DE9110268U1 - Arrangement with liquid-cooled electrical power resistor - Google Patents
Arrangement with liquid-cooled electrical power resistorInfo
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Description
ABB Patent GmbHABB Patents GmbH
Mannheim 15. August 1991Mannheim 15 August 1991
Mp.-Nr. 91/521Gbm PAT 2-Pn/BtMp. No. 91/521Gbm PAT 2-Pn/Bt
Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem, elektrischem Leistungswiderstand Arrangement with liquid-cooled electrical power resistor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem, elektrischem Leistungswiderstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement with a liquid-cooled, electrical power resistor according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung kann bei Stromrichtergeräten für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, verwendet werden.The invention can be used in power converter devices for vehicles, in particular rail vehicles.
Eine solche Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem, elektrischem Leistungswiderstand ist aus der DE-OS 36 09 195 bekannt. Dort wird ein zwangsgekühlter Drahtwiderstand beschrieben, bei dem die Verlustleistung mittels Siedeoder Flüssigkeitskühlung abgeführt wird, wobei der Widerstand aus einem elektrisch isolierenden, zylindrischen Hohlkörper besteht, auf dessen Innenwand eine Widerstandswicklung angeordnet ist, und ein Kühlmedium das Innere des Hohlkörpers durchfließt.Such an arrangement with a liquid-cooled electrical power resistor is known from DE-OS 36 09 195. This describes a force-cooled wire resistor in which the power loss is dissipated by means of boiling or liquid cooling, whereby the resistor consists of an electrically insulating, cylindrical hollow body, on the inner wall of which a resistance winding is arranged, and a cooling medium flows through the interior of the hollow body.
Mp.-Nr. 91/521Gbm 2 15. August 1991Mp. No. 91/521Gbm 2 15 August 1991
In der deutschen Patentanmeldung P 39 33 956.4 wird eine Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem, elektrischem Leistungswiderstand vorgeschlagen, bei der die Verlustleistung mittels Siede- oder Flüssigkeitskühlung abführbar ist, wobei der Leistungswiderstand aus einem flachen, ebenen, metallischen Widerstandselement mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen besteht. Das Widerstandselement ist aus einem blechförmigen Werkstoff mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand gebildet, und der Leistungswiderstand ist direkt mit mindestens einem elektrisch nichtleitenden, jedoch gut wärmeleitenden Flüssigkeitskühlkörper druckkontaktiert.In the German patent application P 39 33 956.4, an arrangement with a liquid-cooled electrical power resistor is proposed, in which the power loss can be dissipated by means of boiling or liquid cooling, whereby the power resistor consists of a flat, level, metallic resistance element with at least two electrical connections. The resistance element is made of a sheet-like material with a high specific electrical resistance, and the power resistor is directly pressure-contacted with at least one electrically non-conductive, but highly heat-conductive liquid heat sink.
In vielen Geräten der Leistungselektronik, z.B. Gleichstromstellern oder allgemein Stromrichtern, werden Widerstände eingesetzt, in denen eine hohe Verlustleistung erzeugt wird. Diese Widerstände müssen daher intensiv gekühlt werden. Bei vielen Anwendungen werden derartige Leistungswiderstände im Kühlluftstrom einer Zwangskühlung für die Halbleiterbauelemente des Stromrichters angeordnet. Dies kann aber bei gewissen kritischen Anwendungsgebieten, insbesondere im Bahnbetrieb, Probleme verursachen, da die Widerstände über den Kühlluftstrom mit Feuchtigkeit und Schmutz in Berührung kommen. Aus diesem Grund wird oft gefordert, keine auf hohem elektrischem Potential liegenden Bauelemente im Kühlluftstrom unterzubringen.Many power electronics devices, e.g. DC power controllers or power converters in general, use resistors in which high power losses are generated. These resistors therefore need to be cooled intensively. In many applications, such power resistors are arranged in the cooling air flow of a forced cooling system for the semiconductor components of the power converter. However, this can cause problems in certain critical areas of application, particularly in rail operations, as the resistors come into contact with moisture and dirt via the cooling air flow. For this reason, it is often required that components with a high electrical potential are not placed in the cooling air flow.
