aber intensive Luft kühlung. Aufgrund der Erwärmung der Luft im Zwischenraum durch die Begrenzungswände entsteht ein Schornsteineffekt in dem Zwischenraum, durch den die erwärmte Luft oben aus dem Zwischenraum abgeführt und kalte Luft unten angesaugt v/ird. Hierbei kommt man ohne Gebläse oder dergleichen für die Aufrechterhaltung eines KUhlmittelstroms im Zwischenraum aus.

Günstig ist es ferner, wenn wenigstens eine Begrenzungswand als: Montagewand für einen Teil der Bauteile dient. ;

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Auf diese Weise übernehmen die Begrenzungswände eine weitere Funktion. Außerdem können die so montierten Bauteile noch besser gekühlt werden. Eine stärkere Beheizung der Begrenzungswände verstärkt den Schornsteineffekt. Es empfiehlt sich daher besonders, daß wenigstens einige verlustreiche Bauteile mit einer der Begrenzungswände in wärmeleitender Berührung stehen.

Ferner ist es günstig, wenn die Außenwände der Gehäuseräume Kühlrippen aufweisen. Auf diese Weise wird die an die Außenwände übertragene Verlustwärme schneller an die Umgebung abgeführt. :

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Begrenzungswände vertikal nebeneinander verlaufende Vertiefungen aufweisen, die den , Zwischenraum in mehrere Kanäle unterteilen. Auf diese Weise erhält man eine Vergrößerung der Oberfläche der Begrenzungswände, so daß sie die Wärme besser in den Zwischenraum abgeben können. Gleichzeitig wird auch der KUhlmittelstrom in dem Zwischenraum in mehrer Ströme unterteilt, so daß der Ausbildung von Wirbeln im Kühlmittelstrom entgegengewirkt wird, die eine Erwärmung '

ι der kühleren Begrenzungswand auf Seiten der verlustarmen Bauteile* durch das an der wärmeren Begrenzungswand erwärmte Kühlmittel be-i wirken könnten. Darüber hinaus erhöhen diese Vertiefungen die mechanische Festigkeit der Begrenzungswände.

Vorzugsweise ist zwischen den Begrenzungswänden eine ebene Platte» angeordnet. Diese bewirkt eine weitere Trennung der unterschied]^ erwärmten Kühlmittelschichten im Hinblick auf die Ausbildung einer möglichst laminaren Kühlmittelströmung. Wenn sie aus , wärmeleitendem Material hergestellt ist, trägt sie ebenfalls , zur Vergrößerung der Oberfläche der Begrenzungswände bei. Gleich-i zeitig wird die Wärme schneller aus denjenigen Bereichen weggeführt, in denen die Begrenzungswände am dichtesten beieinanderliegen.

!Die Vertiefungen aufweisenden Begrenzungswände können sodann zwischen zwei äußeren, die Gehäuseräume nach außen abgrenzenden

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Gehäuseteile einspannbar sein. Hierbei ergeben sich auch zu den Seiten hin offene Luftzutrittsschlitze, durch die die Umgebungsluft um die Vertiefungen herum in den Zwischenraum eindringen kann. Dies führt zu einer noch besseren Kühlung im Vergleich zu einer Ausführung, bei der die Luft lediglich auf der Unterseite des Gehäuses in den Zwischenraum eintreten kann.

Außerdem kann die Tiefe der Vertiefungen.etwa gleich der Teilung der Kühlrippen und der Umriß der Begrenzungswände und Zwischenplatte entsprechend dem Umriß der äußeren Gehnuseteile in der Ebene der Begrenzungswände bzw. der Zwischenplatte gewählt sein. Dies hat den Vorteil, daß die äußeren Ränder der Begrenzungswände und der Zwischenplatte gleichzeitig wie Kühlrippen wirken.

Darüber hinaus sollten die einander zugekehrten Öffnungsränder der äußeren Gehäuseteile thermisch gegeneinander isoliert sein. Auf diese V/eise wird eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Gehäuseteilen durch Wärmeleitung verhindert. Insgesamt ergibt sich eine bessere thermische Isolierung der beiden Gehäuseräume und damit der verlustarmen gegenüber den höhere Wärmeverluste aufweisenden Bauteilen.

Diese thermische Isolierung der Öffnungsränder der Gehäuseteile kann eine umlaufende elastische Dichtung, vorzugsweise aus Gummi» elastischem Schaumstoff oder dergleichen, aufweisen. Diese Ausbildung der thermischen Isolierung verhindert gleichzeitig ein Eindringen von Staub und/oder Feuchtigkeit in die Gehäuseräume zwischen den Gehäuseteilen und den Rändern der Begrenzungswände hindurch.

