EP4435817A1

EP4435817A1 - Kühlvorrichtung und gehäuse für eine schaltanordnung sowie schaltanordnung

Info

Publication number: EP4435817A1
Application number: EP23162881.9A
Authority: EP
Inventors: Cornelius Köhler; Frederik Mittelmaier; Stanislav Panicerski; Alexander Stumpf
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2024-09-25
Also published as: CN120858427A; WO2024193922A1; EP4639595A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (6) für eine Schaltanordnung (1), insbesondere für ein Elektronikmodul (5) eines Schalters (4) der Schaltanordnung (1),
wobei die Kühlvorrichtung (6) als ein variables Kühlmodul (6.0) ausgebildet ist,
das eine Trägereinheit (6.1) umfasst, die eingerichtet ist, eine variable Anzahl von Kühleinheiten (6.2.n) aufzunehmen und zu halten, wobei die Kühleinheiten (6.2.n) hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe unterschiedlich und/oder homogen ausgestaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Schaltanordnung, ein Gehäuse für eine Schaltanordnung und eine solche Schaltanordnung.
Schalter, insbesondere Leistungsschalter, Hochstromschalter, Freiluftschalter, luftisolierte Schalter, sind konstruktiv derart auszulegen, dass diese eine hohe Nennstromtragfähigkeit aufweisen. Damit sich die Anschlusskontakte des Schalters bei Nennstrombelastung im Dauerbetrieb nicht übermäßig erhitzen, muss die entstehende Wärme abgeführt werden. Hierzu umfasst eine Schaltanordnung üblicherweise eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Schalters und dessen Leistungselektronik. Es sind verschiedene Schalter, wie zum Beispiel Hochspannungsschalter, Mittelspannungsschalter oder Niederspannungsschalter, bekannt, welche entsprechend unterschiedlich zu kühlen sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung für eine Schaltanordnung anzugeben, welche die unterschiedlichen Kühlungsanforderungen in einfacher Art und Weise erfüllen. Des Weiteren ist für die Schaltanordnung ein Gehäuse bereitzustellen, das kompakt ausgebildet ist und eine Aufnahme unterschiedlicher Kühlvorrichtungen in einfacher Art und Weise ermöglicht. Des Weiteren ist eine Schaltanordnung mit solche einer verbesserten Kühlvorrichtung und solch einem verbesserten Gehäuse bereitzustellen.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung für eine Schaltanordnung, insbesondere für ein Elektronikmodul eines Schalters einer Schaltanordnung, gelöst, wobei die Kühlvorrichtung als ein variables Kühlmodul ausgebildet ist, das eine Trägereinheit umfasst, die eingerichtet ist, eine variable Anzahl von Kühleinheiten aufzunehmen und zu halten, wobei die Kühleinheiten hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe unterschiedlich und/oder homogen ausgestaltet sind.
Beispielsweise können alle Kühleinheiten identisch hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können alle Kühleinheiten hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe verschieden voneinander und somit unterschiedlich oder variabel ausgebildet sein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass für eine Kühlvorrichtung mit unterschiedlichen Kühlleistungen ein einheitliches Gehäuse ermöglicht ist. Hierdurch kann die Anzahl der Bauteile reduziert sowie Werkzeugkosten, Fertigungskosten und Logistikkosten eingespart werden. Auch kann aufgrund Gleichteiligkeit des Gehäuses die Stückzahl ohne zusätzlichen Aufwand erhöht werden. Es sind durch die Ausbildung des Gehäuses als Modulgehäuse (auch Modularität des Gehäuses genannt) mit variablen Kühleinheiten beliebige Kühlkombinationen und verschiedene Kühlleistungen, beispielsweise durch beliebige Materialkombinationen der variablen Kühleinheiten, ermöglicht. Insbesondere können hohe Kühlleistungen bei gleichzeitigen kompaktem Aufbau der Kühlvorrichtung erzielt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer möglichen Ausführungsform ist die Trägereinheit als eine Trägerplatte ausgebildet, an welcher die Kühleinheiten befestigbar oder befestigt sind. Die Trägerplatte kann eines der Gehäuseteile bilden.
Die Trägerplatte kann als eine kombinierte Montageplatte und Kühlplatte ausgebildet sein. Beispielsweise ist zumindest eine oder sind mehrere der Kühleinheiten an der Trägerplatte ansteckbar oder montierbar und an dieser formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten und/oder mit dieser stoffschlüssig, zum Beispiel geklebt, verbunden. Auch kann eine der Kühleinheiten selbst als Träger ausgebildet sein, an welchem weitere Kühleinheiten montierbar sind. Insbesondere können die Kühleinheiten in eine oder mehrere in der Trägerplatte und/oder dem Träger ausgebildeten Aufnahmen, wie zum Beispiel Aufnahmenuten, eingesteckt, eingerastet oder eingepresst werden.
Die Trägerplatte, der Träger und/oder die Kühleinheiten können jeweils beispielsweise aus einem wärmeleitenden Material, zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer, einer Metalllegierung, insbesondere eine Kupferlegierung, oder einem anderen Material gebildet sein. Die Trägerplatte, der Träger und/oder die Kühleinheiten können beispielsweise als ein Strangpressprofil, ein Gussprofil oder ein anderes Formbauteil ausgebildet sein.
