DE29504290U1

DE29504290U1 - Stromrichtermodul

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Publication number: DE29504290U1
Application number: DE29504290U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2005-03-14

Description

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Beschreibung

Stromrichtermodul

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromrichtermodul mit einem metallischen, allseitig geschlossenen Gehäuse, bestehend aus einem mehrseitig geöffneten Gehäuseteil und mehreren Abdeckungen, wobei in diesem Gehäuseteil Stromrichterventile angeordnet sind, die auf zwischen den Seitenwänden des Gehäuseteils angeordneten Spannverbänden aufgeteilt sind.

Ein derartiges Stromrichtermodul ist aus der WO 95/01088 bekannt. Beim dort beschriebenen Stromrichtermodul erfolgt die Kühlung der verlustbehafteten Bauelemente {Stromrichterventile sowie Beschaltungskomponenten) mittels Wasser. Das Gehäuse dient als tragendes Teil, als Montagerahmen für die Spannverbände und als Kühlkörper. Durch die Abdeckungen ist das Modul spritzwasser- und staubdicht gekapselt. Außerdem enthält dieses Gehäuse alle Bauteile für eine Stromrichterphase, so daß sich der Stromrichteraufbau, beispielsweise eines Traktionsumrichters, sehr vereinfacht. Dieses Gehäuseteil des bekannten Stromrichtermoduls ist als Gußteil, beispielsweise als Aluminiumgußteil, ausgeführt.

Mit den bisher verwendeten, aufwendig hergestellten Spannelementen ergaben sich folgende Probleme:

- Durch die Aufnahme der Führungsbolzen der Federpakete in den druckaufnehmenden Seitenwänden wird das Biegewider-Standsmoment trotz Verstärkung (Verrippung) der Peripherie der Bohrungen herabgesetzt. Die Folge sind hohe Spannungen im Bohrungsbereich.

- Als weitere Folge davon ist die Herstellung solcher Module sehr kostenintensiv.

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- Außerdem kann dieses Druckgußgehäuse nur einem oberen Spanndruck standhalten, so daß die Verwendung von noch leistungsstärkeren Stromrichterventilen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Stromrichtermodul derart weiterzugestalten, wodurch die aufgeführten Probleme nicht mehr auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Spannelemente der Spannverbände werden die aufgezeigten Probleme wie folgt gelöst:
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- Durch die Verwendung von Führungsbolzen und einstellbaren Fixiervorrichtungen müssen die druckaufnehmenden Seitenwände nicht mehr durchbohrt werden. Es reichen Zentrierbohrungen aus.

0 - Da keine Durchgangsbohrungen mehr in den druckaufnehmenden Seitenwänden sind, kann das Rippenbild geschlossen werden, wodurch sich das Biegewiderstandsmoment erheblich erhöht.

- Durch die ganzseitige Verrippung der Seitenwände und durch die Verwendung von vereinfachten Spannelementen kann der Spanndruck innerhalb der Spannverbände erhöht werden, so daß leistungsstärkere Stromrichterventile verwendet werden können.

- Durch die Vereinfachung der Spannelemente in Verbindung mit einer hydraulischen Montagehilfe vereinfacht sich die 0 Montage der Spannverbände erheblich, wodurch sich die Herstellungskosten senken.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Spannelemente sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist.

Figur 1 zeigt eine Rückansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuseteils eines Stromrichtermoduls, wobei die Figur 2 die zugehörige Seitenansicht von rechts darstellt, die

Figur 3 zeigt eine Rückansicht des Gehäuseteils eines bekannten Stromrichtermoduls, wobei in Figur 4 die zugehörige Seitenansicht von rechts dargestellt

ist, die
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Führungsbolzen zur Aufnahme eines Kraftspeichers, wobei in Figur 6 eine Ausführungsform eines Führungsbolzens einer einstellbaren Fixiervorrichtung dargestellt ist.

Zum besseren Verständnis der Neuerung wird zunächst das bekannte Stromrichtermodul gemäß den Figuren 3 und 4 beschrie-0 ben.

Die Figur 3 zeigt eine Rückansicht eines Gehäuseteils 2 eines bekannten Stromrichtermoduls. Von diesem Gehäuseteil 2 sind die beiden Seitenwände 4 und 6, eine Oberseite 8, eine Zugstrebe 10 und zwei Tragschienen 12 und 14 zu sehen. Die Seitenwand 4 bzw. 6 ist unterteilt in einen mit Rippen versehenen Bereich 16 und einen Bereich 18, der in Figur 4 nur zum Teil dargestellt ist. Im Bereich 16 der Seitenwand 6 sind die Aufnahmebohrungen 2 0 und 22 der zwei Spannverbände 24 und 2 6 0 zu erkennen. An der Unterseite 28 dieses Bereiches 6 ist die Zugstrebe 10 zur Aufnahme der Zugkraft aus den Spannverbänden 24 und 26 angebracht. Die Oberseite 8 des Bereiches 16 übernimmt in gleicher Weise wie die Strebe 10 Zugkräfte aus den Spannverbänden 24 und 26. Die Rippen 30 dieses Bereiches 16 5 haben die Aufgabe, die Druckkräfte der Spannverbände 2 4 und 26 auf diesen gesamten Bereich 16 zu verteilen und dienen zur Versteifung des Bereiches 16 der Seitenwand 4 bzw. 6. Die

