DE2710432B2

DE2710432B2 - Gehäuse für eine elektrische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2710432B2
Application number: DE2710432A
Authority: DE
Inventors: Kjeld Soenderborg Lehmann; Arne Vilhelm Riisager Nordborg Rasmussen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1979-05-23
Also published as: US4241380A; DK78678A; DE2710432A1; GB1598032A; DK144050C; DE2710432C3; SE7802518L; SE426347B; DK144050B

Description

Die Erfindung bezieht, sich auf 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 Barriere zwei thermisch leitfähige, einen von dem Kühlmittel durchströmbaren Zwischenraum zwischen sich begrenzende Wände aufweist und die verlustreichen Bauteile in dem einen Gehäuseraum und die verlustarmen Bauteile in dem anderen Gehäuseraum montierbar sind.

Bei einem bekannten Gehäuse dieser Art (DE-GbmS 70 03 178) können in dem Kühlmittel, das durch den Zwischenraum zwischen den Begrenzungswänden strömt, thermisch bedingte Wirbel auftreten, weil die unterschiedliche Erwärmung der Begrenzungswände ein Geschwindigkeitsgefälle quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels bewirkt Die Folge ist, daß der Zwischenraum einen hohen Strömungswiderstand aufweist der die Kühlung beeinträchtigt

Ein anderes bekanntes Gehäuse (DE-OS 25 30 157) ist ebenfalls durch zwei Begrenzungswände in zwei die verlustarmen Bauteile einerseits und die verlustreichen Bauteile andererseits aufnehmende Gehäuseräume und einen Zwischenraum unterteilt Der Zwischenraum ist jedoch nach außen hin abgeschlossen, so daß kein Kühlmittel durch diesen Zwischenraum hindurchgeleitet werden kann. Die Begrenzungswände weisen außerdem Durchb-üche auf, so daß die Gefahr eines Temperaturausgleichs durch Konvektion zwischen den Gehäuseräumen besteht

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

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zwischenraum durch eine sich in Längsrichtung der Begrenzungswände erstreckende ebene Platte unterteilt ist

Bei dieser Ausbildung bewirkt die ebene Platte zwischen den Begrenzungswände" eine Trennung der unterschiedlich erwärmten Kühlmittelschichten im Zwischenraum, so daß thermisch bedingte Wirbelbildungen des Kühlmittels zwischen den Begrenzungswänden weitgehend unterbunden sind. Das Kühlmittel kann in beiden Teilbereichen des Zwischenraums weitgehend laminar und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit entsprechend der jeweiligen Temperatur praktisch unbehindert strömen. Entsprechend wirksam ist die Kühlung. Wenn die ebene Platte aus wärmeleitendem Material hergeste/lt ist, bewirkt sie eine Vergrößerung der Oberfläche der Begrenzungswände. Die Wärme wird noch schneller aus dem Zwischenraum nach außen weggeführt. Wenn der Raum zwischen den Begrenzungswänden oben und unten ins Freie mündet, entsteht aufgrund der Erwärmung der Luft im Zwischenraum über die Begrenzungswände ein Schornsteineffekt im Zwischenraum, durch den die erwärmte Luft oben aus dem Zwischenraum abgeführt und kalte Luft unten angesaugt wird. Hierbei kommt man ohne Gebläse oder dergl. für die Aufrechterhaltung eines Kühlmittelstroms im Zwischenraum aus. Sodann ergibt sich der weitere Vorteil, daß die mittlere Platte zur Versteifung der thermischen Barriere beiträgt, so daß diese weitgehend selbsttragend ausgebildet werden kann, um gegebenenfalls die die Gehäuseräume begrenzenden Gehäuseteile daran montieren zu können.

