WO2006066820A1 - Verfahren und vorrichtung zum kühlen einer leistungselektronik der antriebsaggregate einer textilmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kühlen einer leistungselektronik der antriebsaggregate einer textilmaschine Download PDF

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Thomas Benkert
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H05K7/20918—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components the components being isolated from air flow, e.g. hollow heat sinks, wind tunnels or funnels

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a power electronics for drive units of a textile machine and a power electronics and a textile machine for carrying out this method according to the preambles of claims 1, 6 and 11.
  • Textile machines in particular spinning machines. Such machines already have for cooling the drive units and / or suction of textile fluff on a channel, which is usually traversed by air.
  • EP 0478993 A1 proposes a method and a device for cooling the drive units of a ring spinning or twisting machine in which the heat loss of power electronics is dissipated via a heat exchanger.
  • a heat exchanger from a collecting duct via a
  • Blower diverted partial flow of the exhaust air passed and in turn merged with the main air flow of an exhaust air duct.
  • DE 19915235 A1 also proposes a ventilation device for a textile machine which cools a control cabinet with controls for the orderly operation of drives of the textile machine.
  • the ventilation device comprises a shaft with openings for supply and exhaust air, which lies on the back of the controller and on one side by a heat sink, which carries on the side facing away from the shaft side control modules, is limited.
  • this type of cooling is structurally complex and expensive.
  • the object of the invention is therefore to develop a method for cooling a power electronics for a drive unit of a textile machine, with which the cooling heat-generating electronic components can be ensured in a simple and cost-effective manner.
  • cooling of a heat-emitting element is advantageously achieved or sensitive to excessive heat sensitive electronics in a simple and inexpensive way possible.
  • a part of the power electronics or a frequency converter in total, protruding into an already existing channel can be arranged.
  • thermally connected cooling fins may be arranged on the part of the power electronics in order to increase the cooling effect, wherein at least the cooling hubs substantially project into the channel.
  • the cooling flow preferably an air flow, in a preferred embodiment of the invention prior to cooling the power electronics cleaned by means of filters.
  • a DC link capacity of a frequency converter is cooled as part of the power electronics. The heat arising at the DC link capacity of a (power) frequency converter can advantageously be dissipated here in order to improve the function, effect and reliability of the frequency converter.
  • the intermediate circuit is formed as a separate module, which may preferably be encapsulated dustproof.
  • FIGURE shows a schematic and simplified side view of the essential components of a power electronics according to the invention of drive units of a textile machine, in particular a ring spinning machine or roving machine.
  • a frequency converter in this case usually consists of a control circuit 1, a rectifier 3, an inverter 5 and an intermediate circuit 7.
  • the rectifier 3 is on the input side, a alternating ZDrehstromnetz 2, wherein the AC voltage is rectified and the output side via connection 3 a, 3b the DC link as DC voltage is provided.
  • a DC link several variants are known, namely transformation of the voltage of the rectifier into a DC voltage and stabilizing the pulsating DC voltage or smoothing means of a DC link capacitance.
  • Embodiment ie smoothing and stabilization by means of a DC link capacitance reference (representation of the capacitance character in DC 7), although the invention is basically not only on a DC link capacity, but on each heat-emitting and / or (against excessive temperature) heat-sensitive electrical see component is applicable.
  • a DC link capacitance reference representation of the capacitance character in DC 7
  • Control circuit influenced or controlled.
  • Essential to the invention is the illustrated detachment or separate formation of the intermediate circuit 7 or the intermediate circuit capacity, wherein the other components of the frequency converter, namely rectifier 3, inverter 5 and control circuit 1 as well as the intermediate circuit 7 can be designed as a module.
  • the other components of the frequency converter can thus advantageously remain locally separated from the highly heat-generating intermediate circuit 7 at its preferred position, for example in the region of the drive unit.
  • the intermediate circuit 7 so detached must still be connected via its lines 3a, 3b and 5a and 5b and the power line Ib to the other components of the frequency converter. Due to this separation or separate formation of the intermediate circuit 7, however, it is now possible to have this intermediate circuit on or in an already existing cross-section in the figure Ablufitkanal 11 to order.
  • This exhaust duct 11 serves, for example, as a suction channel for textile fluff and / or at the same time as a cooling channel for the drive unit itself.
  • the inverter may also have a heat exchanger, in particular in the form of kuhhippen 9, wherein it is sufficient for cooling now that the cooling fins 9 protrude into the exhaust duct 11.