Oberseite 8, die Seitenwände 4 und 6 und ein überwiegender Teil der nicht näher dargestellten Vorderseite bilden das Gehäuseteil 2, das beispielsweise als Aluminiumgußteil ausgeführt ist. Die Oberseite 8 des Gehäuseteils 2 ist außerdem beidseitig mit einer Tragschiene 12 bzw. 14 versehen, die zur Aufnahme von lösbaren Verbindungselementen mit Bohrungen versehen sind. Außerdem sind die Tragschienen 12 und 14 jeweils an einem Ende mit einer Zentriervorrichtung und an einem anderen Ende mit einer Arretiervorrichtung 32 versehen.

Wegen der Übersichtlichkeit sind von den Spannverbänden 24 und 26 nur die an den Enden vorhandenen Isolierstützer 34 und 36 dargestellt. Das heißt, der Spannverband 24 bzw. 2 6 beginnt und endet mit einem Isolierstützer 34 und 36. Dieser Isolierstützer 34 bzw. 36 ist für die Aufnahme von Druckkräften vorgesehen. Wie der Darstellung der Figur 3 zu entnehmen ist, besitzt der Isolierstützer 34 eine größere Dicke als der Isolierstützer 36. Der dickere Isolierstützer 34 markiert den Anfang des Spannverbandes 24 bzw. 2 6 und dient somit zur 0 Lagefestlegung des Spannverbandes 24 bzw. 2 6 innerhalb des Gehäuseteils 2 .

Der Spannverband 24 bzw. 2 6 besteht nicht nur aus dem nicht dargestellten Säulenverband von Leistungshalbleiterscheiben, Kühldosen und Isolierscheiben und den dargestellten Isolierstützern 3 4 und 36, sondern auch aus den Spannelementen Druckschraube 38, Gewindebuchse 40 und Kraftspeicher 42. Die Gewindebuchsen 40 stecken jeweils in Aufnahmebohrungen 2 0 und 22 in den Seitenwänden 4 und 6 des Gehäuseteils 2. Die Druckschrauben 38 werden von außen in die Gewindebuchsen 40 geschraubt. Zwischen der Innenwand 44 der Seitenwand 4 und der Gewindebuchse 4 ist der Kraftspeicher 42, der aus mehreren Tellerfedern 46 besteht, angeordnet.

Im folgenden wird die Montage dieses bekannten Spannverbandes 24 bzw. 26 erläutert:

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Bei der Montage beginnt man damit, daß in den Aufnahmebohrungen 2 0 und 22 in der Seitenwand 6 jeweils eine Gewindebuchse 40 gesteckt wird, in denen bereits jeweils eine Druckschraube 38 geschraubt ist. Auf den aus der Gewindebuchse 40 herausragenden Druckaufnahmezapfen 48 wird der Isolierstützer 34 gesteckt. Durch Drehen der Druckschraube 38 wird ein vorbestimmter Abstand zwischen Innenwand 50 der Seitenwand 6 und Isolierstützer 34 eingestellt. In der vorgeschriebenen Reihenfolge werden die Bauelemente des Säulenverbandes gestapelt. Am Ende der Säule wird wieder ein Isolierstützer 36 verwendet. Eine Gewindebuchse 40 mit bereits eingeschraubter Druckschraube 38, die mit mehreren Tellerfedern 46 versehen ist, steckt bereits in der Aufnahmebohrung 2 0 bzw. 22 der Seitenwand 4 des Gehäuses 2. Die Druckschraube 38 wird mittels eines Schraubendrehers von außen derart gedreht, daß sein Druckaufnahmezapfen 48 in einer Aufnahme des Isolierstützers 36 gelangt. Durch weiteres Drehen werden die Tellerfedern 46 zusammengedrückt, wodurch sich eine Spannkraft aufbaut. Diese Spannkraft gelangt über die Gewindebuchse 40, die Druckschraube 38 und den Isolierstützer 36 in den Säulenverband. Mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels wird die geforderte Spannkraft eingestellt.