Wenn wenigstens einige verlustreiche Bauteile mit einer der Begrenzungswände in wärmeleitender Berührung stehen, können die so montierten Bauteile noch

besser gekühlt werden. Sodann verstärkt eine stärkere Beheizung der Begrenzungswände den Schornsteineffekt

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Begrenzungswände vertikal nebeneinander verlaufende Vertiefun- gen aufweisen, die den Zwischenraum in mehrere Kanäle unterteilen. Auf diese Weise erhält man eine Vergrößerung der Oberfläche der Begrenzungswände, so daß sie dli Wärme besser in den Zwischenraum abgeben können. Gleichzeitig wird auch der Kühlmittelstrom in dem Zwischenraum in mehrere Ströme unterteilt, so daß der Ausbildung von Wirbeln im Kühlmittelstrom entgegengewirkt wird, die eine Erwärmung der kühleren Begrenzungswand auf Seiten der verlustarmen Bauteile durch das an der wärmeren Begrenzungswand erwärmte Kühlmittel bewirken könnten. Darüber hinaus erhöhen diese Vertiefungen die mechanische Festigkeit der Begrenzungswände.

Die Vertiefungen aufweisenden Begrenzungswände können sodann zwischen den beiden, die Gehäuseräume nach außen abgrenzenden Gehäuseieiie einspannbar sein. Hierbei ergeben sich auch zu den Seiten hin offene Luftzutrittsschlitze, durch die die Umgebungsbft 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.

Bei Ausbildung der Außenwände der Gehäuseräume mit Kühlrippen ist es günstig, wenn die Tiefe der jo Vertiefungen etwa gleich der Teilung der Kühlrippen und der Umriß der Begrenzungswände und Zwischenplatte entsprechend dem Umriß der äußeren Gehäuseteile in der Ebene der Begrenzungswände bzw. der Zwischenplatte gewählt ist Dies hat den Vorteil, daß die v> äußeren Ränder der Begrenzungswände und der Zwischenplatte gleichzeitig wie Kühlrippen wirken.

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

Eine besonders einfache Art der Anbringung der Spanner kann dann darin bestehen, daß sie auf -ti Kühlrippen der äußeren Gehäuseteil 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 Verschiußfedern zu lösen, um den einen oder anderen Gehäuseteil oder beide zu öffnen, da die Gehäuseteile v, 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 m> 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 Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

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

Fig.2 eine Seitenansicht der einen Begrenzungswand,

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der F i g. 1 und

Fig.4 die Seitenansicht des Ausschnitts nach Fig. 3.

Das Gehäuse weist nach Fig. 1 zwei etwa gleiche schalenartige äußere Gehäuseteile 1 und 2 aus Metall auf. Der vordere Gehäuseteil 1 qrenzt 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. Kondensatorf . 7 oder hochohmiger Widerstände S eines Sieuerteiis einer elektrischen Schaltungsanordnung, und der Gehäuseraum 4 der Aufnahme wärmeverlustreicher Bauteile eines Leistungsteils der Schaltungsanordnung, z. B. 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 Begrenzungswände 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 1 und 2 vorgesehenen Kühlrippen 14. Zwischen den Begren-ZL· .gswänden 5 und 6 ist eine ebene Platte 15 aus Metall angeordnet Die Begrenzungswände 5, 6 und die Zwischenplatte 15 sind im Bereich dsr Vertiefungen 13 verbunden, z. B. vernietet oder verschweißt. Die Böden der Vertiefungen 13 und die Zwischenpiatte 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 mehrere vertikale Kanäle 17 unterteilten Zwischenraum aus, der ober ιυκί unten sowie an den Seiten ins Freie mündet. Die seitliche Verbindung ins Freie ergibt sich um die oberen und unteren Ränder der Vertiefungen 13 herum, da die Vertiefungen 13 von den oberen und unteren Rändern der Begrenzungswände 5 und 6 enden, vgl. insbesondere F i g. 2.