  • the leached out unit of power electronics so for example, the illustrated intermediate circuit 7, be executed closed as a dust-tight unit, so that penetration of dust, etc. can be avoided in this unit with corresponding adverse effects.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer Leistungselektronik für ein Antriebsaggregat einer Maschine, insbesondere eines Frequenzumsetzers für einen Antrieb einer Spinnereimaschine, wobei wenigstens ein Teil der Leistungselektronik durch einen vorhandenen Kühlstrom der Maschine gekühlt wird, indem wenigstens dieser Teil der Leistungselektronik direkt in einem bereits vorhandenen Kühlkanal zur Kühlung des Antriebsaggregates angeordnet ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen einer Leistungselektronik der Antriebsaggregate einer Textilmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Leistungselektronik für Antriebsaggregate einer Textilmaschine sowie eine Leistungselektronik und eine Textilmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 6 und 11.
Derartige Verfahren bzw. Leistungselektroniken finden beispielsweise Anwendung bei
Textilmaschinen, insbesondere Spinnmaschinen. Derartige Maschinen weisen bereits zum Kühlen der Antriebsaggregate und/oder Absaugen von Textilfusseln einen Kanal auf, welcher üblicherweise von Luft durchströmt wird.
Um ein Überhitzen stark wärmeerzeugender Leistungselektroniken zu vermeiden, werden bei derartigen Maschinen Maßnahmen getroffen, um diese Leistungselektroniken zu kühlen. So ist in der EP 0478993 Al beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen der Antriebsaggregate einer Ringspinn- oder Zwirnmaschine vorgeschlagen, bei der die Verlustwärme einer Leistungselektronik über einen Wärmetauscher abgeführt wird. Hierzu wird am Wärmetauscher ein aus einem Sammelkanal über ein
Gebläse abgezweigter Teilstrom der Abluft vorbeigeführt und wiederum mit dem Hauptluftstrom einer Abluftführung zusammengeführt.
In der DE 19915235 Al ist weiterhin eine Belüftungseinrichtung für eine Textilmaschi- ne vorgeschlagen, welche einen Schaltschrank mit Steuerungen zum geordneten Betreiben von Antrieben der Textilmaschine kühlt. Hierzu umfasst die Belüftungseinrichtung einen Schacht mit Öffnungen für Zu- und Abluft, welcher auf der Rückseite der Steuerung liegt und einseitig durch einen Kühlkörper, welcher auf der vom Schacht abgewandten Seite Steuermodule trägt, begrenzt wird. Diese Art der Kühlung ist jedoch baulich aufwändig und kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Kühlen einer Leistungselektronik für ein Antriebsaggregat einer Textilmaschine zu entwickeln, mit dem die Kühlung wärmeentwickelnden elektronischen Bauelemente auf einfache und kostengünstige Art und Weise gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Leistungselektronik nach Anspruch 6 und eine Textilmaschine nach An- sprach 11 gelöst.
Durch das direkte Anordnen wenigstens eines (wärmeabgebenden) Teils einer Leis- tungselektronik (welches daher örtlich getrennt bzw. separat zu den übrigen Teilen ausgebildet ist) in einem bereits vorhandenen Kühl- und/oder Absaugkanal einer Ma- schine, wird vorteilhafterweise eine Kühlung einer wärmeabgebenden bzw. auf überhöhte Wärme empfindlich reagierende Elektronik auf einfache und kostengünstige Art und Weise ermöglicht.
Hierbei kann ein Teil der Leistungselektronik oder ein Frequenzumsetzer insgesamt, hineinragend in einen bereits vorhandenen Kanal, angeordnet werden. Beispielsweise können an dem Teil der Leistungselektronik thermisch verbundene Kühlrippen angeordnet sein, um die Kühlwirkung zu erhöhen, wobei zumindest die Kühhippen im Wesentlichen in den Kanal hineinragen.
