EP3394885A1 - Elektrische einrichtung mit elektrischen modulen - Google Patents

Elektrische einrichtung mit elektrischen modulen

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Publication number
EP3394885A1
EP3394885A1 EP17703046.7A EP17703046A EP3394885A1 EP 3394885 A1 EP3394885 A1 EP 3394885A1 EP 17703046 A EP17703046 A EP 17703046A EP 3394885 A1 EP3394885 A1 EP 3394885A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
film
electrical
module housing
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17703046.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel BÖHME
Thomas KÜBEL
Steffen PIERSTORF
Daniel Schmitt
Frank Schremmer
Torsten Stoltze
Marcus Wahle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3394885A1 publication Critical patent/EP3394885A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W42/00—Arrangements for protection of devices
    • H10W42/121—Arrangements for protection of devices protecting against mechanical damage
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W76/00—Containers; Fillings or auxiliary members therefor; Seals
    • H10W76/10—Containers or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations

Definitions

  • the invention relates to electrical devices with electrical modules, which are each equipped with at least one electrical component accommodated in a module housing, electrical modules as such, and a method for producing modules for electrical devices.
  • Electrical modules are used for example in electrical To ⁇ judges, in particular Multilevelumrichtern in which a plurality of electrical modules of the type described is placed very close to each other.
  • the modules are often electrically connected in series with such converters to form module series circuits.
  • the publication WO 2012/156261 A2 describes an exemplary embodiment of a multilevel converter in which electrical modules, as described below, can be used.
  • the electrical modules described are loaded with very large electrical currents, so that in the event of a failure ei ⁇ ner component or in an error due to the umge ⁇ set electrical power an explosive destruction ⁇ tion located in the module housing electrical component or components can be made; If explosive gas (eg metallic / carbonaceous dust, splinters, etc.) deviates from the module housing, adjacent electrical modules, which previously worked in an electrically faultless manner, can be affected or destroyed by the explosion gas (for example indirectly by reducing the insulating capacity of the air due to the impurities), so that a chain reaction may occur which destroys a plurality of adjacent electrical modules. In the case of the above described This can have dramatic consequences, especially in the high-voltage sector.
  • explosive gas eg metallic / carbonaceous dust, splinters, etc.
  • the invention has for its object to provide an electrical device that can be easily and inexpensively finished and in the event of a fault or a Explosi ⁇ on in the interior of a module housing prevents gas flow to the outside or escape of explosive gases to the outside, but at least inhibits better than before.
  • the invention provides that the outer upper ⁇ surface of the module housing outside is completely or at least predominantly surrounded in each case by a module-own film.
  • An essential advantage of the device according to the invention is that the inventively provided Folienum ⁇ hüllung can surprisingly prevent leakage or explosion of gas to the outside at least inhibit. The endangerment of adjacent modules described above is thus avoided in a very simple manner or at least significantly reduced.
  • the film casing of this invention can be attached to the module housings simple and inexpensive and the cost of module assembly and Mo ⁇ dulfertigung through the film, at least not sig ⁇ cantly or not increased.
  • the module-own foil is wound around the module housing in such a way that the foil is an outlet. press or prevent one another moving away from housing parts or prevented.
  • the film is preferably made of an electrically non-conductive material.
  • the module housing with the module-own film - apart from the areas of electrical contacts - completely enveloped.
  • the module-own foil can be an adhesive foil, which sticks outside on the module housings.
  • the module-specific Fo lie to form an adhesive film which is adhered to the outer surface of the Mo ⁇ dulgeophuse.
  • the adhesive layer of the adhesive film exerts advantageously a dual function: One function is, the film on the module housing to fi ⁇ Xieren; Another function is to hold or bind dust or particles of the explosion gas and to prevent ei ⁇ nen escape to the outside.
  • the module-own film may be an adhesive film which adheres to the outer surface of the module housing by adhesive force.
  • the sheet at least from ⁇ cut overlaps and at least partially double-ply or multi-layer rests on the module housings.
  • the thickness and extensibility of the film and / or the number of film layers is preferably dimensioned such that in the case of an Electrical defect of housed in the module housings electrical component or components, insbesonde ⁇ re in the case of an explosion, the film withstands the gas pressure acting on it.
  • the thickness and elongation is measured the film and / or the number of Foli ⁇ enlagen such that in the event of an electrical failure in the module housings housed electrical component or components, particularly in the case of Ex ⁇ Plosion, the film partially detached from its Modulgeophu ⁇ se and can expand under magnification of the enclosed by the film inner volume - without tearing - stretch.