An den öffnur.^srändern 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 Fig.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 22 und 24. Die AuBenteile 22 und 24 haben einen vertikal durchgehenden Schlitz 25, der auf eine Kühlrippe 14 paßt, und sind an Kühlrippen 14 mittels Schrauben oder Nieten 26 befestigt. Die Begrenzungswände 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 20 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

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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 Mittelteils 23 eingreifen. Gleichzeitig sichern die Aussparungen 32 und 33 (siehe F i g. 2) der Begrenzungswände 5 und 6 die Gelenkbolzen 30 und 31 gegen eine axiale Verschie bung.

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

in Seiten der Begrenzungswand 5 vermischt werden, aber dennoch beide Wärmequellen, die stärkeren im Gehäuseraum 4 und die schwächeren im Gehäuseraum 3, zürn thermischen Auftrieb in den Kanälen 17 beitragen. Sollte dennoch eine Überhitzung in einem

ι-, oder beiden Gehäuseräumen auftreten, z.B. aufgrund eines Kurzschlusses, brauchen lediglich die aus Kunststoff klammerartig ausgebildeten Verschlußfedern 21 abgezogen und der Gehäuseteil 1 und/oder 2 um die

werden, um das Gehäuse zu öffnen, wobei sich gegebenenfalls gleichzeitig die ineinandergesteckten Teile 36 und 37 (Fig. I) 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.

Abw; iidlungen vom dargestellten Ausführungsbeispiel liegen im Rahmen der Erfindung. So können die Begrenzungswände unter Einhaltung eines Abstands voneinander auch eben ausgebilde. sein. Anstelle zweier Scharniere 20 kann nur ein Scharnier verwendet werden.

Ebenso genügt gegebenenfalls nur eine Verschlußfeder. Die mit Wärmeverlusten behafteten Bauteile können alle unmittelbar an den Begrenzungswänden angebracht sein. Die Kanäle 17 können in den Kühlmittelkreislauf eines Kühlaggregats einschaltbar ausgebildet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Barriere zwei thermisch leitfähige, einen von dem Kühlmittel durchströmbaren Zwischenraum zwischen sich begrenzende Wände aufweist und die ι ο verlustreichen Bauteile in dem einen Gehäuseraum und die verlustarmen Bauteile in dem anderen Gehäuseraum montierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (17) durch eine sich in Längsrichtung der Begrenzungswände (5,6) erstreckende ebene Platte (15) unterteilt ist

Z Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige verlustreiche Bauteile (10) liiil einer der Begrenzungswände (6) in wärmeleitender Berührung stehen.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände (5, 6) vertikal nebeneinander verlaufende Vertiefungen

(13) aufweisen, die den Zwischenraum (17) in mehrere Kanäle unterteilen.

4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13) aufweisenden Begrenzungswände (S, 6) zwischen den beiden äußeren, die Gehäuseräume (3, 4) nach außen abgrenzenden Gehäuseteilen (1, 2) einspannbar sind.

5. Gehäuse nach (/en Ansprüchen 3 oder 4, bei dem die Außenwände dev Gehäuseräume Kühlrippen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefungen (13) etwa gleich der Teilung der Kühlrippen (14) und der Umriß der Begrenzungswände (5, 6) und Zwischenplatte (15) entsprechend dem Umriß der äußeren Gehäuseteile (1,2) in der Ebene der Begrenzungswände (5, 6) bzw. Zwischenplatte (15) gewählt ist.

6. Gehäuse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Gehäuseteile (1,2) durch sie verbindende Spanner (20,21) gegen die Begrenzungswände (5,6) angedrückt sind.

7. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanner (20, 21) auf Kühlrippen

(14) der äußeren Gehäuseteile (1,2) aufsteckbar sind.

8. Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Spanner (21) w> als Verschlußfeder und die übrigen Spanner (20) als die äußeren Gehäuseteile (1, 2) und die Begrenzungswände (5, 6) gelenkig verbindende Scharniere ausgebildet sind.

9. Gehäuse nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch v> 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 m> äußeren Gehäuseteile (1, 2) anschließbaren Außenteilen (22,24) aufweist.