Um eine Verschlechterung des Wärmeübergangs durch Verschmutzen, beispielsweise durch Entstehen einer Staub- oder Schmutzschicht an einer entsprechenden Fläche, durch ein Zusetzen der Kühhippen durch Textilfussel etc. zu vermeiden, wird der Kühlstrom, vorzugsweise ein Luftstrom, in einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung vor dem Kühlen der Leistungselektronik mittels Filter gereinigt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als Teil der Leistungselektronik eine Zwischenkreiskapazität eines Frequenzumrichters gekühlt. Die an der Zwischenkreiska- pazität eines (Leistungs-)Frequenzurnrichters entstehende Wärme kann hierbei vorteilhafterweise abgeführt werden, um die Funktion, Wirkung und Zuverlässigkeit des Fre- quenzumrichters zu verbessern.
hi weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenkreis als separates Modul ausgebildet, welches vorzugsweise staubdicht gekapselt sein kann. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise Beschädigung, Zerstörung und Verminderung der Kühlwirkung infolge einer Verschmutzung der Umgebungsluft, vorgebeugt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines im Figurenbeispiel dargestellten Ausfüh- rungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei eine schematische und vereinfachte Seitenansicht der wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Leistungselektronik von Antriebsaggregaten einer Textilmaschine, insbesondere einer Ringspinnmaschine oder Vorspinnmaschine.
Anhand der einzigen Figur wird eine erfindungsgemäße Leistungselektronik sowie das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel eines Frequenzumrichters dargestellt.
Ein Frequenzumrichter besteht hierbei üblicherweise aus einem Steuerkreis 1, einem Gleichrichter 3, einem Wechselrichter 5 und einem Zwischenkreis 7. Am Gleichrichter 3 liegt eingangsseitig ein Wechsel-ZDrehstromnetz 2 an, wobei die Wechselspannung gleichgerichtet wird und ausgangsseitig über Verbindung 3 a, 3b dem Zwischenkreis als Gleichspannung zur Verfügung gestellt wird. Als Zwischenkreis sind mehrere Varianten bekannt, nämlich Umformung der Spannung des Gleichrichters in eine Gleichspannung sowie Stabilisieren der pulsierenden Gleichspannung bzw. Glätten mittels einer Zwischenkreiskapazität.
In dem in der einzigen Figur dargestellten Ausfuhrungsbeispiel wird auf die zweite
Ausfuhrungsform, also Glättung und Stabilisierung mittels einer Zwischenkreiskapazität Bezug genommen (Darstellung des Kapazitätszeichens in Zwischenkreis 7), obwohl die Erfindung grundsätzlich nicht nur auf eine Zwischenkreiskapazität, sondern auf jede wärmeabgebende und/oder (gegen überhöhte Temperatur) wärmeempfindliche elektri- sehe Komponente anwendbar ist.
Während der Stromfluss eingangsseitig vom Gleichrichter 3 über Leitungen 3a, 3b zum Zwischenkreis 7 und wechselseitig über Leitungen 5a, 5b zum Wechselrichter 6 und ausgangsseitig zum Antriebsaggregat bzw. Motor 6 erfolgt, werden die vorgenannten Einzelkomponenten eines Frequenzumrichters über Steuerleitungen Ia, Ib und Ic vom
Steuerkreis beeinflusst bzw. gesteuert.
Erfindungswesentlich ist die dargestellte Herauslösung bzw. separate Ausbildung des Zwischenkreises 7 bzw. der Zwischenkreiskapazität, wobei die übrigen Komponenten des Frequenzumrichters, nämlich Gleichrichter 3, Wechselrichter 5 und Steuerkreis 1 ebenso wie der Zwischenkreis 7 als ein Modul ausgeführt sein können. Die übrigen Komponenten des Frequenzumrichters können so vorteilhafterweise örtlich getrennt von dem stark Wärme entwickelnden Zwischenkreis 7 an ihrer bevorzugten Position, beispielsweise im Bereich des Antriebsaggregates verbleiben.
Selbstverständlich muss der so herausgelöste Zwischenkreis 7 nach wie vor über seine Leitungen 3a, 3b und 5a und 5b sowie die Stromleitung Ib mit den anderen Komponenten des Frequenzumrichters verbunden sein. Durch diese Herauslösung bzw. separate Ausbildung des Zwischenkreises 7 ist es aber nunmehr möglich, diesen Zwischen- kreis an oder in einem bereits vorhandenen in der Figur im Querschnitt dargestellten Ablufitkanal 11 anzuordnen. Dieser Abluftkanal 11 dient beispielsweise als Absaugkanal für Textilfusseln und/oder gleichzeitig als Kühlkanal für das Antriebsaggregat selbst.
