DE3345668C2

DE3345668C2 - Anordnung zur direkten Siedekühlung von Leistungshalbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE3345668C2
Application number: DE3345668A
Authority: DE
Inventors: Kurt 1000 Berlin Hahn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1986-01-09
Also published as: IT8424036A0; ES8603233A1; AT391776B; ES538283A0; IT1178756B; ATA396584A; DE3345668A1; CH666142A5; TR22333A; IT8424036A1

Abstract

Zur direkten Siedekühlung werden Leistungshalbleiter (1) in einen als zylinderförmiger, einlagiger Metallbalg (18) ausgebildeten, die Siedekühlflüssigkeit enthaltenden Behälter eingeschoben, bei dem einer der vakuumdicht abschließenden, stirnseitigen Abschlußdeckel (8, 9) Durchführungen (5) für den elektrischen Anschluß der Leistungshalbleiter (1) aufweist. Eine derartige Anordnung soll montagefreundlich aufgebaut sein, und sie soll hohen dynamischen Beanspruchungen, wie sie z. B. auf einem Fahrzeug auftreten, genügen. Zu diesem Zweck sind die Leistungshalbleiter (1) mit zugehörigen Beschaltungselementen (12, 13, 14) als elektrisch vollständig verschaltete Einheit zwischen dem einen aus Metall bestehenden, die elektrischen Durchführungen (5) aufweisenden Abschlußdeckel (8) und einer sich an der Innenwand des Metallbalgs (18) abstützenden Zentrierplatte (3) über Zugbolzen (11) verspannt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung ist in der älteren DE-Patentanmeldung P 32 40 5022 beschrieben.

Das Einbringen der Leistungshalbleiterbauelemente in den Behälter, bevor dieser mit der Siedekühlflüssigkeit befüllt wird, muß aus wirtschaftlichen Gründen einfach zu handhaben sein. Zu diesem Zweck ist mit der älteren DE-Patentanmeldung P 32 08 0733 vorgeschlagen worden, die scheibenförmigen Leistungshalbleiterbauelemente zu einer kompakten Säule zusammenzuspannen, die dann an einem Kunststoffdeckel befestigt in einen rohrartigen Siedekühikörper geschoben wird. Die Anschlüsse der Leistungshalbleiterbauelemente werden einzeln durch den Deckel herausgeführt und außerhalb des Behälters verschaltet

Bei siedegekühlten Stromrichtern hoher Spannung ergibt sich wegen der notwendigen Hintereinanderschaltung der Leistungshalbleiterbauelemente eine Säule beträchtlicher Länge. Da zudem die Beschaltungselemente teilweise gewichtig sind, sind der Anwendung dieser Konstruktion insbesondere dann Grenzen gesetzt, wenn zusätzlich hohe dynamische Beanspruchungen auftreten, wie z. B. beim Einsatz auf Fahrzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der eingangs genannten Art den Aufbau der Leistungshalbleiterbauelemente unter Berücksichtigung eines leichten Einbaus in den Behälter so zu gestalten, daß hohe dynamische Beanspruchungen möglich sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Infolge der Verspannung der Leistungshalbleiterbau-

elemente zwischen dem einen Abschlußdeckel und der Zentrierplatte ist die Baueinheit ohne Mühe in den Siedekühlbehälter einschiebbar, wobei die Zentrierplatte bei dynamischen Beanspruchungen gleichzeitig der Abstützung dient

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung soll im folgenden anhand ein-s in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zur direkten Siedekühlung,

F i g. 2 einen Schnitt senkrecht zu der in F i g. 1 dargestellten Anordnung und

Fig.3 eine stirnseitige Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Die Zeichnung gibt einen Leistungs-Stromrichter-Teil mit Siedekühlung wieder, bei dem die elektrischen Komponenten in einem Vakuumbehälter untergebracht sind, der im Betriebsfall mit einer isolierenden Siedekühlflüssigkeit befüllt ist

Gemäß F i g. 1 besteht der Behälter aus einem zylindrischen Metallbalg 18 mit Schraubflanschen 16,17, die über Stützrohre 19 (F i g. 2) fest miteinander verbunden sind. Seine Stirnseiten sind mit metallenen Abschlußdekkeln 8,9 über Dick bringe 7 verschlossen. In dem einen Abschlußdeckel 8 befinden sich elektrische Stromdurchführungen 5 sowie ein Ventil 15 zum Befüllen bzw. Entleeren der Siedekühlflüssigkeit Zum Kontrollieren des Füllstandes isz ein Schauglas 6 vorgesehen. Der Betriebsdruck wird üblicherweise mit einem Drucksensor erfaßt der sich — wie auch ein Überströmventil (als Berstschutz) — ebenfalls im Abschlußdeckel 8 befindet Beide Teile sind nicht näher bezeichnet

Für den Behälter wird ein Metallbalg 18 mit besonders großer Oberfläche verwendet um die im Betrieb enstehende hohe Verlustwärme des im Behälter befindlichen Stromrichters rasch an die Atmosphäre abführen zu können.