Darüberhinaus ist es auf Fahrzeugen oft vorteilhaft, den Kühlluftstrom von den Geräten der Leistungselektronik entfernt zu halten, um eine einfachere Anordnung der großvolumigen Kühlluftführung zu erreichen. In diesem Fall muß zum Wärmetransport von dem zu kühlenden elektrischen Bauteil an die Umgebungsluft ein Zwischenkreis mit einem meist flüssigen Wärmeträger vorgesehen werden.In addition, it is often advantageous on vehicles to keep the cooling air flow away from the power electronics devices in order to achieve a simpler arrangement of the large-volume cooling air duct. In this case, an intermediate circuit with a mostly liquid heat transfer medium must be provided to transport heat from the electrical component to be cooled to the ambient air.
Mp.-Nr. 91/521Gbm 3 "" 15. August 1991Mp. No. 91/521Gbm 3 "" 15 August 1991
Hierbei muß auch die Verlustwärme von Leistungswiderständen zunächst an ein flüssiges Kühlmedium abgeführt werden. Als Kühlmedium eignet sich neben verschiedenen elektrisch isolierenden Kühlmedien (z.B. Mineralöl oder Silikonflüssigkeiten) insbesondere Wasser, sofern es entionisiert oder in geeigneter Weise von dem zu kühlenden Bauteil elektrisch isoliert gehalten wird.In this case, the heat loss from power resistors must first be dissipated to a liquid cooling medium. In addition to various electrically insulating cooling media (e.g. mineral oil or silicone fluids), water is particularly suitable as a cooling medium, provided it is deionized or kept electrically insulated in a suitable manner from the component to be cooled.
Außerdem steht z.B. auf Hochleistungstriebfahrzeugen Einbauraum immer nur beschränkt zur Verfügung, so daß die verwendeten Bauteile eine hohe Leistungsdichte und ein geringes Bauvolumen aufweisen müssen, was mit reiner Luftkühlung häufig nicht realisiert werden kann. Für die Kühlung von scheibenförmigen Halbleitern sind Kühlkörper aus elektrisch isolierenden, jedoch gut wärmeleitenden keramischen Werkstoffen vorgeschlagen worden, die die Verwendung von nicht entionisiertem, also elektrisch leitfähigem Wasser als Kühlmittel gestatten (siehe z.B. die deutschen Patentanmeldungen P 39 08 996.7 und P 40 17 749.1.).In addition, for example, there is only limited installation space available on high-performance traction vehicles, so that the components used must have a high power density and a small construction volume, which often cannot be achieved with pure air cooling. For cooling disk-shaped semiconductors, heat sinks made of electrically insulating but good heat-conducting ceramic materials have been proposed, which allow the use of non-deionized, i.e. electrically conductive water as a coolant (see, for example, the German patent applications P 39 08 996.7 and P 40 17 749.1.).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem, elektrischem Leistungswiderstand der eingangs genannten Art anzugeben, die derart ausgebildet ist, daß sie bei kleinem Bauvolumen eine hohe Leistungsdichte ermöglicht.The invention is based on the object of specifying an arrangement with a liquid-cooled, electrical power resistor of the type mentioned at the beginning, which is designed in such a way that it enables a high power density with a small construction volume.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This problem is solved in conjunction with the features of the preamble by the features specified in the characterizing part of claim 1.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die vorgeschlagene Anordnung mit zwangsgekühltem, elektrischem Leistungswiderstand keine Rücksicht auf den gegebenenfalls Feuchtigkeit und Schmutz enthaltenden Kühlluftstrom genommen werden muß.The advantages that can be achieved with the invention are in particular that the proposed arrangement with a forced-cooled electrical power resistor means that no consideration has to be given to the cooling air flow, which may contain moisture and dirt.