Wie bereits eingangs genannt, weist diese Konstruktion einige Mangel auf, die dafür sorgen, daß eine obere zulässige Spannkraft im Säulenverband nicht überschritten werden kann. Somit entfällt die Verwendung von noch leistungsstärkeren Leistungshalbleiter-Ventilen. Außerdem können die druckaufnehmenden Seitenwände 4 und 6 in Folge der Schwächung durch die Durchgangsbohrungen 20 und 22 trotz Verstärkung (Verrippung) keine höheren Drücke mehr aufnehmen.

In der Figur 1 ist eine Rückansicht eines Gehäuseteils 2 eines erfindungsgemäßen Stromrichtermoduls dargestellt. Um 5 Wiederholungen zu vermeiden, beschränkt sich die folgende Beschreibung auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Spann

elemente der Spannverbände 24 und 26. Dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 3 versehen.

Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform gemäß Figur besteht darin, daß die Seitenwände 4 und 6 des Gehäuseteils zur Aufnahme von Spannelementen der Spannverbände 24 und 2 6 nicht mehr mit Durchgangsbohrungen 2 0 und 22 versehen sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, daß die Verrippung der Außenseite der Seitenwände 4 und 6 durchgehend ausgestaltet ist. Durch Schließen des Rippenbildes und dadurch, daß die Seitenwände 4 und 6 nicht mehr durch Bohrungen 2 0 und 22 geschwächt sind, erhöht sich das Biegewiderstandsmoment erheblich.

Anstelle der Gewindebuchse 40 mit Druckschraube 38 am Anfang des Spannverbandes 24 bzw. 26 wird nun eine einstellbare Fixiervorrichtung 52 verwendet. Diese einstellbare Fixiervorrichtung 52 besteht aus einem Führungsbolzen 54, einer Unterlegscheibe 56 und einer Stellmutter 58. Anstelle der Aufnahmebohrung 20 und 22 sind die Innenseiten 44 und 50 der Seitenwände 4 und 6 jeweils mit Zentrierbohrungen 60 und 62 versehen. Der Führungsbolzen 54 ist in Figur 6 näher dargestellt. Mit dem einen Ende, auch Druckaufnahmezapfen 48 genannt, des Führungsbolzens 54 steckt dieser in dem Isolierstützer 34 und mit seinem anderen Ende, auch Zentrierzapfen 64 genannt, in der Zentrierbohrung 60 bzw. 62. Mittels der Stellmutter 58 wird der vorgegebene Abstand zwischen Isolierstützer 34 und Innenwand 50 der Seitenwand 6 eingestellt. Durch die Ausgestaltung des Führungsbolzens 54 ist der Isolierstützer 34 identisch mit dem Isolierstützer 36 am Ende des Säulenverbandes.

Anstelle der Gewindebuchse 40 mit Druckschraube 38 und Kraftspeicher 42 wird ein Führungsbolzen 66 zur Aufnahme des Kraftspeichers 42 verwendet, der einerseits in einer Zentrierbohrung 60 bzw. 62 und andererseits in dem Isolier-

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stützer 3 6 steckt. Der Aufbau des Führungsbolzens 66 ist in Figur 5 näher dargestellt.

Im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 3 ist zu erkennen, daß sich die Spannelemente des Spannverbandes 24 bzw. wesentlich vereinfacht haben, so daß sich die Montage erheblich vereinfacht, woraus sich eine Kostensenkung bei der Herstellung ergibt. Da sich durch diese neue Konstruktion ebenfalls das Biegewiderstandsmoment wesentlich erhöht, können höhere Spanndrücke von den Seitenwänden 4 und 6 des Gehäuseteils 2 des Stromrichtermoduls aufgenommen werden. Somit kann ein Stromrichtermodul gefertigt werden, das eine höhere Leistung aufweist, da nun noch leistungsstärkere Halbleiterelemente verwendet werden können.

Im folgenden wird die Montage des Spannverbandes 24 bzw. 2 6 erläutert:

Bei der Montage beginnt man zunächst mit der Befestigung 0 einer Montagehilfe und mit dem Stecken des Führungsbolzens 66, der mehrere Tellerfedern 46 aufweist, in der Zentrierbohrung 60 bzw. 62. Mittels der Montagehilfe wird auf die gestapelten Tellerfedern 46 eine vorbestimmte Druckkraft (Spanndruck des Säulenverbandes) ausgeübt. Dieser aufgebrachte Spanndruck wird ebenfalls mit der Montagehilfe im Tellerfeder-Paket gespeichert. Nun wird der Säulenverband aufgebaut , in dem die Bauteile des Säulenverbandes in der vorgeschriebenen Reihenfolge aufeinandergestapelt werden. Der Stapel beginnt mit dem Isolierstützer 36 und endet mit dem Isolierstützer 34. Anschließend wird die vormontierte einstellbare Fixiervorrichtung 52 in die Zentrierbohrung 60 bzw. 62 gesteckt. Mit Hilfe der Stellmutter 58 wird diese Fixiervorrichtung 52 auf der Innenwand 50 der Seitenwand 6 fixiert und mittels des Führungsbolzens 54 festgezogen. Außerdem wird mittels der einstellbaren Fixiervorrichtung 52 der Abstand zwischen Isolierstützer 34 und Innenwand 50 der Seitenwand 6 eingestellt. Danach wird mit Hilfe der Montagehilfe der ge-

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speicherte Spanndruck in den Säulenverband eingeleitet. Danach kann die Montagehilfe abmontiert werden.