Dabei können die beiden äußeren Gehäuseteile durch sie verbin dende Spanner gegen die Begrenzungswände angedrückt sein. Diese gewährleisten einen hinreichenden Zusammenhalt des Gehäuses und ermöglichen dennoch ein leichtes öffnen der Gehäuseteile, z. B. um einen Wärmestau bei überlastung zu verhindern.

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Eine besonders einfache Art der Anbringung der Spanner kann dann darin bestehen, daß sie auf Kühlrippen der äußeren Gehäuseteile aufsteckbar sind. Hierbei haben die Kühlrippen gleichzeitig die Funktion von Verschluß-bzw. Verbindungsteilen.

Sodann können ein oder mehrere Spanner als Verschlußfeder und die übrigen als die äußeren Gehäuseteile und die Begrenzungswände gelenkig verbindende Scharniere ausgebildet sein. Auf diese Weise genügt es, lediglich die Verschlußfeder oder Verschlußfedern zu lösen, um den einen oder anderen Gehäuseteil oder beide zu öffnen, da die Gehäuseteile sowohl untereinander als \ auch mit den Begrenzungswänden gelenkig verbunden sind. Dies hat den Vorteil, daß die Begrenzungswände ungehindert zugänglich sind.

Hierbei ist es weiter vorteilhaft, wenn das oder jedes Scharnier einen auf die Ränder der Begrenzungswände steckbaren und mit der Zwischenplatte durch eine Schraube verbindbaren Mittelteil mit daran angelenkten, an jeweils einem der beiden äußeren Gehäuseteile anschließbaren Außenteilen aufweist. Diese Ausbildung ermöglicht ein einfaches Auswechseln des Einbausatzes, der aus den miteinander verbundenen Begrenzungswänden und der Zwischenplatte sowie den daran befestigten Bauteilen besteht.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Horizontalquerschnittansicht A-A des geschlossenen Gehäuses mit eingebauten Teilen,

Fig. 2 eine Seitenansicht der einen Begrenzungswand, Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 und Fig. 4 die Seitenansicht des Ausschnitts nach Fig. 3.

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Das Gehäuse weist nach Fig. 1 zwei etwa gleiche schalenartige äußere Gehäuseteile 1 und 2 aus Metall auf. Der vordere Gehäuseteil 1 grenzt einen Raum 3 und der hintere Gehäuseteil 2 einen Raum 4 nach außen ab. Innen sind die beiden Gehäuseräume 3 und 4 durch zwei Begrenzungswände 5 und 6 aus Metall getrennt. Der Gehäuseraum 3 dient der Aufnahme wärmeverlustarmer Bauteile, z. B. Kondensatoren 7 oder hochohmiger Widerstände 8 eines Steuerteils einer elektrischen Schaltungsanordnung, und der Gehäuseraum 4 der Aufnahme wärmeverlustreicher Bauteile eines Leistungsteils der Schaltungsanordnung, ζ. Β. eines Transformators 9 oder Leistungs-Thyristors 10. Die verlustarmen Bauteile 7, 8 sind in der Nähe oder in Berührung mit der Begrenzungswand 5 auf einer gedruckten Schaltungsplatte 11 befestigt, die durch metallische Verbindungsstücke mit der Begrenzungswand 5 ! verbunden ist. Die Bauteile 9 und 10 sind ebenfalls auf einer gedruckten Schaltungsplatte 12, die mit der Begrenzungswand 6 über metallische Verbindungsstücke verbunden ist, in der Nähe oder unmittelbar an der Begrenzungswand 6 befestigt.

Die Begrenzungswande 5 und 6 weisen Vertiefungen 13 auf und sind so angeordnet, daß die Böden der Vertiefungen 13 einander zugekehrt sind. Die Tiefe der Vertiefungen 13 ist etwa gleich der Teilung (dem Abstand) von auf der Außenseite der Gehäuseteile und 2 vorgesehenen Kühlrippen 14. Zwischen den Begrenzungswänden 5 und 6 ist eine ebene Platte 15 aus Metall angeordnet. Die Begrenzungswände 5, 6 und die Zwischenplatte 15 sind im Bereich der Vertiefungen 13 verbunden, z. B. vernietet oder verschweißt. Die Böden der Vertiefungen 13 und die Zwischenplatte 15 sind mit durchgehenden Langlöchern 16 versehen, die weitgehend durch Leistungs-Bauteile, wie den Leistungs-Thyristor 10, verschlossen sind. Sie ermöglichen die Durchführung von Anschlüssen und Leitungen auf die eine oder andere Seite der Begrenzungswände 5 und 6.