Mp.-Nr. 91/521Gbm 4 15. August 1991Mp. No. 91/521Gbm 4 15 August 1991
Der Leistungswiderstand ist getrennt vom Kühlluftstrom angeordnet und ermöglicht eine intensive Kühlung mit Wärmeabfuhr über eine Kühlflüssigkeit. Die vorgeschlagene Anordnung gewährleistet eine hohe Leistungsdichte bei kleinem Bauvolumen, was z.B. beim Einsatz in Hochleistungstriebfahrzeugen von großer Bedeutung ist. Durch den Einsatz von elektrisch isolierenden, jedoch gut wärmeleitenden keramischen Werkstoffen für den Flüssigkeitskühlkörper kann vorteilhaft nicht entionisiertes, also elektrisch leitfähiges Wasser zur Kühlung verwendet werden, was inbesondere auch aus Umwelt- und Brandschutzgründen vorteilhaft ist und eine aufwendige Entionisierung entbehrlich macht. Um einen Frostschutz zu gewährleisten, kann dem Wasser ein Frostschutzmittel (z.B. Glykol) beigemischt werden.The power resistor is arranged separately from the cooling air flow and enables intensive cooling with heat dissipation via a cooling liquid. The proposed arrangement ensures a high power density with a small construction volume, which is of great importance for use in high-performance traction vehicles, for example. By using electrically insulating but good heat-conducting ceramic materials for the liquid cooling body, non-deionized, i.e. electrically conductive water can be used for cooling, which is particularly advantageous for environmental and fire protection reasons and makes complex deionization unnecessary. To ensure frost protection, an antifreeze (e.g. glycol) can be added to the water.
Im Unterschied zu der in der deutschen Patenanmeldung P 39 33 956.4 vorgeschlagenen Anordnung mit aus Blech gestanzten Widerständen ist es bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht notwendig, daß der Widerstand in jedem Fall in einem Spannverband angeordnet werden muß, was insbesondere dann unerwünscht ist, wenn der für die Halbleiter vorgesehene Spannverband die zur Verfügung stehende Baulänge schon erreicht hat, oder wenn Halbleiter verwendet werden, die nicht in Spannverbänden anzuordnen sind (z.B. Transistor-Module).In contrast to the arrangement proposed in German patent application P 39 33 956.4 with resistors punched from sheet metal, the arrangement according to the invention does not require the resistor to be arranged in a clamping assembly in every case, which is particularly undesirable if the clamping assembly provided for the semiconductors has already reached the available length, or if semiconductors are used that cannot be arranged in clamping assembly (e.g. transistor modules).
Im Vergleich zu der in der deutschen Patentanmeldung P 39 33 956.4 vorgeschlagenen Anordnung ergibt sich demnach eine größere Freiheit in der Anordnung des Widerstandes, da kein Spannverband erforderlich ist. Die Kühlkörper-Widerstand-Einheit kann vielmehr an beliebiger Stelle eingebaut werden. Die Montage ist wesentlich einfacher, da Widerstand und Kühlkörper eine einzige Einheit darstellen. Es ist kein gleichmäßiges AnziehenCompared to the arrangement proposed in the German patent application P 39 33 956.4, this results in greater freedom in the arrangement of the resistor, since no clamping system is required. The heat sink-resistor unit can be installed anywhere. Installation is much simpler, since the resistor and heat sink form a single unit. There is no need for uniform tightening
Mp.-Nr. 91/521Gbm 5 ' 15. August 1991Mp. No. 91/521Gbm 5 ' 15 August 1991