  • an energy reduction of the explosion gas is achieved by stretching and increasing the volume in an advantageous manner.
  • the adhesive layer in the expanded volume region can bind particles of the explosion gas.
  • the film acrylate at least one film ⁇ layer of polyurethane (PUR) with a thickness between 0.1 and 1 mm and an adhesive layer of acrylate or rubber or at least or rubber-based or -based adhesive.
  • PUR polyurethane
  • the film may also be formed by a multi-layer laminate having a multiplicity of film layers bonded to one another.
  • the film may be, for example, the film of the type PU 8592 E from 3M® , polyurethane adhesive tape of the type 8560, 8561 and 8562 from 3M or a security film of the type
  • PROFILON ® ER1 company Haverkamp be used.
  • the electrical device preferably forms a Umrich ⁇ ter, in particular Multilevelumrichter, with a variety of completely or partially wrapped with foil modules.
  • the Modules are preferably each electrically connected in series with one or more other ⁇ modules.
  • the module housings can each have at least two housing parts which lie on one another and, alone or together with one or more further housing parts of the respective module housing, bound the interior of the module housing.
  • Egg ⁇ nes of the two housing parts preferably forms a ⁇ elekt the generic component supporting cooling plate and the other of the two housing parts a ring-shaped frame member.
  • Kgs ⁇ NEN both housing parts in each case be ring-shaped frame members.
  • the module housing of at least one of the modules of the device comprises the following module housing parts:
  • a lower cold plate having a lower electrical Comp ⁇ component preferably a semiconductor switching element, insbeson ⁇ particular a transistor exhibiting a semiconductor switching element ⁇ carries,
  • an upper annular frame member which rests on the mittle ⁇ ren annular frame member, wherein between the middle and the upper annular frame member at least two contact rails for contacting an upper electrical component, preferably a semiconductor switch ⁇ element, in particular a transistor having a semiconductor switching element, from the Modulgeophu ⁇ se are brought out, and
  • an upper electrical component preferably a semiconductor switch ⁇ element, in particular a transistor having a semiconductor switching element
  • the cooling plates are preferably made of a conductive material, for example metal;
  • the annular compassionelemen ⁇ te preferably consist of a non- or badlei ⁇ border material and preferably form an insulator.
  • the invention also relates to an electric Mo ⁇ dul with at least one accommodated in a module housing electrical component, in particular for use in an inverter.
  • the outer surface of the module housing is surrounded on the outside entirely or at least predominantly by a module-specific film.
  • the module's own film is so wound around the Modulge ⁇ housing, that the film inhibits or prevents a forcing apart or moving apart of housing parts.
  • the invention also relates to a method for producing an electrical module with at least one accommodated in a module housing electrical component, in particular for use in a converter.
  • the outer surface of the module housing is externally enveloped completely or at least predominantly with a module-specific foil.
  • an electrical device is produced with at least two modules.
  • the outer surface of the module housing encloses entirely or at least predominantly via ⁇ each with a module-specific film, in particular glued or wrapped, is.
  • FIG. 1 shows an exemplary example of an electrical Mo ⁇ dul prior to the application of an outer film 2, the module according to Figure 1 in a dreidimensiona ⁇ len representation obliquely front side, also before the application of an outer film
  • FIG. 3 shows a detail of the module according to FIG. 1 in an enlarged illustration in the case of an explosion in the interior of the module housing
  • FIG. 4 shows the module according to FIG. 1 before the application of the outer film in a side view
  • Figure 5 shows the module according to Figure 1 after applying the outer film in the same side view as in Figure 4
  • Figure 6 shows the module of Figure 1 after applying the outer film in a three-dimensional representation obliquely in front of the side and
  • Figure 7 shows an embodiment of an electrical
  • Figures 1 and 2 show an exemplary embodiment of an electrical module 1, comprising a sealed outwardly Mo ⁇ dulgephaseuse. 2
  • the electrical module 1 forms an inverter module for use in a converter, for example a multilevel converter, in particular for use in high-voltage installations.
  • the semiconductor switching ⁇ elements 3 and 4 are, for example, to
  • Insulated gate bipolar transistors For Kontak- of the two semiconductor switching elements 3 and 4 are Kon orientation ⁇ clock rails 5 provided, which are led out of the module casing 2 side.