Wie in der einzigen Figur dargestellt, kann der Wechselrichter auch einen Wärmetauscher, insbesondere in Form von Kühhippen 9, aufweisen, wobei es zur Kühlung nunmehr ausreicht, dass die Kühlrippen 9 in den Abluftkanal 11 hineinragen.
Wie anhand des vorstehenden Ausführungsbeispiels erläutert, ist es durch die separate Ausbildung eines Teils der Leistungselektronik, insbesondere des stark wärmeabgebenden Teils der Leistungselektronik ohne großen baulichen Aufwand, wie beispielsweise Ausbildung eines Extrakanals etc. nunmehr möglich, diesen Teil auf einfache und kostengünstige Art und Weise ausreichend zu kühlen.
Zudem sind durch die erfindungsgemäße separate Ausbildung und der hieraus folgenden leichteren Zugänglichkeit (Zwischenkreis 7 statt in der Nähe des Antriebsaggregates nunmehr im leichter zugänglichen Absaug- und/oder Kühlkanal 11 angeordnet) stark wärmeabgebende Teile von Leistungselektroniken im Falle eines Defekts leichter austauschbar.
Befinden sich in dem Abluftkanal Verunreinigungen wie beispielsweise Staub, gebrochene Fadenenden, Fussel etc. so kann der Luftstrom, um Verunreinigungen und das Zusetzen der Kühlrippen 9 zu vermeiden, vor der Anordnung des Zwischenkreises 7 bzw. der Kühlrippen 9 gefiltert werden. Zudem kann die herausgelöste Einheit einer Leistungselektronik, also beispielsweise der dargestellte Zwischenkreis 7, als staubdichte Einheit geschlossen ausgeführt werden, so dass ein Eindringen von Staub etc. in diese Einheit mit entsprechend nachteiligen Wirkungen vermieden werden kann.
Obwohl die Erfindung- anhand vorstehenden des Ausfuhrungsbeispiels eines Frequen- zumrichters erläutert wurde, ist die Erfindung selbstverständlich auf alle wäπneabge- benden elektrischen Komponenten anwendbar, indem entsprechende Komponenten aus einer Leistungselektronik herausgelöst werden und in oder an einem vorhandenen Abluft-, Absaug- oder Kühlkanal angeordnet werden. Selbstverständlich kann als Kühlme- dium nicht nur Luft, sondern ein beliebiges Medium insbesondere auch flüssige Kühlmedien wie beispielsweise Wasser etc. verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kühlen einer Leistungselektronik für ein Antriebsaggregat einer Textilmaschine, insbesondere eines Frequenzumsetzers für einen Antrieb einer
Spinnmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Teil der Leistungselektronik durch einen vorhandene Kühl- und/oder Absaugstrom der Maschine gekühlt wird, indem wenigstens ein Teil der Leistungselektronik direkt in einem bereits vorhandenen Kühl- und/oder Absaugkanal (11) zur Kühlung des Antriebsaggregates angeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwirkung durch das Vorsehen von wenigstens teilweise vom Kühlstrom durchilossenen Kühlrippen (9) an der Leistungselektronik erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstrom vor dem Kühlen der Leistungselektronik mittels Filter gereinigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil der Leistungselektronik eine Zwischenkreiskapazität (7) eines Frequenzumrichters gekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, der zu kühlende Teil der Leistungselektronik staubdicht gekapselt wird.
6. Leistungselektronik für ein Antriebsaggregat einer Maschine, insbesondere ein Frequenzumsetzers für einen Antrieb einer Spinnereimaschine, zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Teil der Leistungselektronik derart angeordnet ist, dass der wenigsten eine Teil der Leistungselektronik zumindest teilweise direkt in einem bereits vorhandenen Absaug- und/oder Kühlkanal (11) zur Kühlung des Antriebsag- gregates angeordnet ist, so dass mittels eines Kühlmediums Wärme abgeführt wird.
7. Leistungselektronik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Teil der Leistungselektronik Kühlrippen (9) aufweist, welche zumindest teilweise vom Kühlmedium durchströmt werden, um die Kühlwirkung zu erhöhen.
8. Leistungselektronik nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium vor dem Kühlen der Leistungselektronik mittels Filter gereinigt ist.
9. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Teil der Leistungselektronik als eine Zwischenkreiska- pazität (7) eines Frequenzumrichters und von den übrigen Teilen separat ausgebildet ist.
10. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Teil der Leistungselektronik staubdicht gekapselt ist.
11. Textilmaschine mit einer Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 6 bis 10.
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