von Spannschrauben zur Einstellung definierter, gleichmäßiger Pressungsverteilung erforderlich. Es ergibt sich ein besserer Wärmeübergang von der metallischen Widerstandsschicht an den Kühlkörper, da keine trennende und isolierende Luftschicht vorhanden ist. Es ist eine größere Freiheit bei der Ausbildung der Geometrie der Widerstandsschicht als beim Stanzen aus Blech vorhanden. Da der Kühlkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht, kann die Widerstandsschicht zudem unmittelbar auf der Kühlkörperoberfläche aufgebracht werden; zusätzliche Isolierschichten sind nicht erforderlich. of clamping screws to set a defined, even pressure distribution. This results in better heat transfer from the metallic resistance layer to the heat sink, as there is no separating and insulating air layer. There is greater freedom in the design of the geometry of the resistance layer than when punching from sheet metal. Since the heat sink is made of an electrically insulating material, the resistance layer can also be applied directly to the heat sink surface; additional insulating layers are not required.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem elektrischem Leistungswiderstand, Fig. 1 shows a first embodiment of an arrangement with a liquid-cooled electrical power resistor,
Fig. 2 einen Kühlkörper zur ersten Ausführungsform,Fig. 2 a heat sink for the first embodiment,
Fig. 3, 4 einen alternativen Kühlkörper zur ersten Ausführungsform ,Fig. 3, 4 an alternative heat sink to the first embodiment ,
Fig. 5, 6 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem elektrischem Leistungswiderstand ,Fig. 5, 6 a second embodiment of an arrangement with liquid-cooled electrical power resistor ,
Fig. 7 eine strukturierte Widerstandsschicht zur zweiten Ausführungsform.Fig. 7 shows a structured resistance layer for the second embodiment.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem elektrischem Leistungswiderstand dargestellt. Es ist ein für FlüssigkeitskühlungFig. 1 shows a first embodiment of an arrangement with liquid-cooled electrical power resistor. It is a liquid-cooled
Mp.-Nr. 91/521Gbm 6 ""'lS". August*Mp.-No. 91/521Gbm 6 ""'lS". August*
geigneter quaderförmiger Kühlkörper 1 mit Anschlußstutzen 2, 3 für Kühlmittelzulauf und Kühlmittelrücklauf zu erkennen, der zumindest auf seiner einen quadratischen oder rechteckigen Hauptoberfläche mit einer strukturierten Widerstandsschicht 4 versehen ist. Für den elektrischen Anschluß ist die Widerstandsschicht 4 mit zwei großflächigen, vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Anschlußflächen 5, 6 versehen, auf die elektrische Anschlußleitungen 7, 8 gelötet sind. Alternativ zur Lötung sind auch andere allgemein bekannte elektrische Kontaktierungen einsetzbar. Die Widerstandsschicht 4 weist infolge zahlreicher Aussparungen eine mäanderförmige Struktur auf und besteht aus einem Werkstoff mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand. Wie aus Figur 1 zu erkennen ist, kann der Leistungswiderstand beispielsweise aus zwei nebeneinanderliegenden, in Reihe geschalteten, jeweils mäanderförmigen Teilwiderständen aufgebaut sein.suitable cuboid-shaped heat sink 1 with connection nozzles 2, 3 for coolant inlet and coolant return can be seen, which is provided with a structured resistance layer 4 on at least one of its square or rectangular main surfaces. For the electrical connection, the resistance layer 4 is provided with two large-area connection surfaces, preferably made of copper, 5, 6, onto which electrical connection lines 7, 8 are soldered. As an alternative to soldering, other generally known electrical contacts can also be used. The resistance layer 4 has a meandering structure due to numerous recesses and consists of a material with a high specific electrical resistance. As can be seen from Figure 1, the power resistor can be constructed, for example, from two adjacent, series-connected, each meandering partial resistors.
Das Aufbringen der Widerstandsschicht kann in Dünnfilm-Technik (Aufdampfen, Aufsputtern, Ionenplattieren) oder in Siebdrucktechnik mit anschließendem Einbrennen erfolgen. Eine Verstärkung der Widerstandsschicht erfolgt zweckmäßig durch galvanische Verfahren.The resistance layer can be applied using thin-film technology (evaporation, sputtering, ion plating) or screen printing technology with subsequent firing. The resistance layer is best reinforced using galvanic processes.
