DE10338469A1

DE10338469A1 - Stromrichtermodul mit einer rückwärtigen Kühlplatte

Info

Publication number: DE10338469A1
Application number: DE2003138469
Authority: DE
Inventors: Thomas Knobling; Manfred Lehner; Joachim Masatz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromrichtermodul (2) mit einer rückwärtigen Kühlplatte (4), auf der wenigstens ein zu kühlendes Stromrichterventil des Stromrichtermoduls (2) lösbar befestigt ist. Erfindungsgemäß weist diese Kühlplatte (4) mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanäle (16) auf und ist mit zwei Anschlussmitteln (18, 20) für einen Kühlmittelzu- und -ablauf (22, 24) versehen, wobei jedes Anschlussmittel (18, 20) wenigstens zwei Kühlmittelkanäle (16) der Kühlplatte (4) strömungsmäßig parallel schaltet. Somit erhält man ein Stromrichtermodul (2) mit einer rückwärtigen Kühlplatte (4), das ohne großen Aufwand direkt an ein kundenspezifisches Kühlmittel-Kühlsystem angeschlossen werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromrichtermodul mit einer rückwärtigen Kühlplatte, auf der wenigstens ein zu kühlendes Stromrichterventil des Stromrichtermoduls lösbar befestigt ist.

Im Handel sind derartige gattungsgemäße Stromrichtermodule erhältlich. Stromrichtermodule mit einer rückwärtigen Kühlplatte werden dann von einem Kunden verlangt, wenn diese auf einen kundenspezifischen Wärmesenke montiert werden sollen. Derartige kundenspezifische Wärmesenken können Bestandteil einer größeren Anlage des Kunden sein, der die Kühlung der auf der rückwärtigen Kühlplatte montierten Stromrichterventile des Stromrichtermoduls übernehmen soll. Somit bildet die Kühlplatte eine Montageebene des Stromrichtermoduls mit der das Stromrichtermodul flächig auf einen kundenspezifischen Wärmesenke aufgeschraubt wird. Als kundenspezifische Wärmesenke kann ein Luft- oder Flüssigkeitskühlkörper vorgesehen sein.

Ein derartiges Stromrichtermodul mit einer rückwärtigen Kühlplatte kann nicht direkt an einem Kühlflüssigkeitskreislauf eines kundenspezifischen Flüssigkeits-Kühlsystem angeschlossen werden. Damit dies möglich wird, muss auf Kundenseite als Wärmesenke ein Flüssigkeitskühlkörper vorgesehen sein, auf dem dann das Stromrichtermodul mit seiner rückwärtigen Kühlplatte geschraubt werden kann. Dadurch entsteht ein weiterer thermischer Übergang. Aufgrund eines Wärmestroms durch die Kühlplatte in Richtung der Wärmesenke des Kunden tritt im Querschnitt dieser Kühlplatte eine Temperaturdifferenz auf, die eine unterschiedliche Längenausdehnung der Kühlplatte verursacht. Durch diese unterschiedliche Längenausdehnung entsteht beispielsweise ein Hohlraum zwischen Kühlplatte und der kundenspezifischen Wärmesenke. Dadurch erhöht sich der Wert dieses weiteren thermischen Übergangs. Um diesen thermischen Übergang so klein wie möglich zu halten, wird mittels mehrerer Befestigungspunkte die thermische Verformung der Kühlplatte möglichst gering gehalten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Stromrichtermodul mit einer rückwärtigen Kühlplatte derart weiterzubilden, dass dieses Stromrichtermodul direkt an einem kundenspezifischen Flüssigkeits-Kühlsystem angeschlossen werden kann.