Alle elektrischen Bauelemente des Systems sind an der Innenseite des Abschlußdeckels 8 montiert und bilden mit den Stromdurchführungen 5 eine Verdrahtungseinheit Der innere Aufbau besteht im wesentlichen aus schei benförmigen Leistungshalbleiterbauelementen (Dioden und Thyristoren) 1, die mit je zwei Wärmeableitern 2 kontaktiert und zu Säulen gestapelt sind. Hierbei ist die elektrische Verbindung der aneinandergeordneten Wärmeableiter 2 durch gelegentliches Einfügen von

so nicht näher bezeichneten Isolierscheiben an einigen Stellen gemäß einer gewünschten elektrischen Schaltung getrennt Die Säulenführung wird von je drei elektrisch isolierten Zugbolzen 11 übernommen. An den Säulenenden befinden sich federnde, dreieckige Spann platten 10, mit denen die erforderliche Anpreßkraft für die Leistungshalbleiterbauelemente 1 mittels Muttern über Druckscheiben eingestellt wird.

Zwischen den Säulen der Leistungshalbieiterbauelemente bzw. um die Säulen herum sind Steuer- und Be- schaltungselemente 14 angeordnet Hierzu gehören Steuerimpulswandler, Kondensatoren, Widerstände sowie ein Überspannungsschutz.

Den Abschluß beider Säulen bildet eine Zentrierplatte 3, an deren Umfang sechs Gleitkörper 4 angebracht sind, die das Gesamtgewicht des Einbausystems an der Innenwand des Metallbalgs 18 abstützen. Die Zentrierplatte 3 dient gleichzeitig als Tragplatte für weitere elektrische Bauelemente 12, 13, z. B. für elektrische

Drosselspulen. Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, kann durch die Lücken zwischen den Gleitkörpern 4 vorteilhafterweise die Siedekühlflüssigkeit ungehindert zwischen den Räumen vor und hinter der Zentrierplatte 3 zirkulieren.

Der Einbau des elektrischen Systems in den Metallbalg 18 ist völlig unproblematisch, da es ja vom Abschlußdeckel 8 bis zur Zentrierplatte 3 eine kompakte, elektrisch fef.i verschaltete Einheit bildet, die mit den Gleitkörpern 4 auf der Innenwand des Metallbalgs 18 gleitend axial in die endgültige Lage geschoben wird. Durch die Zentrierplatte 3 und die Abstützung derselben auf den Gleitkörpern 4, kann im montierten Zustand (Abschlußdeckel 8 mit dem Flansch 17 verschraubt) das System ohne Gefahr höchsten dynamisehen Beanspruchungen ausgesetzt werden.

Für den Fall überlanger Säulen der Leistungshalbleiterbauelemente ist es vorteilhaft (hier aber nicht dargestellt), die Zugbolzen 11 axial über die Zentrierplatte 3 hinaus zu verlängern und in Sacklöchern im anderen Abschiußdeckei 9 abzustützen.

Alle zu verwendenden Werkstoffe und Bauelemente sind im Hinblick auf Stoffverträglichkeit mit der Siedekühlflüssigkeit sowie auf ungehinderte Wärmeübergänge auszuwählen. Elektrische Bauelemente mit großer Verlustleistung sind dabei so angeordnet, daß sie sich gemäß der festgelegten Einbaulage stets unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden, während die restlichen Elemente zum Teil auch im Dampfraum angeordnet sind.

Die Wärmeübertragung zur Umgebungsluft des Behälters erfolgt entsprechend den Anforderungen durch natürliche Konvektion, durch forcierte Kühlung mit einem Motorlüfter oder bei Traktionen eventuell durch den Fahrtwind, In allen Fällen kann eine spezielle Luftführung förderlich sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

40

45

50

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur direkten Siedskühlung von Leistungshalbleiterbauelementen, die in einen als zylinderförmiger, einlagiger Metallbalg ausgebildeten, die Siedekfihlflfissigkeit enthaltenden Behälter einschiebbar sind, bei dem einer der vakuumdicht abschließenden, stirnseitigen Abschlußdeckel Durchführungen für den elektrischen Anschluß der Leistungshalbleiterbauelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungshalbleiterbauelemente (1) mit zugehörigen Beschaltungselementen (12, 13, 14) als elektrisch vollständig verschaltete Einheit zwischen dem einen aus Metall bestehenden, die elektrischen Durchführungen (5) aufweisenden AbschluBdeckel (8) und einer sich an der Innenwand des Metallbalgs (18) abstützenden Zentrierplattp (3) Ober Zugbolzen (11) verspannt sind.

2. Anordung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierplatte (3) an ihrem Außenumfang verteilte Gleitkörper (4) aufweist

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzen (11) durch die Zentrierplatte (3) hindurchgeführt sind und sich in Sacklöchern des anderen Abschlußdekkels (9) abstützen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Beschaltungselemente (12,13) auf der Zentrierplatte (3) befestigtist