Zum Schutz vor Oxidation, Korrosion oder mechanischer Schädigung ist es möglich, über der elektrisch leitfähigen Widerstandsschicht 4 eine oder mehrere Schutzschichten anzubringen. Der Kühlkörper 1 kann auf seiner weiteren Hauptoberfläche mit einer weiteren strukturierten Widerstandsschicht versehen sein.To protect against oxidation, corrosion or mechanical damage, it is possible to apply one or more protective layers over the electrically conductive resistance layer 4. The heat sink 1 can be provided with another structured resistance layer on its other main surface.
Als Werkstoff für die Widerstandsschicht 4 können Metalle und Metall-Legierungen oder auch Cermets verwendet werden. Vorteilhaft ist die Verwendung von Wolfram oder Molybdän, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieserMetals and metal alloys or cermets can be used as the material for the resistance layer 4. The use of tungsten or molybdenum is advantageous because the thermal expansion coefficients of these
C ·C ·
Mp.-Nr. 91/5 21Gbm 7 ""15". AUgusTf 1991Mp.-No. 91/5 21Gbm 7 ""15". AugusTf 1991
Metalle von demjenigen von Aluminiumnitrid nicht wesentlich abweichen.Metals do not differ significantly from that of aluminium nitride.
Aluminiumnitrid dient vorzugsweise als Werkstoff für den Kühlkörper, da es sich hierbei um einen elektrisch isolierenden und thermisch gut leitenden keramischen Werkstoff handelt. Alternativ kann der Kühlkörper aber auch aus Berylliumoxid oder aus einem anderen elektrisch isolierenden und thermisch gut leitenden Werkstoff (andere Keramik oder Kunststoff) bestehen.Aluminum nitride is the preferred material for the heat sink because it is an electrically insulating and thermally conductive ceramic material. Alternatively, the heat sink can also be made of beryllium oxide or another electrically insulating and thermally conductive material (other ceramic or plastic).
Figur 2 zeigt einen Kühlkörper zur ersten Ausführungsform im Schnitt. Der Flüssigkeitskühlkörper 1 weist einen inneren Kühlkanal 9 auf, der sich im Inneren des Kühlkörpers an einem Ende 10 Y-förmig in zwei parallelliegende interne Kanäle aufspaltet, die jeweils S-förmig das Innere des Kühlkörpers durchlaufen und sich am weiteren Ende 11 T-förmig vereinen. Das Ende 10 führt zum Anschlußstutzen 2, während das weitere Ende 11 mit dem Anschlußstutzen 3 verbunden ist.Figure 2 shows a heat sink for the first embodiment in section. The liquid heat sink 1 has an internal cooling channel 9, which splits in the interior of the heat sink at one end 10 in a Y shape into two parallel internal channels, each of which runs through the interior of the heat sink in an S shape and joins together in a T shape at the other end 11. The end 10 leads to the connection piece 2, while the other end 11 is connected to the connection piece 3.
In den Figuren 3 und 4 ist ein alternativer Kühlkörper zur ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 im Schnitt und in der Seitenansicht dargestellt. Der quaderförmige Kühlkörper 12 weist in seinem Inneren zahlreiche Kühlkanäle 13 auf, die durch eine Vielzahl von Zapfen 14 gebildet werden. Die Anschlußstutzen 15 für Kühlmittelzulauf und 16 für Kühlmittelrücklauf befinden sich auf der gleichen Seite des Kühlkörpers 12. In der Seitenansicht gemäß Figur 4 ist zu erkennen, daß sich strukturierte Widerstandsschichten 17 und 18 auf beiden Hauptoberflächen des Kühlkörpers befinden.Figures 3 and 4 show an alternative heat sink to the first embodiment according to Figure 1 in section and in side view. The cuboid-shaped heat sink 12 has numerous cooling channels 13 in its interior, which are formed by a large number of pins 14. The connection pieces 15 for coolant inlet and 16 for coolant return are located on the same side of the heat sink 12. In the side view according to Figure 4 it can be seen that structured resistance layers 17 and 18 are located on both main surfaces of the heat sink.