Die Vertiefungen 13 bilden einen durch mehrer vertikale Kanäle 17 unterteilten Zwischenraum aus, der oben und unten sowie an ; den Saiten ins Freie mündet. Die seitliche Verbindung ins Freie |

ergibt sich um die oberen und unteren Ränder der Vertiefungen 13 herum, da die Vertiefungen 13 vor den oberen und unteren Rändern der Begrenzungswände 5 und 6 enden, vgl. insbesondere Fig. 2

An den Öffnungsrändern der Gehäuseteile 1 und 2 sind umlaufende, elastische Dichtungen 18 und 19, z. B. aus Gummi oder Kunstschaumstoff, eingesetzt, die sich an den Begrenzungswänden 5 und 6 anlegen.

Die Gehäuseteile 1 und 2 sind durch Spanner 20 und 21 aus Kunststoff zusammengehalten, die einerseits als Scharnier 20 und andererseits als Verschlußfeder 21 ausgebildet sind.

Die Figuren 3 und 4 zeigen einen Ausschnitt des Gehäuses mit einem Scharnier 20 in größerem Maßstab.

Ein Scharnier 20, von dem zwei vorgesehen sind, besteht aus einem Mittelteil 23 und zwei daran angelenkten Außenteilen und 24. Die Außenteile 22 und 24 haben einen vertikal durchgehenden Schlitz 25, der auf eine Kühlrippe 14 paßt, und sind an Klihlrippen 14 mittels Schrauben oder Nieten 26 befestigt. Die Bogrenzungswände 5 und 6 sind ferner durch einen U-förmigen Bügel 27 verbunden, der durch eine Aussparung in der Zwischenplatte 15 hindurchgeführt und mit seinen Schenkeln an den Begrenzungswänden 5 und 6 befestigt ist, z. B. durch Schrauben oder Nieten 28. Eine Kopfschraube 29, deren Kopf im Mittelteil 23 versenkt ist, durchsetzt den Mittelteil 23 des Scharniers und die Platte 15 in deren Ebene und ist in eine Gewindebohrung im Joch des Bügels 27 geschraubt. Das Joch des Bügels 27 hintergreift Schultern der Aussparung in der Platte 15, so daß der Bügel 27 nicht in der Ebene der Platte 15 verschiebbar ist. Die Scharnierteile 22, 23 und 24 sind durch zwei Gelenkbolzen 30 und 31 verbunden. Die Begrenzungswände 5 und 6 weisen ebenfalls Aussparungen 32 und 33 auf, mit denen sie, ebenso wie die Zwischenplatte 15, in seitliche, nicht durchgehende Schlitze 34 bzw. 35 des Mittelteile 23 eingreifen. Gleichzeitig sichern

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Ausspaningen 32 und 33 (siehe Fig. 2) der Begrenzungswände 5 [ und 6 die Gelenkbolzen 30 und 31 gegen eine axiale Verschiebung.

Die während des Betriebs entwickelte Wärme der Bauteile 7, 8, 9 und 10 wird durch Konvektion teilweise an die äußeren Gehäuseteile 1 und 2 sowie über diese an die Umgebungsluft zum großen Teil aber auch an die Begrenzungswände 5 und 6 übertragen, und zwar wegen ihrer unmittelbaren Nähe zu diesen und wegen der großen Oberfläche der Begrenzungswände. Ein großer Teil der Verlustwärme wird ferner unmittelbar in die Begrenzungswände 5 und 6 geleitet. Die dadurch bewirkte Erwärmung der Begrenzungswände 5 und 6 führt zu einer Erwärmung der Luft in dem durch die Kanäle 17 gebildeten Zwischenraum und damit zu einem Schornsteineffekt in dem Zwischenraum.

Auf diese Weise wird die erwärmte Luft in den Kanälen 17 schneller abgeführt und durch kühlere ersetzt. Die Zwischenplatte 15 sorgt einerseits für eine Vergrößerung der Oberfläche der Metallwände 5» 6 und andererseits für die Ausbildung einer weitgehend laminaren Luftströmung in den Kanälen 17» so daß die wärmeren Luftschichten auf Seiten der Begrenzungswand 6 nicht mit den weniger warmen Luftschichten auf Seiten der Begrenzungswand 5 vermischt werden, aber dennoch beide Wärmequellen, die stärkeren im Gehäuseraum 4 und die sclwächeren im Gehäuseraum 3, zum thermischen Auftrieb in den Kanälen 17 beitragen. Sollte dennoch eine überhitzung in einem oder beiden Gehäuseräumen auftreten, z. B. aufgrund eines Kurzschlusses, brauchen lediglich die aus Kunststoff klamraerartig ausgebildeten Verschlußfedern 21 abgezogen und der Gehäuseteil 1 und/oder 2 um die Gelenke der Scharniere 20 zur Seite geschwenkt werden, um das Gehäuse zu öffnen, wobei eich gegebenenfalls gleichzeitig die ineinandergesteckten Teile 36 und 37 (Fig. 1) einer mehrpoligen Leitungskupplung trennen. Gewünschtenfalls kann dann der gesamte Einbau, bestehend aus den verbundenen Montagewänden und den daran direkt oder indirekt befestigten Bauteilen durch einfaches Lösen der Schrauben 29 ausgewechselt werden.