Nachdem die Spannverbände 24 und 2 6 montiert sind, kann der Spanndruck innerhalb des Säulenverbandes nicht mehr verändert werden, wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 3. Somit ist sichergestellt, daß nur berechtigte Monteure diese Montage durchführen können, wodurch die Zuverlässigkeit des Stromrichtermoduls gewährleistet ist.

Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform des Führungsbolzens zur Aufnahme eines Kraftspeichers 42. Dieser Führungsbolzen 66 weist an einem Ende einen Zentrierzapfen 64 und an dem anderen Ende einen Druckaufnahmezapfen 48 auf. Der Mittelteil weist eine umlaufende Schulter 68 auf, an der sich der aufgestapelte Kraftspeicher 42 abstützt. Der Durchmesser des Mittelteils dieses Führungsbolzens 66 ist auf die Bohrung der verwendeten Tellerfedern 46 abgestimmt. Ebenso ist die Dimensionierung der umlaufenden Schulter auf den einzuleitenden 0 Spanndruck abgestimmt.

Die Figur 6 zeigt den Führungsbolzen 54 der einstellbaren Fixiervorrichtung 52. Auch dieser Führungsbolzen 54 weist ebenfalls an einem Ende einen Zentrierzapfen 64 und am anderen Ende einen Druckaufnahmezapfen 48 auf. Der Mittelteil ist als Gewindebolzen ausgebildet. Dieser Gewindebolzen ist im Bereich des Druckaufnahmezapfens 48 mit einem Schlüsselansatz 70 versehen.

0 Wie diesen beiden Figuren 5 und 6 zu entnehmen ist, sind diese Führungsbolzen 66 und 54, die Teile des Spannverbandes 24 bzw. 26 sind, sehr einfach aufgebaut. Sie können maschinell aus einem zylinderförmigen Halbzeug hergestellt werden. Aus dem einfachen Aufbau resultiert auch eine einfache Montage. 35

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Stromrichtermoduls wird eine Erhöhung der Biegewiderstandsmomente der druckauf-

nehmenden Seitenwände 4 und 6 des Gehäuseteils 2, eine Verbesserung der technischen Sicherheit und eine Senkung der mechanischen Spannungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Spannkräfte für die Stromrichterventile erreicht.

Claims

&iacgr;&ogr; Schut zansprüche

1. Stromrichtermodul mit einem metallischen, allseitig geschlossenen Gehäuse, bestehend aus einem mehrseitig geöffneten Gehäuseteil (2) und mehreren Abdeckungen, wobei in diesem Gehäuseteil (2) Stromrichterventile angeordnet sind, die auf zwischen den Seitenwänden (4, 6) des Gehäuseteils (2) angeordneten Spannverbänden (24, 26) aufgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen-Seiten der Seitenwände (4, 6) durchgehend gerippt sind, daß die Innenseiten (44, 50) der Seitenwände {4, 6) zur Aufnahme der Spannverbände (24, 26) mit Zentrierbohrungen (60, 62) versehen sind und daß ein erstes Ende jedes Spannverbandes (24, 26) einen Führungsbolzen (66) zur Aufnahme eines Kraft-Speichers (42) und ein zweites Ende eine einstellbare Fixiervorrichtung (52) aufweisen.

2. Stromrichtermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die einstellbare Fixiervorrichtung (52) aus einem Führungsbolzen (54), einer Unterlegscheibe (56) und einer Stellmutter (58) besteht.

3. Stromrichtermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Führungsbolzen (52) an einem Ende einen Zentrierzapfen (64) und am anderen Ende einen Druckaufnahmezapfen (48) aufweist, wobei der Mittelteil als Gewindebolzen mit einem Schlüsselansatz (70) ausgestaltet ist.

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4. Stromrichtermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Führungsbolzen (66) zur Aufnahme des Kraftspeichers (42) an einem Ende einen Zentrierzapfen (48) aufweist, wobei der Mittelteil mit einer umlaufenden Schulter (68) versehen ist.

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5. Stromrichtermodul nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß als Kraftspeicher (42

mehrere Tellerfedern (46) vorgesehen sind.