Die Trägerplatte, der Träger und die Kühleinheiten können als separate Bauteile ausgebildet sein. Alternativ können diese auch einteilig, als ein Formbauteil ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass mehrere aneinandergrenzende Kühleinheiten mindestens einen Kühlbereich (auch zu kühlender Bereich genannt) mit einer vorgebbaren Kühlleistung bilden. Unter der Kühlleistung wird insbesondere jene Wärmeenergie verstanden, die pro Zeiteinheit abgeführt wird. Darüber hinaus können mehrere Kühleinheiten zu einer Kühlgruppe gruppiert werden, die den Kühlbereich bildet. Innerhalb einer Kühlgruppe können alle Kühleinheiten homogen oder identisch ausgebildet sein. Alternativ können diese zumindest hinsichtlich ihrer Leistung und/oder ihres Materials verschieden ausgebildet sein. Hierdurch sind unterschiedliche Kühlbereiche einstellbar. Innerhalb eines Kühlbereichs können zusätzlich verschiedene Kühlzonen bereitgestellt werden.
Vorteilhafterweise sind die Gehäuseteile für verschiedene Kühlvorrichtungen als Gleichteile ausgebildet. Hierdurch können Fertigungskosten und Logistikkosten reduziert werden.
Eine mögliche Ausführungsform sieht vor, dass die Kühleinheiten zur passiven Kühlung und/oder aktiven Kühlung ausgebildet sind.
Beispielsweise können die Kühleinheiten als eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Kühlrippen ausgebildet sein, die hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe unterschiedlich und/oder homogen ausgestaltet sind. Alternativ können die Kühleinheiten als eine Mehrzahl von aktiv gekühlten Platten ausgebildet sein, die hinsichtlich Kühlleistung, Kühlmedium, Form, Art und/oder Größe unterschiedlich und/oder homogen ausgestaltet sind. Auch können Kühlplatten für passive Kühlung oder Konvektionskühlung ausgebildet sein.
Zusätzlich können mehrere Kühlmodule stapelartig übereinander anordenbar oder angeordnet sein. Insbesondere sind die mehreren Kühlmodule übereinandergestapelt, wenn sie sich in einem montierten Zustand befinden. Durch eine solche Modulbauweise, insbesondere Stapelbauweise, der Kühlvorrichtung ist eine einfache Leistungserhöhung ermöglicht.
Hinsichtlich des Gehäuses mit der als variables Kühlmodul ausgebildeten Kühlvorrichtung für die Schaltanordnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Ausbildung des Gehäuses als ein Modulgehäuse, das aus mehreren lösbar miteinander verbindbaren Gehäuseteilen gebildet ist, die im zusammengesetzten Zustand gemeinsam einen Gehäuseinnenraum umschließen, in welchem das variable Kühlmodul positionierbar, ausrichtbar und/oder fixierbar ist. Insbesondere sind die Gehäuseteile äußere Gehäuseteile, welche beispielsweise als Gehäusewände ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich können diese äußeren Gehäuseteile auch durch Module der Kühlvorrichtung und/oder der Schaltanordnung selbst gebildet sein.
Beispielsweise kann eine Grundplatte oder eine Basisplatte eines der äußeren Gehäuseteile bilden. An der Grundplatte oder Basisplatte können die anderen Gehäuseteile entlang von Kanten der Basisplatte positionierbar, ausrichtbar und/oder fixierbar anordenbar sein.
Darüber hinaus kann das Kühlmodul auf einer Innenseite der Basisplatte positionierbar, ausrichtbar und/oder fixierbar anordenbar sein und von den anderen Gehäuseteilen umgeben sein.
Zur Positionierung und/oder Ausrichtung der an die Basisplatte anzubringenden anderen Gehäuseteile und/oder des anzubringenden Kühlmoduls kann die Basisplatte eine Anzahl von Positionierelementen umfassen. Beispielsweise können entlang der Kanten der Basisplatte und/oder auf einer Innenseite der Basisplatte eine Anzahl von als Positionierstifte ausgebildeten Positionierelementen angeordnet sein, die in Richtung der zu montierenden Gehäuseteile und/oder des zu montierenden Kühlmoduls von der Basisplatte senkrecht abragen.
Eine erfindungsgemäße Schaltanordnung umfasst mindestens ein zu kühlendes Elektronikmodul eines Schalters und mindestens das zuvor beschriebene Gehäuse, in dessen Gehäuseinnenraum das Elektronikmodul angeordnet ist und thermisch mit der Kühlvorrichtung koppelbar oder gekoppelt ist. Eine solche Schaltanordnung mit einem einheitlichen Gehäuse für verschiedene Kühlvorrichtungen mit unterschiedlichen Kühlleistungen weist einen kompakten Aufbau auf und ist insbesondere einfach und kostengünstig herstellbar sowie variabel umrüstbar.