  • the module housing 2 For cooling the lower semicon ⁇ ter switching element 3, the module housing 2 comprises a lower cooling plate 21 in FIG. 1, on which a lower ring-shaped frame element 22 rests in FIG. On the lower annular frame member 22 is a middle annular frame member 23, on which in turn rests in the figure 1 upper annular frame member 24. At the top, the module housing 2 is closed by an upper cooling plate 25, which rests on the upper annular frame member 24 and serves to cool the semiconductor switching element 4.
  • the contact rails 5 are led out laterally between the central annular frame member 23 and the lower annular frame member 22 and between the middle annular frame member 23 and the upper annular frame member 24, respectively.
  • the cooling plates 21 and 25 are preferably made of a conductive material, such as metal; the annular ones Frame elements 22-24 are preferably made of a non ⁇ conductive or electrically insulating material.
  • FIG. 3 shows the section of the module housing 2 marked in dashed lines in FIG. 1 in greater detail in detail, when the lower cooling plate 21 is pushed away from the lower annular frame element 22 in the interior 2a of the module housing 2 in the event of an explosion. It can be seen that between the two
  • Module housing parts 21 and 22 a gap S is formed through which a gas stream G can escape from the interior 2a. Such escape of hot gas to the outside is undesirable, since this other electrical modules, which are arranged in the immediate neighborhood ⁇ , also destroy or in Mit ⁇ passion could pull.
  • an outer foil is applied externally to the module housing, which holds the housing parts together from the outside and enables a sealing of the interior 2a of the module housing 2.
  • the film can be used in addition to other mechanical means for holding the housing parts, such as screws, or alternatively to these.
  • FIG. 4 shows the electrical module 1 according to FIG. 1 before the application of an outer film and FIG. 5 after the application of an outer film 100. It can be seen that the outer film 100 overlaps in an overlapping section 110 in order to separate the Foil coating in Prevent an explosion inside the module housing.
  • FIG. 6 shows the module 1 wrapped with the film 100 or adhesively bonded from the outside in a three-dimensional view obliquely from the side.
  • FIGS. 1 to 7 shows a further embodiment for a with an outer film-coated 100 electrical module 1. It can be seen that that the outer film is multiply wound around the module housing 2100 and at ⁇ least three or more superposed layers of film are provided.
  • the exemplary embodiments explained in conjunction with FIGS. 1 to 7 may, depending on the specific embodiment, have one, several or all of the following advantages:
  • the film 100 ensures a large and equal ⁇ moderate power and prevents bending of housing parts in the event of an explosion.

Landscapes

  • Casings For Electric Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine elektrische Einrichtung mit zumindest zwei elektrischen Modulen (1), die jeweils zumindest eine in einem Modulgehäuse (2) untergebrachte elektrische Komponente (3, 4) aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die äußere Oberfläche der Modulgehäuse (2) jeweils außen ganz oder zumindest überwiegend von einer moduleigenen Folie (100) umgeben ist.

Description

Beschreibung
Elektrische Einrichtung mit elektrischen Modulen Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Einrichtungen mit elektrischen Modulen, die jeweils mit mindestens einer in einem Modulgehäuse untergebrachten elektrischen Komponente ausgestattet sind, auf elektrische Module als solche sowie auf ein Verfahren zum Herstellen von Modulen für elektrische Ein- richtungen.
Elektrische Module werden beispielsweise bei elektrischen Um¬ richtern, insbesondere Multilevelumrichtern, eingesetzt, bei denen eine Vielzahl an elektrischen Modulen der beschriebenen Art sehr dicht nebeneinander angeordnet ist. Die Module sind bei solchen Umrichtern häufig unter Bildung von Modulreihenschaltungen elektrisch in Reihe geschaltet.
Die Druckschrift WO 2012/156261 A2 beschreibt ein Ausfüh- rungsbeispiel für einen Multilevelumrichter, bei dem elektrische Module, wie sie hier nachfolgend beschrieben werden, eingesetzt werden können.