In den Figuren 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsform einer Anordnung mit flüssigkeitsgekühltem elektrischem Leistungswiderstand im Schnitt und in der SeitenansichtFigures 5 and 6 show a second embodiment of an arrangement with liquid-cooled electrical power resistor in section and in side view
Mp.-Nr. 91/521Gbm 8 ""TS". AtfgusT 1991Mp.-No. 91/521Gbm 8 "TS". AtfgusT 1991
dargestellt. Es ist ein Kühlkörper 19 mit kreisförmigen Hauptoberflächen zu erkennen. Die Kühlkanäle 20 im Inneren des massiven, in Form einer Kühldose ausgebildeten Kühlkörpers 19 weisen wie der Kühlkörper 12 gemäß Figur 3 eine waffelmusterförmige Struktur auf, was den Strömungswiderstand im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 2 erheblich reduziert und gleichzeitig ein sehr gutes Wärmeübertragungsverhalten gewährleistet.shown. A heat sink 19 with circular main surfaces can be seen. The cooling channels 20 inside the massive heat sink 19, which is designed in the form of a cooling box, have a waffle-patterned structure like the heat sink 12 according to Figure 3, which significantly reduces the flow resistance compared to the embodiment according to Figure 2 and at the same time ensures very good heat transfer behavior.
Dabei sind eine Vielzahl parallel zueinander verlaufender und aufeinander senkrecht stehender oder sich mit stumpfem oder spitzem Winkel schneidender Kühlkanäle 20 vorgesehen, die jeweils durch massive, mit mindestens einem Boden des Kühlkörpers verbundene Zapfen 21 voneinander getrennt werden. Diese Zapfen 21 sind senkrecht zu beiden Böden des Kühlkörpers orientiert, reichen von Boden zu Boden und sind beispielsweise im Querschnitt quadratisch, rautenförmig, kreisrund oder oval und vergrößern die wärmeübertragende Oberfläche im Innenraum des Kühlkörpers beträchtlich.A large number of cooling channels 20 are provided which run parallel to one another and are perpendicular to one another or intersect at an obtuse or acute angle, each of which is separated from the other by solid pins 21 connected to at least one base of the heat sink. These pins 21 are oriented perpendicular to both bases of the heat sink, extend from base to base and are, for example, square, diamond-shaped, circular or oval in cross-section and considerably increase the heat-transfer surface in the interior of the heat sink.
Die Kühlkanäle 20 münden zumindest teilweise in zwei sich gegenüberliegenden Enden 22 bzw. 23, die mit Anschlußstutzen 24 bzw. 25 für die externe Kühlmittelzu- und -abfuhr versehen sind. Dabei erfolgt die Kühlmittelzu- und -abfuhr von bzw. nach derselben Seite bezüglich des Kühlkörpers, d.h. nach oben oder unten oder nach der rechten oder linken Seite, so daß die drei anderen Seiten für elektrische Anschlüsse zur Verfügung stehen.The cooling channels 20 open at least partially into two opposite ends 22 and 23, respectively, which are provided with connection pieces 24 and 25 for the external coolant supply and discharge. The coolant supply and discharge takes place from or to the same side with respect to the heat sink, i.e. upwards or downwards or to the right or left side, so that the other three sides are available for electrical connections.