Die Schaltanordnung kann weiter mindestens einen Anschlussblock mit elektrischen Anschlussleitungen für den Schalter umfassen, die mit dem Schalter elektrisch leitend verbindbar oder verbunden sind, wobei der Anschlussblock eines der Gehäuseteile, insbesondere ein äußeres Gehäuseteil, bildet. Der Anschlussblock kann beispielsweise ein Einfachanschluss oder ein Doppelanschluss sein, wobei je Anschluss eine einzelne elektrische Anschlussleitung beziehungsweise zwei elektrische Anschlussleitungen anschließbar sind.
Des Weiteren kann die Schaltanordnung mindestens eine Kühlzuführeinrichtung umfassen, die eines der Gehäuseteile, insbesondere ein weiteres äußeres Gehäuseteil, bildet. Der Kühlzuführeinrichtung kann beispielsweise ein Lüfter oder eine Klimaanlage vorgeschaltet sein.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 schematisch in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer Schaltanordnung und deren Gehäuse von hinten,
FIG 2 schematisch in perspektivischer Darstellung die Schaltanordnung und dessen Gehäuses von vorne,
FIG 3 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Basisplatte des Gehäuses der Schaltanordnung,
FIG 4 schematisch in perspektivischer Darstellung die Basisplatte gemäß Figur 3 mit entlang von Kanten angeordneten Gehäuseteilen,
FIG 5 schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Kühlvorrichtung,
FIG 6 schematisch eine weitere Explosionsdarstellung der Kühlvorrichtung in Seitenansicht,
FIG 7 schematisch in einer Draufsicht die Kühlvorrichtung im zusammengebauten Zustand,
FIG 8 schematisch in perspektivischer Schnittdarstellung die Kühlvorrichtung im Bereich einer Positionieröffnung,
FIG 9 schematisch in perspektivischer Darstellung die Kühlvorrichtung im zusammengebauten Zustand,
FIG 10 schematisch in teiltransparenter perspektivischer Darstellung ein als Modulgehäuse ausgebildetes Gehäuse mit montierter Kühlvorrichtung für die Schaltanordnung, und
FIG 11 schematisch in einer weiteren teiltransparenten perspektivischen Darstellung das als Modulgehäuse ausgebildete Gehäuse mit montierter Kühlvorrichtung für die Schaltanordnung.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figur 1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer Schaltanordnung 1 von einer ersten Seite, insbesondere von einer Hinterseite oder von hinten.
Die Schaltanordnung 1 ist als eine integrierte Anordnung ausgebildet. Die Schaltanordnung 1 umfasst ein Gehäuse 2, in welchem alle Komponenten der Schaltanordnung 1 vereint in dem Gehäuse 2 angeordnet sind.
Die Schaltanordnung 1 kann als mindestens eine Komponente einen Schalter 4, insbesondere einen Leistungsschalter in Form eines Freiluftschalters, luftisolierten Schalters, Strömungsschalters, Blaskolbenschalters, Druckgasschalters oder einer anderen Art eines gekapselten Schalters, und eine zugehörige Elektronik 5, insbesondere eine Leistungselektronik, umfassen.
Das Gehäuse 2 ist als ein Modulgehäuse mit mehreren Gehäuseteilen 2.1 bis 2.n ausgebildet, die lösbar miteinander verbindbar sind. Die Gehäuseteile 2.1 bis 2.n umschließen im zusammengesetzten Zustand einen Gehäuseinnenraum.
Ein erstes Gehäuseteil 2.1 bildet zumindest bereichsweise eine Außenseite der Schaltanordnung 1, insbesondere eine Längsseite. Das erste Gehäuseteil 2.1 ist als eine Grundplatte oder eine Basisplatte 2.1.1, insbesondere eine Montageplatte, ausgebildet. Das erste Gehäuseteil 2.1 ist beispielsweise flächig und eben ausgebildet.
Ein zweites Gehäuseteil 2.2 bildet eine weitere Außenseite der Schaltanordnung 1, insbesondere eine Hinterseite der Schaltanordnung 1. Das zweite Gehäuseteil 2.2 kann beispielsweise durch ein Lüftungsgitter 2.2.1 gebildet sein. Zusätzlich kann das zweite Gehäuseteil 2.2 von einer feststehenden Abdeckeinheit 2.2.2 und/oder einer abnehmbaren oder beweglichen Klappe 2.2.3 zumindest bereichsweise abgedeckt sein.
Ein drittes Gehäuseteil 2.3 bildet eine weitere Außenseite der Schaltanordnung 1, insbesondere eine Unterseite der Schaltanordnung 1. Das dritte Gehäuseteil 2.3 ist beispielsweise durch eine Trägereinheit 6.1, insbesondere eine Trägerplatte 6.1.1, einer Kühlvorrichtung 6 (dargestellt in Figuren 5 bis 13) gebildet. Das erste Gehäuseteil 2.3 ist beispielsweise flächig und eben ausgebildet.
Ein viertes Gehäuseteil 2.4 bildet eine weitere Außenseite der Schaltanordnung 1, insbesondere eine weitere Längsseite der Schaltanordnung 1. Das vierte Gehäuseteil 2.4 kann als eine Platte, insbesondere eine Montageplatte, ausgebildet sein. Das vierte Gehäuseteil 2.4 ist beispielsweise flächig und eben ausgebildet.