Insbesondere im Bereich der Energieübertragungstechnik werden die beschriebenen elektrischen Module mit sehr großen elektrischen Strömen belastet, so dass im Falle eines Ausfalls ei¬ ner Komponente bzw. in einem Fehlerfall aufgrund der umge¬ setzten elektrischen Leistung eine explosionsartige Zerstö¬ rung der im Modulgehäuse befindlichen elektrischen Komponente bzw. Komponenten erfolgen kann; weicht Explosionsgas (z. B. metallischer/kohlenstoffhaltiger Staub, Splitter etc.) aus dem Modulgehäuse aus, können benachbarte elektrische Module, die zuvor noch elektrisch einwandfrei arbeiteten, von dem Explosionsgas beeinträchtigt oder zerstört werden (zum Beispiel mittelbar durch Reduktion der Isolierfähigkeit der Luft aufgrund der Verunreinigungen) , so dass eine Kettenreaktion auftreten kann, durch die eine Vielzahl an benachbarten elektrischen Modulen zerstört wird. Bei den oben beschriebenen Um- richtern kann dies - insbesondere im Hochspannungsbereich - dramatische Folgen haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Einrichtung anzugeben, die sich einfach und kostengünstig fertigen lässt und im Falle eines Fehlers bzw. einer Explosi¬ on im Innenraum eines Modulgehäuses einen Gasfluss nach außen bzw. ein Austreten von Explosionsgasen nach außen verhindert, zumindest aber besser als bisher hemmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Einrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Moduls sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die äußere Ober¬ fläche der Modulgehäuse außen ganz oder zumindest überwiegend jeweils für sich von einer moduleigenen Folie umgeben ist. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Folienum¬ hüllung in überraschender Weise ein Austreten von Explosionsgas nach außen verhindern oder zumindest hemmen kann. Die eingangs beschriebene Gefährdung benachbarter Module wird so- mit in sehr einfacher Weise vermieden oder aber zumindest signifikant reduziert.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist darin zu sehen, dass sich die erfindungsgemäße Folienumhüllung auf den Modulgehäusen einfach und kostengünstig anbringen lässt und die Kosten der Modulmontage bzw. Mo¬ dulfertigung durch die Folie nicht oder zumindest nicht sig¬ nifikant erhöht werden. Mit Blick auf eine besonders gute Dichtwirkung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die moduleigene Folie derart um das Modulgehäuse herum gewickelt ist, dass die Folie ein Aus- einanderdrücken oder ein Voneinanderwegbewegen von Gehäuseteilen hemmt oder verhindert.
Die Folie besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nichtlei- tenden Material.
Mit Blick auf die Gefährdung benachbarter Module im Falle einer Explosion wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die äu¬ ßeren Modulgehäuse der Module durch die moduleigenen Folien voneinander getrennt sind.
Vorzugsweise sind die Modulgehäuse mit der moduleigenen Folie - von den Bereichen herausgeführter elektrischer Kontakte abgesehen - vollständig umhüllt.
Die moduleigene Folie kann eine Haftfolie sein, die außen auf den Modulgehäusen haftet.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der moduleigenen Fo- lie um eine Klebefolie, die auf die äußere Oberfläche der Mo¬ dulgehäuse aufgeklebt ist. Die Klebeschicht der Klebefolie übt in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion aus: Eine Funktion besteht darin, die Folie auf dem Modulgehäuse zu fi¬ xieren; eine weitere Funktion besteht darin, Staub oder Par- tikel des Explosionsgases festzuhalten bzw. zu binden und ei¬ nen Austritt nach außen zu verhindern.
Alternativ kann die moduleigene Folie eine Adhäsionsfolie sein, die auf der äußeren Oberfläche der Modulgehäuse durch Adhäsionskraft haftet.
Mit Blick auf einen guten Schutz benachbarter Module wird es als vorteilhaft angesehen, wenn sich die Folie zumindest ab¬ schnittsweise überlappt und zumindest abschnittsweise doppel- lagig oder mehrlagig auf den Modulgehäusen aufliegt.
Die Dicke und Dehnbarkeit der Folie und/oder die Anzahl der Folienlagen ist bevorzugt derart bemessen, dass im Falle ei- nes elektrischen Defekts der in den Modulgehäusen untergebrachten elektrische Komponente oder Komponenten, insbesonde¬ re im Falle einer Explosion, die Folie dem auf sie einwirkenden Gasdruck standhält.
Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Dicke und Dehnbarkeit der Folie und/oder die Anzahl der Foli¬ enlagen derart bemessen ist, dass im Falle eines elektrischen Defekts der in den Modulgehäusen untergebrachten elektrische Komponente oder Komponenten, insbesondere im Falle einer Ex¬ plosion, sich die Folie abschnittsweise von ihrem Modulgehäu¬ se ablösen und sich unter Vergrößerung des von der Folie eingeschlossenen Innenvolumens - ohne zu reißen - dehnen kann. Bei einer solchen Ausgestaltung wird durch das Dehnen und die Volumenvergrößerung in vorteilhafter Weise ein Energieabbau des Explosionsgases erreicht. Im Falle einer Klebefolie kann die Klebeschicht in dem gedehnten Volumenbereich Partikel des Explosionsgases binden. Mit Blick auf die gewünschte Stabilität der Folie wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Folie zumindest eine Folien¬ schicht aus Polyurethan (PUR) mit einer Dicke zwischen 0,1 und 1 mm und eine KlebstoffSchicht aus Acrylat oder Kautschuk oder aus zumindest acrylat- oder kautschukhaltigem bzw.- basiertem Klebstoff aufweist.