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

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlplatte eines Stromrichtermoduls wird aus dieser ein Flüssigkeitskühlkörper der direkt in einem kundenspezifischen Kühlmittel-Kühlsystem eingebracht werden kann. Dazu müssen an den vorhandenen Kühlmittelzu- und -ablauf der Anschlussmittel nur Kühlmittelschläuche angebracht werden, die mit den kundenspezifischen Kühlmittel-Kühlsystem verbunden sind. Somit entfällt beim Kunden ein weiterer thermischer Übergang und die damit verbundenen Aufwendungen um diese möglichst klein zu halten. Werden die Anschlussmittel nicht mit der Kühlplatte verbunden, so kann man weiterhin ein derartiges Stromrichtermodul wie ein handelsübliches auch auf einen kundenspezifischen Luftkühlkörper montieren, ohne dabei Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Anschlussmittel einen die stirnseitigen Öffnungen wenigstens zweier Kühlmittelkanäle umfassenden Querkanal auf. Dadurch werden diese Kühlmittelkanäle kühlmittelmäßig parallel geschaltet. D.h., die Kühlplatte kann in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Querkanals über seine gesamte Breite von einem Kühlmittel durchströmt werden, unabhängig davon, ob ein Kühlmittelzulauf bzw. Kühlmittelablauf oben bzw. unten stirnseitig an der Kühlplatte angebracht ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kühlplatte sind den Unteransprüchen 3 bis 10 zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlplatte eines Stromrichtermoduls schematisch veranschaulicht ist.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stromrichtermoduls mit einer erfindungsgemäßen Kühlplatte von schräg hinten in der
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stromrichtermoduls mit einer anschlussfertigen erfindungsgemäßen Kühlplatte von schräg vorne dargestellt und in der
3 ist eine Explosionsdarstellung eines Anschlussmittels einer erfindungsgemäßen Kühlplatte eines Stromrichtermoduls veranschaulicht.
In der 1 ist ein Stromrichtermodul 2 mit einer rückwärtigen Kühlplatte 4, auf der wenigstens ein zu kühlendes Stromrichterventil im Innern des Stromrichtermoduls 2 lösbar befestigt ist, dargestellt. In dieser Darstellung ist vom Stromrichtermodul 2 eine Seitenwand 6 von links und eine frontseitige Abdeckung 8 erkennbar. Außerdem ist eine obere perforierte Abdeckung 10 sichtbar. Die Seitenwand 6 ist dermaßen bemessen, dass diese zur Hälfte die Tiefe der Kühlplatte 4 abdeckt. Außerdem ist diese Seitenwand 6 mit der Kühlplatte 4 lösbar verbunden. Für eine Befestigung des Stromrichtermoduls 2 an eine Montageplatte, beispielsweise eine Befestigungsplatte eines Kühlkörpers, weist diese Kühlplatte 4 zwei obere und zwei untere Befestigungsbohrungen 12 und 14 auf.
Erfindungsgemäß ist diese Kühlplatte 4 mit mehreren Kühlmittelkanälen 16 versehen. Diese Kühlmittelkanäle 16 verlaufen in der Kühlplatte 4 räumlich parallel zueinander. Welcher Querschnitt für diese Kühlkanäle 16 vorzusehen ist, richtet sich nach den thermischen und hydraulischen Anforderungen. Außerdem richtet sich die Form der Querschnittsfläche danach, ob die Kühlplatte 4 möglichst viele Kühlmittelkanäle 16 aufweisen soll, oder ob die thermische Kopplung zwischen den Kühlmittelkanälen 16 möglichst hoch sein soll. In der dargestellten Ausführungsform weisen diese Kühlmittelkanäle 16 jeweils eine kreisförmige Querschnittsfläche auf. In dieser Darstellung ist die erfindungsgemäße Kühlplatte 4 noch nicht anschlussfertig.
Ein Stromrichtermodul 2 mit einer anschlussfertigen Kühlplatte 4 ist in der 2 näher dargestellt. Damit die Kühlplatte 4 gemäß 1 anschlussfertig wird, sind stirnseitig jeweils ein Anschlussmittel 18 und 20 für einen Kühlmittelzu- und Ablauf 22 und 24 an der Kühlplatte 4 angebracht. Das Anschlussmittel 18 für ein Kühlmittelzulauf 22 kann auch entgegen der Darstellung an der unteren Stirnseite der Kühlplatte 4 angebracht sein. Diese Anschlussmittel 18 und 20 weisen jeweils einen Querkanal auf, der derart in jedes Anschlussmittel 18 und 20 angeordnet ist, dass wenigstens zwei Kühlmittelkanäle 16 flüssigkeitsmäßig parallel geschaltet sind. Mittels diesen Anschlussmitteln 18 und 20 kann das Stromrichtermodul 2 direkt ohne großen Aufwand in ein kundenspezifisches Kühlmittel-Kühlsystem eingebunden werden. Sind die Anschlussmittel 18 und 20 nicht mit der Kühlmittelkanäle 16 aufweisenden Kühlplatte 4 verknüpft, so wird diese Kühlplatte 4 mittels eines kundenspezifischen Luftkühlkörpers gekühlt. Dadurch kann ein Stromrichtermodul 2 mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Kühlplatte 4 wie ein handelsübliches Stromrichtermodul 2 verwendet werden.
Der Explosionsdarstellung des Anschlussmittels 18 der Kühlplatte 4 ist zu entnehmen, dass zwischen dem Anschlussmittel 18 und einer Stirnseite 26 der Kühlplatte 4 eine Dichtung 28 angeordnet ist. Korrespondierend zu dem Bereich der Stirnseite 26 der Kühlplatte 4 mit den Kühlmittelkanälen 16 weist das Anschlussmittel 18 stirnseitig eine Ausnehmung 30 auf, die teilweise die Dichtung 28 aufnimmt. Dieses Anschlussmittel 18 wird mittels mehrerer Schrauben 32 mit der Stirnseite 26 der Kühlplatte 4 lösbar verbunden. Dazu weist die Kühlplatte 4 korrespondierende Gewindebohrungen 34 auf. Der Kühlmittelzulauf 22 ist ebenfalls lösbar mit dem Anschlussmittel 18 verbunden. Dazu weist dieser Kühlmittelzulauf 22 ein Außengewinde 36 auf. Das Anschlussmittel 18 weist eine dazu korrespondierende Gewindebohrung 38 auf. Zur Aufnahme eines Kühlmittelschlauches weist der Kühlmittelzulauf 22 als Anschlussstutzen einen Schlauchnippel 40 auf, der beispielsweise konisch zuläuft. Damit die lösbare Verbindung zwischen Kühlmittelzulauf 22 und Anschlussmittel 18 flüssigkeitsdicht ist, wird zwischen diesen beiden Teilen 18 und 22 eine weitere Dichtung verwendet. Der Kühlmittelzulauf 22 und das Anschlussmittel 18 kann vorteilhafter Weise auch eine Baueinheit bilden, wodurch sich der Montagenaufwand reduziert.
Um die Herstellungskosten möglichst gering zu halten, sind die Kühlplatte 4 und die Anschlussmittel 18 und 20 jeweils ein Strangpressprofil. Da die Kühlplatte 4 die Verlustleistung zu kühlender Stromrichterventile des Stromrichtermoduls 2 abführen soll, ist das Strangpressprofil aus thermisch gut leitenden Material. Von der abzuführenden Verlustleistung der zu kühlenden Stromrichterventile hängt auch die Anzahl der vorgesehenen Kühlmittelkanäle 16 ab. Anstatt Kühlplatten 4 mit unterschiedlichen Kühlmittelkanälen 16 vorrätig zu halten, kann man die Anschlussmittel 18 und 20 für den Kühlmittelzulauf 22 und -ablauf 24 derart gestalten, dass entweder eine Untermenge von Kühlmittelkanälen 16 bzw. alle Kühlmittelkanäle 16 flüssigkeitsmäßig parallel geschaltet sind. Wie viele Kühlmittelkanäle 16 flüssigkeitsmäßig parallel geschaltet werden können, hängt von der Ausbildung des Querkanals im Anschlussmittel 18 bzw. 20 ab. D.h., es hängt davon ab wie viele stirnseitigen Öffnungen der vorhandenen Kühlmittelkanäle 16 von dem Querkanal des Anschlussmittels 18 bzw. 20 umfasst werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der Kühlplatte 4 eines Stromrichtermoduls 2 wird erreicht, dass dieses Stromrichtermodul 2 nun auch unmittelbar flüssigkeitsgekühlt werden kann. Wird dies erwünscht, sind Anschlussmittel 18 und 20 für einen Kühlmittelzu- und -ablauf 22 und 24 stirnseitig an der Kühlplatte 4 des Stromrichtermoduls 2 anzubringen. Somit kann das Stromrichtermodul 2 mit der rückwärtigen Kühlplatte 4 bedarfsweise mittels Luft oder mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden.