Diese spezielle Anschlußkonfiguration wird erzielt, indem beide Anschlußstutzen 24,25 jeweils rechtwinklig abgebogen sind, so daß ihre dem Kühlkörper abgewandten, zum externen Anschluß geeigneten Endstücke parallel verlaufen und zur gleichen Seite weisen. Diese Endstücke der Anschlußstutzen 24 bzw. 25 sind über angeklebte oderThis special connection configuration is achieved by bending both connection pieces 24, 25 at right angles so that their end pieces facing away from the heat sink, suitable for external connection, run parallel and point to the same side. These end pieces of the connection pieces 24 and 25 are connected to the heat sink by means of glued or
Mp.-Nr. 91/521Gbm 9 ""lX. August" 199*1Mp. No. 91/521Gbm 9 ""1X. August" 199*1
angelötete Metallbälge oder metallische Wellrohre 26 bzw. 27 mit einer metallischen Montageplatte 28 verbunden, die ihrerseits an eine externe Kühlmittelversorgung anschließbar ist. Die ringförmig um die Endstücke der Anschlußstutzen 24 bzw. 25 verlaufenden Löt- oder Klebestellen sind mit Ziffer 29 bezeichnet.soldered metal bellows or metal corrugated pipes 26 or 27 are connected to a metal mounting plate 28, which in turn can be connected to an external coolant supply. The soldering or adhesive points running in a ring around the end pieces of the connecting pieces 24 or 25 are designated with number 29.
Die Wellrohre 26, 27 sind vorzugsweise mit der Montageplatte 28 verlötet und gewährleisten vorteilhaft einerseits den Ausgleich von Fertigungstoleranzen und andererseits eine Beweglichkeit bei der Montage. Zur Verbindung zwischen Montageplatte 28 und externer Kühlmittelversorgung sind Montagebohrungen 30 in der Montageplatte 28 vorgesehen (Schraubverbindungen). Nuten 31 in der Montageplatten 28 dienen zur Aufnahme von O-Ringen aus Gummi oder geeigneten Kunststoffen, die eine Abdichtung zwischen der Montageplatte und der externen Kühlmittelversorgung gewährleistet.The corrugated pipes 26, 27 are preferably soldered to the mounting plate 28 and advantageously ensure, on the one hand, the compensation of manufacturing tolerances and, on the other hand, mobility during assembly. Mounting holes 30 are provided in the mounting plate 28 (screw connections) to connect the mounting plate 28 and the external coolant supply. Grooves 31 in the mounting plate 28 serve to accommodate O-rings made of rubber or suitable plastics, which ensure a seal between the mounting plate and the external coolant supply.
Als Kühlmittel gelangt vorzugsweise nichtentionisiertes Wasser zur Anwendung. Die Länge der ebenfalls aus einem elektrisch gut isolierenden Werkstoff bestehenden und stoffschlüssig mit dem Kühlkörper verbundenen Anschlußstutzen 24, 25 ist so bemessen, daß die für die elektrische Isolation erforderlichen Luft- und Kriechstrecken zwischen den zu kühlenden Widerständen und den metallischen Wellrohren 26, 27 eingehalten werden.Non-deionized water is preferably used as a coolant. The length of the connecting pieces 24, 25, which are also made of a material with good electrical insulation and are integrally connected to the heat sink, is dimensioned such that the air and creepage distances required for electrical insulation between the resistors to be cooled and the metallic corrugated pipes 26, 27 are maintained.
In Figur 5 ist eine Seitenansicht des Kühlkörpers dargestellt. Insbesondere ist der Anschlußstutzen 24 des Kühlkörpers 19 zu erkennen. Der Metallbalg 26 ist einerseits an der Löt- oder Klebstelle 29 mit dem Endstück des Anschlußstutzens 24 und andererseits mit der metallischen Montageplatte 28 verbunden. Beide Hauptoberflächen des Kühlkörpers 19 sind mit strukturierten Widerstandsschichten 32, 33 versehen.Figure 5 shows a side view of the heat sink. In particular, the connection piece 24 of the heat sink 19 can be seen. The metal bellows 26 is connected on the one hand to the end piece of the connection piece 24 at the soldering or adhesive point 29 and on the other hand to the metal mounting plate 28. Both main surfaces of the heat sink 19 are provided with structured resistance layers 32, 33.