Die Folie kann auch durch ein Mehrschichtlaminat mit einer Vielzahl an miteinander verklebten Folienschichten gebildet sein .
Als Folie kann beispielsweise die Folie des Typs PU 8592 E der Firma 3M®, Polyurethan Klebebandfolie des Typs 8560, 8561 und 8562 der Firma 3M oder Sicherheitsfolie des Typs
PROFILON® ER1 der Firma Haverkamp eingesetzt werden.
Die elektrische Einrichtung bildet vorzugsweise einen Umrich¬ ter, insbesondere Multilevelumrichter, mit einer Vielzahl an ganz oder abschnittsweise mit Folie umhüllten Modulen. Die Module sind vorzugsweise jeweils mit einem oder mehreren an¬ deren Modulen elektrisch in Reihe geschaltet.
Die Modulgehäuse können jeweils zumindest zwei Gehäuseteile aufweisen, die aufeinander liegen und allein oder gemeinsam mit einem oder mehreren weiteren Gehäuseteilen des jeweiligen Modulgehäuses den Innenraum des Modulgehäuses begrenzen. Ei¬ nes der zwei Gehäuseteile bildet vorzugsweise eine die elekt¬ rische Komponente tragende Kühlplatte und das andere der zwei Gehäuseteile ein ringförmiges Rahmenelement. Alternativ kön¬ nen beide Gehäuseteile jeweils ringförmige Rahmenelemente sein . rzugsweise umfasst das Modulgehäuse zumindest eines der Mo le der Einrichtung folgende Modulgehäuseteile:
eine untere Kühlplatte, die eine untere elektrische Kompo¬ nente, vorzugsweise ein Halbleiterschaltelement, insbeson¬ dere ein einen Transistor aufweisendes Halbleiterschalt¬ element, trägt,
ein unteres ringförmiges Rahmenelement, das auf der unte¬ ren Kühlplatte aufliegt,
ein mittleres ringförmiges Rahmenelement, das auf dem un¬ teren Rahmenelement aufliegt, wobei zwischen dem unteren und dem mittleren ringförmigen Rahmenelement zumindest zwei Kontaktschienen zur Kontaktierung der unteren elektrischen Komponente aus dem Modulgehäuse herausgeführt sind,
ein oberes ringförmiges Rahmenelement, das auf dem mittle¬ ren ringförmigen Rahmenelement aufliegt, wobei zwischen dem mittleren und dem oberen ringförmigen Rahmenelement zumindest zwei Kontaktschienen zur Kontaktierung einer oberen elektrischen Komponente, vorzugsweise eines Halb¬ leiterschaltelements, insbesondere eines einen Transistor aufweisenden Halbleiterschaltelements, aus dem Modulgehäu¬ se herausgeführt sind, und
eine obere Kühlplatte, die auf dem oberen ringförmigen Rahmenelement aufliegt und die obere elektrische Komponen¬ te trägt. Die Kühlplatten bestehen vorzugsweise aus einem leitenden Material, beispielsweise Metall; die ringförmigen Rahmenelemen¬ te bestehen vorzugsweise aus einem nicht- oder schlechtlei¬ tenden Material und bilden vorzugsweise einen Isolator.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein elektrisches Mo¬ dul mit zumindest einer in einem Modulgehäuse untergebrachten elektrischen Komponente, insbesondere für den Einsatz in einem Umrichter.
Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Moduls vorgese- hen, dass die äußere Oberfläche des Modulgehäuses außen ganz oder zumindest überwiegend von einer moduleigenen Folie umge- ben ist.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Moduls sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einrichtung verwiesen.
Vorzugsweise ist die moduleigene Folie derart um das Modulge¬ häuse herumgewickelt, dass die Folie ein Auseinanderdrücken oder ein Voneinanderwegbewegen von Gehäuseteilen hemmt oder verhindert .
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Moduls mit zumindest einer in einem Modulgehäuse untergebrachten elektrischen Komponente, insbesondere für den Einsatz in einem Umrichter.
Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorge- sehen, dass die äußere Oberfläche des Modulgehäuses außen ganz oder zumindest überwiegend mit einer moduleigenen Folie umhüllt wird.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einrichtung verwiesen. Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens eine elektrische Einrichtung mit zumindest zwei Modulen hergestellt. Vorteil¬ haft ist es bei einer solchen Verfahrensvariante, wenn die äußere Oberfläche der Modulgehäuse ganz oder zumindest über¬ wiegend jeweils für sich mit einer moduleigenen Folie umhüllt, insbesondere beklebt oder eingewickelt, wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für ein elektrisches Mo¬ dul vor dem Aufbringen einer äußeren Folie, Figur 2 das Modul gemäß Figur 1 in einer dreidimensiona¬ len Darstellung schräg vor der Seite, ebenfalls vor dem Aufbringen einer äußeren Folie,
Figur 3 einen Ausschnitt des Moduls gemäß Figur 1 in ei- ner vergrößerten Darstellung im Falle einer Explosion im Innenraum des Modulgehäuses,
Figur 4 das Modul gemäß Figur 1 vor dem Aufbringen der äußeren Folie in einer Seitenansicht,
Figur 5 das Modul gemäß Figur 1 nach dem Aufbringen der äußeren Folie in derselben Seitenansicht wie in Figur 4, Figur 6 das Modul gemäß Figur 1 nach dem Aufbringen der äußeren Folie in einer dreidimensionalen Darstellung schräg vor der Seite und
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für ein elektrisches
dul mit einer mehrlagigen äußeren Folienbe- schichtung . In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein elektrisches Modul 1, das ein nach außen verschlossenes Mo¬ dulgehäuse 2 umfasst. Das elektrische Modul 1 bildet ein Umrichtermodul für den Einsatz in einem Umrichter, beispielsweise einem Multilevelumrichter, insbesondere für den Einsatz in Hochspannungsanlagen.
Innerhalb des Modulgehäuses 2 befinden sich ein in der Figur 1 unteres Halbleiterschaltelement 3 und ein in der Figur 1 oberes Halbleiterschaltelement 4. Bei den Halbleiterschalt¬ elementen 3 und 4 handelt es sich beispielsweise um
Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode. Zur Kontak- tierung der beiden Halbleiterschaltelemente 3 und 4 sind Kon¬ taktschienen 5 vorhanden, die seitlich aus dem Modulgehäuse 2 herausgeführt sind.
Das Modulgehäuse 2 umfasst zur Kühlung des unteren Halblei¬ terschaltelements 3 eine in der Figur 1 untere Kühlplatte 21, auf der ein in der Figur 1 unteres ringförmiges Rahmenelement 22 aufliegt. Auf dem unteren ringförmigen Rahmenelement 22 befindet sich ein mittleres ringförmiges Rahmenelement 23, auf dem wiederum ein in der Figur 1 oberes ringförmiges Rahmenelement 24 aufliegt. Nach oben hin wird das Modulgehäuse 2 von einer oberen Kühlplatte 25 abgeschlossen, die auf dem oberen ringförmigen Rahmenelement 24 aufliegt und zur Kühlung des Halbleiterschaltelements 4 dient. Die Kontaktschienen 5 sind zwischen dem mittleren ringförmigen Rahmenelement 23 und dem unteren ringförmigen Rahmenelement 22 bzw. zwischen dem mittleren ringförmigen Rahmenelement 23 und dem oberen ringförmigen Rahmenelement 24 seitlich herausgeführt.
Die Kühlplatten 21 und 25 bestehen vorzugsweise aus einem leitenden Material, beispielsweise Metall; die ringförmigen Rahmenelemente 22-24 bestehen vorzugsweise aus einem nicht¬ leitenden bzw. elektrisch isolierenden Material.
Im Falle eines elektrischen Fehlers und im Falle einer Explo- sion im Innenraum 2a des Modulgehäuses 2 kann ein sehr hoher Gasdruck entstehen, durch den die Modulgehäuseteile nach außen gedrückt werden; die Kraftwirkung durch den Innendruck im Innenraum 2a ist in der Figur 1 durch Pfeile mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet.