Ein fünftes Gehäuseteil 2.5 bildet eine weitere Außenseite der Schaltanordnung 1, insbesondere eine Vorderseite der Schaltanordnung 1. Das fünfte Gehäuseteil 2.5 kann beispielsweise bereichsweise durch verschiedene Bauteile gebildet sein. Zum Beispiel kann das fünfte Gehäuseteil 2.5 durch einen Anschlussblock 8 für elektrische Anschlussleitungen 8.1 der Schaltanordnung 1 (dargestellt in Figuren 2, 4 und 10 bis 13) und/oder durch eine Kühleinrichtung 10 (dargestellt in Figur 2 und teilweise in Figur 11) und/oder durch ein oder mehrere weitere Lüftungsgitter 2.5.1 (dargestellt in Figuren 2, 4, 11 und 13) ausgebildet sein.
Ein sechstes Gehäuseteil 2.6 bildet eine weitere Außenseite der Schaltanordnung 1, insbesondere eine Oberseite der Schaltanordnung 1. Das sechste Gehäuseteil 2.6 kann als eine Platte, insbesondere eine Montageplatte, ausgebildet sein. Das sechste Gehäuseteil 2.6 ist beispielsweise flächig und eben ausgebildet.
Es können weitere Gehäuseteile 2.n vorgesehen sein. Die dargestellten Gehäuseteile 2.1 bis 2.6 können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Die Figur 2 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung die Schaltanordnung 1 gemäß Figur 1 von einer zur ersten Seite entgegensetzten zweiten Seite, insbesondere von vorne oder einer Vorderseite.
Die Schaltanordnung 1 umfasst den Anschlussblock 8 mit beispielsweise vier elektrischen Anschlussleitungen 8.1, die mit dem Schalter 4 elektrisch leitend verbindbar oder verbunden sind.
Des Weiteren umfasst die Schaltanordnung 1 die mindestens eine Kühleinrichtung 10 zur aktiven Kühlung des mindestens einen Schalters 4. Die Kühleinrichtung 10 ist beispielsweise als ein Lüfter ausgebildet.
Sowohl der Anschlussblock 8 als auch die Kühleinrichtung 10 sind von außen zugänglich am Gehäuse 2, insbesondere an den als Längsseiten ausgebildeten Gehäuseteilen 2.1 und 2.4, angeordnet und befestigt. Dies ermöglicht eine einfache Austauschbarkeit der Kühleinrichtung 10 von der Schaltanordnung 1 und/oder eine einfache Montage/Demontage der Anschlussleitungen 8.1 am Anschlussblock 8.
Für eine einfache Zugänglichkeit zum Anschlussblock 8 und zu dessen Schutz kann das Gehäuse 2 eine weitere Schutzklappe 2.5.2 (auch Schutzkappe oder Schutzdeckel genannt) umfassen. Die Schutzklappe 2.5.2 dient als Wetterschutz, Schutz vor Verschmutzung, Schutz vor einem Eindringen von Wasser, Fremdkörpern und Schutz von Menschen gegen potentielle Gefährdung bei einem Berühren der Anschlussleitungen 8.1 und/oder deren Anschlusskontakten.
Die Schutzklappe 2.5.2 ist beweglich, zum Beispiel mittels eines Drehgelenks, am Gehäuse 2 gelagert. Figur 2 zeigt die Schutzklappe 2.5.2 in einer den Anschlussblock 8 abdeckenden und schützenden Stellung.
Die Kühleinrichtung 10 kann aktiv ausgebildet sein. Die Kühleinrichtung 10 kann beispielsweise als ein Lüfter oder eine Klimaanlage (nicht näher dargestellt) ausgebildet sein.
Sowohl der Anschlussblock 8 als auch die Kühleinrichtung 10 können teilweise im Gehäuseinnenraum des Gehäuses 2 angeordnet sein.
Die weiteren Lüftungsgitter 2.5.1 sind randseitig an dem Anschlussblock 8 und/oder an der Kühleinrichtung 10 und Gehäuseöffnungen des Gehäuses 2 zwischen Anschlussblock 8 und angrenzenden Gehäuseteilen 2.6, 2.4, 2.1 sowie Gehäuseöffnungen zwischen Kühleinrichtung 10 und angrenzenden Gehäuseteilen 2.1 überdeckend angeordnet.
Figur 3 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung die Basisplatte 2.1.1 des Gehäuses 2 der Schaltanordnung 1.
Die Basisplatte 2.1.1 bildet das erste Gehäuseteil 2.1 und ist als eine Montageplatte zur einfachen Montage der angrenzenden Gehäuseteile 2.2 bis 2.6 (dargestellt in Figur 1) ausgebildet.
An der Basisplatte 2.1.1 können die anderen Gehäuseteile 2.2 bis 2.6 entlang von Kanten 2.1.2 der Basisplatte 2.1 positionierbar, ausrichtbar und/oder fixierbar anordenbar sein.
Die Basisplatte 2.1.1 kann beispielsweise eine Anzahl von Positionierelementen 2.1.3 umfassen.