Mp.-Nr. 91/521Gbm 10 -^»fs-. August * 19 9·!*Mp.-No. 91/521Gbm 10 -^»fs-. August * 19 9·!*
In Figur 7 ist eine strukturierte Widerstandsschicht zur zweiten Ausführungsform gemäß Figuren 5, 6 dargestellt. Es ist die mäanderförmig strukturierte Widerstandsschicht 32 zu erkennen, bestehend aus zwei Teilwiderständen, wobei sich der erste Teilwiderstand zwischen einer äußeren Anschlußfläche 34 und einer zentralen Anschlußfläche 35 sowie der zweite Teilwiderstand zwischen einer äußeren Anschlußfläche 36 und der zentralen Anschlußfläche 3 5 befinden.Figure 7 shows a structured resistance layer for the second embodiment according to Figures 5, 6. The meander-shaped structured resistance layer 32 can be seen, consisting of two partial resistors, where the first partial resistor is located between an outer connection surface 34 and a central connection surface 35 and the second partial resistor is located between an outer connection surface 36 and the central connection surface 35.
Der Einsatz der vorstehend beschriebenen Leistungswiderstände erfolgt beispielsweise in Stromrichtergeräten für Fahrzeuge, insbesondere auch Schienenfahrzeuge. Während des Betriebes des Leistungswiderstandes wird die dabei produzierte Verlustwärme an die Kühlflüssigkeit des eingesetzten Flüssigkeitskühlkörpers abgeführt. Dieser an die Kühlflüssigkeit übertragene Wärmestrom wird in einem räumlich getrennt an beliebiger Stelle auf dem Fahrzeug angeordneten Wärmeübertrager an die Umgebungsluft abgeführt. The power resistors described above are used, for example, in power converters for vehicles, especially rail vehicles. During operation of the power resistor, the waste heat produced is dissipated to the coolant of the liquid cooling body used. This heat flow transferred to the coolant is dissipated to the ambient air in a spatially separate heat exchanger arranged at any point on the vehicle.
Claims (10)
Hauptoberfläche eines Flüssigkeitskühlkörpers (1,12,19) aus einem elektrisch nicht leitenden, jedoch gut wärmeleitenden Material aufgebracht ist.1. Arrangement with cooled electrical power resistor, in which the power loss can be dissipated by means of liquid cooling, characterized in that the power resistor is designed as a structured resistance layer (4,17,18,32,33) with at least two electrical connection surfaces (5,6,34,35,36) on at least one
Main surface of a liquid cooling body (1,12,19) made of an electrically non-conductive but good heat-conducting material.
besteht.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the cooling body (1,12,19) is made of aluminum nitride
consists.
(4,17,18,32,33) durch zahlreiche seitliche Aussparungen eine mäanderformige Struktur aufweist.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the resistance layer
(4,17,18,32,33) has a meandering structure due to numerous lateral recesses.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9110268U DE9110268U1 (en) | 1991-02-23 | 1991-02-23 | Arrangement with liquid-cooled electrical power resistor |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914105786 DE4105786A1 (en) | 1991-02-23 | 1991-02-23 | Liquid cooled electrical resistance - has track formed on housing that is box shaped and has liquid circulated through it |
| DE9110268U DE9110268U1 (en) | 1991-02-23 | 1991-02-23 | Arrangement with liquid-cooled electrical power resistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9110268U1 true DE9110268U1 (en) | 1991-11-07 |
Family
ID=25901308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9110268U Expired - Lifetime DE9110268U1 (en) | 1991-02-23 | 1991-02-23 | Arrangement with liquid-cooled electrical power resistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9110268U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008001230A1 (en) | 2007-04-26 | 2008-10-30 | Ceramtec Ag | Cooling box for components or circuits |
-
1991
- 1991-02-23 DE DE9110268U patent/DE9110268U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008001230A1 (en) | 2007-04-26 | 2008-10-30 | Ceramtec Ag | Cooling box for components or circuits |
| EP2535928A2 (en) | 2007-04-26 | 2012-12-19 | CeramTec GmbH | Cooling box for components or circuits |
| US8630092B2 (en) | 2007-04-26 | 2014-01-14 | Ceramtec Gmbh | Cooling box for components or circuits |
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