Die Figur 3 zeigt den in der Figur 1 mit gestrichelten Linien markierten Abschnitt des Modulgehäuses 2 in einer vergrößerten Darstellung näher im Detail, wenn im Falle einer Explosion im Innenraum 2a des Modulgehäuses 2 die untere Kühlplatte 21 von dem unteren ringförmigen Rahmenelement 22 weggedrückt wird. Es lässt sich erkennen, dass zwischen den zwei
Modulgehäuseteilen 21 und 22 ein Spalt S entsteht, durch den ein Gasstrom G aus dem Innenraum 2a entweichen kann. Ein solches Entweichen von heißem Gas nach außen ist unerwünscht, da dieses andere elektrische Module, die in unmittelbarer Nach¬ barschaft angeordnet sind, ebenfalls zerstören bzw. in Mit¬ leidenschaft ziehen könnte.
Um das Problem eines unerwünschten Gasstromes G nach außen im Falle einer Explosion im Innenraum 2a zu vermeiden, wird außen auf das Modulgehäuse eine äußere Folie aufgebracht, die die Gehäuseteile von außen zusammenhält und eine Abdichtung des Innenraums 2a des Modulgehäuses 2 ermöglicht. Die Folie kann zusätzlich zu weiteren mechanischen Mitteln zum Zusam- menhalten der Gehäuseteile, wie beispielsweise Schrauben, oder alternativ zu diesen eingesetzt werden.
Die Figur 4 zeigt das elektrische Modul 1 gemäß Figur 1 vor dem Aufbringen einer äußeren Folie und die Figur 5 nach dem Aufbringen einer äußeren Folie 100. Es lässt sich erkennen, dass sich die äußere Folie 100 in einem Überlappungsabschnitt 110 überlappt, um ein Auftrennen der Folienbeschichtung im Falle einer Explosion im Inneren des Modulgehäuses zu verhindern .
Die Figur 6 zeigt das mit der Folie 100 umwickelte bzw. von außen umklebte Modul 1 in einer dreidimensionalen Sicht schräg von der Seite.
Die Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein mit einer äußeren Folie 100 beschichtetes elektrisches Modul 1. Es lässt sich erkennen dass, dass die äußere Folie 100 mehrfach um das Modulgehäuse 2 herumgewickelt ist und zumin¬ dest drei oder mehr aufeinander liegende Folienschichten vorhanden sind. Die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 7 erläuterten Ausführungsbeispiele können je nach konkreter Ausgestaltung einen, mehrere oder alle der folgenden Vorteile aufweisen:
- Die Folie 100 gewährleistet eine großflächige und gleich¬ mäßige Kraftaufnahme und verhindert ein Durchbiegen von Gehäuseteilen im Falle einer Explosion.
- Kabel- oder Kontaktdurchführungen können im Rahmen des
Aufbringens der Folie 100 durch zusätzlichen Klebstoff aufwandsarm mit abgedichtet werden.
- Der Fertigungsprozess wird im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden vereinfacht.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugs zeichenliste
1 Modul
2 Modulgehäuse
2a Innenraum
3 unteres Halbleiterschaltelement
4 oberes Halbleiterschaltelement
5 Kontaktschienen
21 untere Kühlplatte
22 unteres ringförmiges Rahmenelement
23 mittleres ringförmiges Rahmenelement
24 oberes ringförmiges Rahmenelement
25 obere Kühlplatte
100 Folie
110 Überlappungsabschnitt
F Pfeile
G Gasstrom
S Spalt

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Einrichtung mit zumindest zwei elektrischen Modulen (1), die jeweils zumindest eine in einem Modulgehäuse (2) untergebrachte elektrische Komponente (3, 4) aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die äußere Oberfläche der Modulgehäuse (2) jeweils außen ganz oder zumindest überwiegend von einer moduleigenen Folie (100) umgeben ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die moduleigene Folie (100) derart um ihr zugeordnetes Modul¬ gehäuse (2) herumgewickelt ist, dass die Folie (100) ein Aus- einanderdrücken oder ein Voneinanderwegbewegen von
Gehäuseteilen (21-25) des jeweiligen Modulgehäuses (2) hemmt oder verhindert.
3. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Modulgehäuse (2) der Module durch die moduleigenen Folien (100) voneinander getrennt sind.
4. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Modulgehäuse (2) mit der moduleigenen Folie (100) - von den Bereichen herausgeführter elektrischer Kontakte (5) abgesehen - vollständig umhüllt sind.
5. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die moduleigene Folie (100) eine elektrisch isolierende Klebefolie ist, die auf die äußere Oberfläche der Modulge¬ häuse (2) aufgeklebt ist oder
- die moduleigene Folie (100) eine elektrisch isolierende
Adhäsionsfolie ist, die auf der äußeren Oberfläche der Mo¬ dulgehäuse (2) durch Adhäsionskraft haftet.
6. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
sich die Folie (100) zumindest abschnittsweise überlappt und zumindest abschnittsweise doppellagig oder mehrlagig auf ei- nem der beiden Modulgehäuse oder auf beiden Modulgehäusen aufliegt .
7. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Dicke und Dehnbarkeit der Folie (100) und/oder die Anzahl der Folienlagen derart bemessen ist, dass im Falle eines elektrischen Defekts der in den Modulgehäusen untergebrachten elektrische Komponente (3, 4) oder Komponenten (3, 4), insbe¬ sondere im Falle einer Explosion, die Folie (100) dem auf sie einwirkenden Gasdruck standhält.
8. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Dicke und Dehnbarkeit der Folie (100) und/oder die Anzahl der Folienlagen derart bemessen ist, dass im Falle eines elektrischen Defekts der in den Modulgehäusen untergebrachten elektrische Komponente (3, 4) oder Komponenten (3, 4), insbe¬ sondere im Falle einer Explosion, sich die Folie (100) ab¬ schnittsweise von ihrem Modulgehäuse (2) ablösen und sich un- ter Vergrößerung des von der Folie (100) eingeschlossenen Innenvolumens - ohne zu reißen - dehnen kann.
9. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Folie (100) zumindest eine Folienschicht aus Polyure¬ than mit einer Dicke zwischen 0,1 und 1 mm und eine Kleb¬ stoffschicht aus Acrylat oder Kautschuk oder aus zumindest acrylat- oder kautschukhaltigem bzw. -basiertem Klebstoff aufweist und/oder
- die Folie (100) durch ein Mehrschichtlaminat mit einer
Vielzahl an miteinander verklebten Folienschichten gebildet ist.
10. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Modulgehäuse (2) der Module jeweils folgende
Modulgehäuseteile umfassen:
- eine untere Kühlplatte (21), die eine untere elektrische Komponente (3) , vorzugsweise ein Halbleiterschaltelement, insbesondere ein einen Transistor aufweisendes Halbleiterschaltelement, trägt,
- ein unteres ringförmiges Rahmenelement (22), das auf der unteren Kühlplatte (21) aufliegt,
- ein mittleres ringförmiges Rahmenelement (23) , das auf dem unteren Rahmenelement (22) aufliegt, wobei zwischen dem unteren und dem mittleren ringförmigen Rahmenelement zumindest zwei Kontaktschienen (5) zur Kontaktierung der un- teren elektrischen Komponente (3) aus dem Modulgehäuse (2) herausgeführt sind,
- ein oberes ringförmiges Rahmenelement (24), das auf dem mittleren ringförmigen Rahmenelement (23) aufliegt, wobei zwischen dem mittleren und dem oberen ringförmigen Rahmen- element zumindest zwei Kontaktschienen (5) zur Kontaktie¬ rung einer oberen elektrischen Komponente (4), vorzugsweise eines Halbleiterschaltelements, insbesondere eines ei¬ nen Transistor aufweisenden Halbleiterschaltelements, aus dem Modulgehäuse (2) herausgeführt sind, und
- eine obere Kühlplatte (25) , die auf dem oberen ringförmi¬ gen Rahmenelement (24) aufliegt und die oberen elektrische Komponente (4) trägt.
11. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Einrichtung ein Umrichter, insbesondere
Multilevelumrichter, mit einer Vielzahl an jeweils ganz oder abschnittsweise mit Folie (100) umhüllten Modulen (1) ist.
12. Elektrisches Modul (1) mit zumindest einer in einem Mo¬ dulgehäuse (2) untergebrachten elektrischen Komponente (3, 4) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die äußere Oberfläche des Modulgehäuses (2) außen ganz oder zumindest überwiegend von einer moduleigenen Folie (100) um¬ geben ist.
13. Modul (1) nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die moduleigene Folie (100) derart um das Modulgehäuse (2) herumgewickelt ist, dass die Folie (100) ein Auseinanderdrü¬ cken oder ein Voneinanderwegbewegen von Gehäuseteilen (21-25) des Modulgehäuses (2) hemmt oder verhindert.
14. Verfahren zum Herstellen eines elektrisches Moduls (1) mit zumindest einer in einem Modulgehäuse (2) untergebrachten elektrischen Komponente (3, 4), insbesondere für den Einsatz in einem Umrichter,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die äußere Oberfläche des Modulgehäuses (2) außen ganz oder zumindest überwiegend mit einer moduleigenen Folie (100) um¬ hüllt wird.
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