Beispielsweise können in einem Randbereich 2.1.4 entlang der Kanten 2.1.2 und optional auf einer Innenseite 2.1.5 der Basisplatte 2.1.1 eine Anzahl von als Positionierstifte oder Bolzen ausgebildeten Positionierelementen 2.1.3 angeordnet sein. Die Positionierelemente 2.1.3 ragen dabei in Richtung der zu montierenden Gehäuseteile 2.2 bis 2.6 und/oder der zu montierenden Kühleinrichtung 10 von der Basisplatte 2.1.1, insbesondere von der Innenseite 2.1.5 der Basisplatte 2.1.1, senkrecht ab. Mit anderen Worten: Die Positionierelemente 2.1.3 ragen senkrecht in den Gehäuseinnenraum hinein.
Die Positionierelemente 2.1.3 und die Basisplatte 2.1.1 können separat ausgebildet und miteinander fest verbunden sein. Alternativ können diese als ein Spritzgussteil oder Formbauteil und somit einteilig ausgebildet sein.
Zusätzlich kann die Basisplatte 2.1.1 eine Mehrzahl von Befestigungsöffnungen 2.1.6 umfassen, in welche Befestigungsmittel, zum Beispiel eine Schraube, ein Nietbolzen, eine Rastnase, ein Klips oder dergleichen, zum Befestigen der Gehäuseteile 2.1 bis 2.6 miteinander und/oder zur Befestigung von Modulen, wie zum Beispiel des Anschlussblocks 8 und/oder der Kühlvorrichtung 6 (dargestellt in Figuren 5 bis 13) und/oder der Kühleinrichtung 10 an der Basisplatte 2.1.1, einsetzbar, einpressbar oder einführbar sind, zum Beispiel zum Verschrauben mit einer Mutter oder zum Vernieten. Die Befestigungsöffnungen 2.1.6 können rund, kreisförmig oder schlitzförmig oder in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sein.
Die Kühleinrichtung 10 (auch äußere Kühlung genannt) ist als eine aktive Kühlung ausgebildet und bildet eine Außenseite des Gehäuses 2, um beispielsweise bei Ausbildung als Lüfter kalte Umgebungsluft zur Kühlung zu benutzen.
Die Kühlvorrichtung 6 (auch innere Kühlung genannt) ist variabel ausgestaltet und kann beispielsweise als eine passive Kühlung, eine aktive Kühlung oder eine Kombination von passiver und aktiver Kühlung ausgebildet sein. Die Kühlvorrichtung 6 ist im Gehäuseinnenraum der Schaltanordnung 1 angeordnet und kann teilweise eine äußere Gehäusewand, insbesondere das dritte äußere Gehäuseteil 2.3, bilden (dargestellt zum Beispiel in Figur 10).
Figur 4 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung die Basisplatte 2.1.1 gemäß Figur 3 mit im Randbereich 2.1.4 angeordneten Gehäuseteilen 2.2, 2.3 und 2.5, die sich entlang der Kanten 2.1.2 vollständig oder bereichsweise erstrecken.
Die an die Basisplatte 2.1.1 montierten Gehäuseteile 2.2, 2.3 und 2.5 werden beispielsweise bei einer Montage auf die in Figur 3 dargestellten entsprechenden Positionierelemente 2.1.3 gesteckt und dabei ausgerichtet und anschließend über Schrauben (nicht dargestellt) und die Befestigungsöffnungen 2.1.6 (dargestellt in Figur 3) an der Basisplatte 2.1.1 befestigt. Die Befestigungsöffnungen 2.1.6 können beispielsweise ein Innengewinde zum Eindrehen der Schrauben aufweisen. Alternativ kann ein entsprechendes separates Mutterelement vorgesehen sein.
Als zweites Gehäuseteil 2.2 ist das Lüftungsgitter 2.2.1 an der Basisplatte 2.1.1 montiert. Als sechstes Gehäuseteil 2.6 ist eine Montageplatte an der Basisplatte 2.1.1 montiert. Als fünftes Gehäuseteil 2.5 ist der Anschlussblock 8 an der Basisplatte 2.1.1 montiert.
Auf der Innenseite 2.1.5 der Basisplatte 2.1.1 sind weitere freie Positionierelemente 2.1.3 im Abstand zum umlaufenden Randbereich 2.1.4 und/oder Befestigungsmittel 2.1.7, zum Beispiel Mutterelemente oder Sechskantelemente mit Innengewinde, vorgesehen, die insbesondere der Montage der Kühlvorrichtung 6 (innere Kühlung) im Gehäuseinnenraum an der Basisplatte 2.1.1 dienen, wie dies in Figuren 10 bis 13 im Detail gezeigt ist).
Figur 5 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Kühlvorrichtung 6, die als ein variables Kühlmodul 6.0 ausgebildet ist.
Die Kühlvorrichtung 6 umfasst eine Trägereinheit 6.1, die beispielsweise als die Trägerplatte 6.1.1, insbesondere als eine Montageplatte oder eine kombinierte Kühl- und Montageplatte, ausgebildet ist. Die Trägerplatte 6.1.1 bildet im eingebauten Zustand eines der Gehäuseteile 2.n, insbesondere im gezeigten Beispiel das dritte Gehäuseteil 2.3, eine Unterseite des Gehäuses 2 der Schaltanordnung 1, wie in Figur 1 oder 10 gezeigt.