Claims

Stromrichtermodul (2) mit einer rückwärtigen Kühlplatte (4), auf der wenigstens ein zu kühlendes Stromrichterventil des Stromrichtermoduls (2) lösbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Kühlplatte (4) mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanäle (16) aufweist und mit zwei Anschlussmittel (18, 20) für einen Kühlmittelzu- und -ablauf (22, 24) versehen ist, wobei jedes Anschlussmittel (18, 20) wenigstens zwei Kühlmittelkanäle (16) der Kühlplatte (4) strömungsmäßig parallel schaltet.
Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) einen Querkanal aufweist, der die stirnseitigen Öffnungen der wenigstens zweier Kühlmittelkanäle (16) der Kühlplatte (4) umfasst.
Stromrichtermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) einen Anschlussstutzen aufweist.
Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) lösbar mit der Kühlplatte (4) verbunden ist.
Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (18, 20) und der Anschlussstutzen eine Baueinheit bilden.
Stromrichtermodul (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittfläche eines jeden Kühlmittelkanals (16) kreisförmig ist.
Stromrichtermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlmittelkanals (16) quadratisch ist.
Stromrichtermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlmittelkanals (16) rechteckförmig ist.
Stromrichtermodul (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (4) und das Anschlussmittel (18, 20) jeweils ein Strangpressprofil ist.
Stromrichtermodul (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil aus thermisch gut leitenden Material ist.