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vom dargestellten Ausführungsbeispjel liegen im der Erfindung. So können die Begrenzungsv/ände unter

eines Abstands voneinander auch eben ausgebildet sein. Gewünschtenfalls kann die Zwischenplatte entfallen. Anstelle zweier Scharniere 20 kann nur ein Scharnier verwendet werden.

Ebenso genügt gegebenenfalls nur eine Verschlußfeder. Die mit ^nrne^rerluflten behafteten Bauteile können alle unmittelbar an den Begrenrsungs^nnden angebracht sein. Die Kanäle 17 können in den Kühlmittelkreislauf eines Kühl aggre gats einschaltbar ausgebildet sein.

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eerseite

Claims

Patentansprüche

1.JIn einem Kühlmittel, wie Luft, angeordnetes Gehäuse für eine elektrische Schaltungsanordnung aus Bauteilen mit hohen und niedrigen Wärmeverlusten, mit zwei gegenseitig durch eine thermische Barriere isolierten Crehäuseräumen, wobei die verlustreichen Bauteile in dem einen Gehäuseraum und die verlustarmen Bauteile in dem anderen Gehäuseraum montierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere zwei thermisch leitfähige, einen von dem Kühlmittel durchströmbaren Raum (17) zwischen sich begrenzenden 'iänden (5i 6) aufweist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (17) zwischen den Begrenzungswänden (5, 6) oben und unten ins Freie mündet.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Begrenzungswand (6) als Montagewand für einen Teil der Bauteile (10) dient.

4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige verlustreiche Bauteile (10) mit einer der Begrenzungswände (6) in wärmeleitender Berührung stehen.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände der Gehäuseräume Kühlrippen (14) aufweisen.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände (5, 6) vertikal nebeneinander verlaufende Vertiefungen (13) aufweisen, die den Zwischenraum (17) in mehrere Kanäle unterteilen.

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-ORIGINAL INSPECTED

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Begrenziingswänden (5, 6) eine

ebene Platte (15) angeordnet ist.

8. Gehäuse nach einem der Ar Sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13) aufweisenden Begrenzungswände (5, 6) zwischen zwei äußeren, die Gehäuseräume (3, 4) nach außen abgrenzenden Gehäuseteilen (1, 2) einspannbar sind.

9. Gehäuse nach den Ansprüchen 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefungen (13) etwa gleich der Teilung der Kühlrippen (14) und der Umriß der Begrenzungsv/ände (5, 6) und Zwischenplatte (15) entsprechend dem Unriß der äußeren Gehäuseteile (1, 2) in der Ebene der Begrenzungsv/ände (5, 6) bzw. Zwischenplatte (15) gewählt ist.

10. Gehäuse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Öffnungsränder der äußeren Gehäuseteile (1, 2) thermisch gegeneinander isoliert sind.

11. Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolierung der Öffnungsränder eine umlaufende elastische Dichtung (18, 19)., vorzugsweise aus Gummi, elastischem Schaumstoff oder dergleichen, aufweist.

12. Gehäuse nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Gehäuseteile (1, 2) durch sie verbindende Spanner (20, 21) gegen die Begrenzungswände (5, 6) angedrückt sind.

13. Gehäuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanner (20, 21) auf Kühlrippen (14) der äußeren Gehäuseteile (1, 2) aufsteckbar sind.

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14. Gehäuse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Spanner (21) als Verschlußfeder und die übrigen Spanner (20) als die äußeren Gehäuseteile (1, 2) und die Begrenzungswände (5, 6) gelenkig verbindende Scharniere ausgebildet sind.

15. Gehäuse nach den Ansprüchen 9 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Scharnier (20) einen auf die Ränder der Begrenzungswände (5, 6) steckbaren und mit der Zwischenplatte (15) durch eine Schraube (29) verbindbaren Mittelteil (23) mit daran angelenkten, an jeweils einem der beiden äußeren Gehäuseteile (1, 2) anschließbaren Außenteilen (22, 24) aufweist.

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