Die Kühlvorrichtung 6 ist als variables Kühlmodul 6.0 ausgebildet ist. Dazu ist die Trägereinheit 6.1 beispielsweise eingerichtet, eine variable Anzahl von Kühleinheiten 6.2.n aufzunehmen und zu halten. Die Kühleinheiten 6.2.n sind wiederum variabel ausgebildet. Die Kühleinheiten 6.2.n können beispielsweise hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe unterschiedlich und/oder homogen ausgestaltet sein.
In dem gezeigten Beispiel nach Figur 5 umfasst die Kühlvorrichtung 6 als eine erste Kühleinheit 6.2.1 eine großflächige Kühlplatte als ein Träger 6.2.3 und als eine zweite Kühleinheit 6.2.2 eine Mehrzahl von Kühlrippen 6.2.4 (auch Kühlwände oder Kühlplatten genannt), die von der ersten Kühleinheit 6.2.1 senkrecht abragen. Die großflächige Kühlplatte kann als eine passive Kühlplatte, insbesondere aus einem wärmeleitfähigen Material, gefertigt sein. Zusätzlich kann die großflächige Kühlplatte als eine aktive Kühlplatte ausgebildet sein, welche beispielsweise von einem Kühlmedium, wie Kühlluft, zur Wärmeableitung durchströmt wird.
Beispielsweise können alle Kühleinheiten 6.2 identisch hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können alle Kühleinheiten 6.2 hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe verschieden voneinander und somit unterschiedlich oder variabel ausgebildet sein.
Die Kühleinheiten 6.2 können einerseits an der Trägerplatte 6.1.1 und andererseits zusätzlich an einer Montageplatte 6.3 befestigt sein. Die Trägerplatte 6.1.1 bildet eine Außenseite des Gehäuses 2. Die Montageplatte 6.3 ist als eine Innenwand im Gehäuseinnenraum ausgebildet.
Beispielsweise ist zumindest eine Kühleinheit 6.2 an der Trägerplatte 6.1.1 ansteckbar und an dieser formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten.
Die als großflächige Platte ausgebildete erste Kühleinheit 6.2.1 kann auch als Träger 6.2.3 der anderen Kühleinheiten 6.2.n ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Träger 6.2.3 Aufnahmen, wie zum Beispiel Aufnahmenuten, aufweisen, in welchen die anderen Kühleinheiten 6.2.n eingesteckt, eingerastet, eingepresst, eingeklebt, eingeschweißt und mittels anderer geeigneter Mittel eingefügt werden können.
Die Komponenten der Kühlvorrichtung 6, insbesondere die Trägerplatte 6.1.1, die Kühleinheiten 6.2.n und die Montageeinheit 6.3 können aus einem wärmeleitenden Material, zum Beispiel aus Aluminium, Kupfer, einer Metalllegierung, insbesondere eine Kupferlegierung, oder einem anderen Material gebildet sein. Die Trägerplatte 6.1.1, der Träger 6.2.3, die Kühlrippen 6.2.4 und/oder die Montageplatte 6.3 können beispielsweise als ein Strangpressprofil, ein Gussprofil oder ein anderes Formbauteil ausgebildet sein.
Zur Leistungserhöhung der Kühlvorrichtung 6 können mehrere Kühlmodule 6.0 stapelartig übereinander im Gehäuse 2 (dargestellt in Figuren 1 und 2) anordenbar oder angeordnet sein. Insbesondere sind die mehreren Kühlmodule 6.0 übereinandergestapelt, wenn sie sich in einem montierten Zustand befinden.
Figur 6 zeigt schematisch eine weitere Explosionsdarstellung der Kühlvorrichtung 6 in Seitenansicht.
Die Trägerplatte 6.1.1 und die Kühleinheiten 6.2.n können als separate Bauteile ausgebildet sein. Alternativ können diese auch einteilig, als ein Formbauteil ausgebildet sein.
Ebenso können die als Träger 6.2.3 ausgebildete erste Kühleinheit 6.2.1 und die als Kühlrippen 6.2.4 ausgebildete zweite Kühleinheit 6.2.2 als separate Bauteile oder einteilig, als ein Formbauteil ausgebildet sein.
Die Montageplatte 6.3 ist separat ausgebildet und kann zusätzlich als passive Kühlung ausgebildet sein. Die Montageplatte 6.3 ist als ein Seitenträger für die Kühleinheiten 6.2.n ausgebildet.
Figur 7 zeigt schematisch in einer Draufsicht die Kühlvorrichtung 6 im zusammengebauten Zustand. Die erste Kühleinheit 6.2.1 ist als flächiger Träger 6.2.3 ausgebildet. Die Trägerplatte 6.1.1 erstreckt sich seitlich entlang einer Längsseite der ersten Kühleinheit 6.2.1. Die Montageplatte 6.3 (dargestellt in Figuren 5 und 6) ist unterhalb der ersten Kühleinheit 6.2.1 angeordnet, das heißt die erste Kühleinheit 6.2.1 liegt auf einer Stirnseite der Montageplatte 6.3 auf.
Figur 8 zeigt schematisch in perspektivischer Schnittdarstellung die Kühlvorrichtung 6 im Bereich einer Positionieröffnung 6.4 zur Ausrichtung und Positionierung der Kühleinheiten 6.2.n zur Trägereinheit 6.1, insbesondere zur Trägerplatte 6.1.1.
Die Trägerplatte 6.1.1 weist einen Innenabsatz 6.1.2 zur Auflage der als Träger 6.2.3 ausgebildeten ersten Kühleinheit 6.2.1 auf. Sowohl der Träger 6.2.3 als auch der Innenabsatz 6.1.2 sind mit zueinander korrespondierenden Positionieröffnungen 6.4 versehen, in welche zum Beispiel als Stifte oder Bolzen ausgebildete Positioniermittel (nicht dargestellt) zum Ausrichten und Positionieren der Kühleinheiten 6.2.n zur Trägereinheit 6.1 und zum Gehäuse 2 anordenbar sind.
Mittels Verbindungselementen 6.5, zum Beispiel Schrauben, Bolzen oder Nieten, ist die erste Kühleinheit 6.2.1 an der Trägereinheit 6.1 befestigt.
Die als Kühlrippen 6.2.4 ausgebildete zweite Kühleinheit 6.2.2 kann einteilig mit der ersten Kühleinheit 6.2.1, dem Träger 6.2.3 der Kühlrippen 6.2.4, als ein Gussteil oder Formbauteil ausgebildet sein. Alternativ können Nuten 6.6 vorgesehen sein, in welche Kühlrippen 6.2.4 einsteckbar und gehalten sind. Insbesondere sind die Kühlrippen 6.2.4 formschlüssig und/oder kraftschlüssig in den Nuten 6.6 gehalten. Beispielsweise können die Kühlrippen 6.2.4 in die Nuten 6.6 eingepresst werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass mehrere aneinandergrenzende Kühleinheiten 6.2.2 mehrere verschiedene Kühlbereiche 6.8.n (auch zu kühlender Bereich genannt) mit jeweils einer vorgebbaren Kühlleistung bilden. Unter der Kühlleistung wird insbesondere jene Wärmeenergie verstanden, die pro Zeiteinheit vom Kühlkörper abgeführt wird. Bevorzugt können in den Kühlbereichen 6.8.n unterschiedliche Kühlleistungen bereitgestellt.
Beispielsweise können mehrere Kühlrippen 6.2.4 einen Kühlbereich 6.8.n bilden. Innerhalb des jeweiligen Kühlbereichs 6.8.n können alle Kühleinheiten 6.2.n homogen oder identisch ausgebildet sein. Hierdurch weist der jeweilige Kühlbereich 6.8.n eine homogene Kühlleistung auf.
Alternativ können die mehreren Kühlrippen 6.2.4 eines Kühlbereichs 6.8.1 oder 6.8.2 zumindest hinsichtlich ihrer Leistung und/oder ihres Materials verschieden ausgebildet sein. Hierdurch sind innerhalb des betreffenden einzelnen Kühlbereichs 6.8.1 oder 6.8.2 unterschiedliche Kühlleistungen bereitstellbar.
Bevorzugt sind die Kühlbereiche 6.8.1 oder 6.8.2 jeweils homogen, aber mit verschiedenen Kühlleistungen bereitgestellt, so dass verschiedene Kühlzonen bereitgestellt werden können.
Im Beispiel nach Figur 8 unterscheiden sich die parallel zueinander angeordneten Kühlrippen 6.2.4 des ersten Kühlbereichs 6.8.1 hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe von den identisch parallel zueinander angeordneten Kühlrippen 6.2.4 des angrenzenden zweiten Kühlbereichs 6.8.2. Innerhalb des jeweiligen Kühlbereichs 6.8.1. und 6.8.2 sind jeweils identische und somit homogene Kühlrippen 6.2.4 vorgesehen. Hierdurch ist mittels des ersten Kühlbereichs 6.8.1 eine andere Kühlzone, zum Beispiel mit einer höheren Kühlleistung für eine höhere Wärmeabfuhr als mittels des zweiten Kühlbereichs 6.8.2 mit einer geringeren Kühlleistung für eine geringere Wärmeabfuhr bereitgestellt.
Im gezeigten Beispiel sind die Kühlrippen 6.2.4 als passive Kühlplatten oder Kühlstege oder Kühlwände ausgebildet. Alternativ können die Kühleinheiten 6.2.n, insbesondere der Träger 6.2.3 und die Kühlrippen 6.2.4 als aktiv gekühlte Platten ausgebildet sein.
Ein solche Variabilität der Kühleinheiten 6.2.n ermöglicht ein variables Kühlmodul 6.0 für die Schaltanordnung 1.
Figur 9 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung die zuvor anhand der Figuren 7 und 8 beschriebene Kühlvorrichtung 6 im zusammengebauten Zustand. Die Kühlvorrichtung 6 kann zu einem Montagemodul 12 vormontiert werden. Dabei werden die Trägereinheit 6.1, die Kühleinheiten 6.2.n und die Montageplatte 6.3 zu dem Montagemodul 12 zusammengebaut. Dieses Montagemodul 12 kann dann in einfacher Art und Weise in das Gehäuse 2 der Schaltanordnung 1 montiert werden, wie nachfolgend anhand der Figuren 10 bis 13 gezeigt.
Figur 10 zeigt schematisch in teiltransparenter perspektivischer Darstellung ein als ein Modulgehäuse 2.0 ausgebildetes Gehäuse 2, in welchem Gehäuseinnenraum die als Montagemodul 12 vormontierte Kühlvorrichtung 6 montiert ist.
Das Montagemodul 12 wird beispielsweise im Ganzen auf die Basisplatte 2.1 montiert. Insbesondere wird das Montagemodul 12, insbesondere dessen Montageplatte 6.3 und dessen Trägerplatte 6.1.1, auf die Positionierelemente 2.1.3 (dargestellt in Figuren 3 und 4) auf der Innenseite 2.1.5 der Basisplatte 2.1 aufgesteckt und montiert, beispielsweise mittels Verbindungselementen 6.5, wie Schrauben, miteinander verbunden. Die Trägerplatte 6.1.1 bildet das dritte Gehäuseteil 2.3 und eine Unterseite der Schaltanordnung 1.
In analoger Art und Weise sind das Anschlussmodul 8 und eine Kühlmediumzuführeinrichtung 10.1 (dargestellt in Figur 11) für die Kühleinrichtung 10 (dargestellt in Figur 2) auf Positionierelemente 2.1.3 im Randbereich 2.1.4 der Basisplatte 2.1 (dargestellt in Figur 3) aufgesteckt und montiert, zum Beispiel mittels Schrauben, miteinander verbunden. Die Kühlmediumzuführeinrichtung 10.1 und das Anschlussmodul 8 bilden das fünfte Gehäuseteil 2.5 und die Vorderseite der Schaltanordnung 1. Eine Montageplatte bildet das sechste Gehäuseteil 2.6 (Oberseite) und ist in analoger Art und Weise auf Positionierelemente 2.1.3 im Randbereich 2.1.4 der Basisplatte 2.1 aufgesteckt und montiert. Das Lüftungsgitter 2.2.1 bildet das zweite Gehäuseteil 2.2 (Hinterseite) und ist in analoger Art und Weise auf Positionierelemente 2.1.3 im Randbereich 2.1.4 der Basisplatte 2.1 aufgesteckt und montiert.
Figur 11 zeigt schematisch in einer weiteren teiltransparenten perspektivischen Darstellung das als Modulgehäuse 2.0 ausgebildete Gehäuse 2 mit als Montagemodul 12 montierter Kühlvorrichtung 6, montierter Kühlmediumzuführeinrichtung 10.1 für die Kühleinrichtung 10 (dargestellt in Figur 2), montiertem Anschlussblock 8 und montierter Montageplatte, die das sechste Gehäuseteil 2.6 (zum Beispiel eine Oberseite) bildet.
Die Kühleinrichtung 10, der Anschlussblock 8 und das weitere Lüftungsgitter 2.5.1 bilden das fünfte Gehäuseteil 2.6 (zum Beispiel eine Vorderseite).
Die Trägereinheit 6.1 mit der Trägerplatte 6.1.1 des Montagemoduls 12 bildet das dritte Gehäuseteil 2.3 (zum Beispiel eine Unterseite)
Die Trägerplatte 6.1.1, die Kühleinrichtung 10, der Anschlussblock 8 und das Lüftungsgitter 2.5.1 sowie die das sechste Gehäuseteil 2.6 bildende Montageplatte sind alle senkrecht auf der Basisplatte 2.1.1 montiert, die das erste Gehäuseteil 2.1 (zum Beispiel eine Längsseite) bildet.
Figuren 12 und 13 zeigen zwei weitere perspektivische Darstellungen des teilweise offenen Gehäuses 2 der Schaltanordnung 1 ohne innere Komponenten, wie Schalter 4 und Elektronik 5 (dargestellt abstrakt in Figur 1).
Die Kühlvorrichtung 6, ausgebildet als ein variables Kühlmodul 6.0, wie zuvor beschrieben, wird als ganzes Montagemodul 12 an der Basisplatte 2.1.1 des Gehäuses 2 montiert.
Vorteilhafterweise sind die Gehäuseteile für verschiedene Kühlvorrichtungen als Gleichteile ausgebildet. Hierdurch können Fertigungskosten und Logistikkosten reduziert werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele 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.
Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffs sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.

Claims

Kühlvorrichtung (6) für eine Schaltanordnung (1), insbesondere für ein Elektronikmodul (5) eines Schalters (4) der Schaltanordnung (1),
wobei die Kühlvorrichtung (6) als ein variables Kühlmodul (6.0) ausgebildet ist,

das eine Trägereinheit (6.1) umfasst, die eingerichtet ist, eine variable Anzahl von Kühleinheiten (6.2.n) aufzunehmen und zu halten, wobei die Kühleinheiten (6.2.n) hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe unterschiedlich und/oder homogen ausgestaltet sind.
Kühlvorrichtung (6) nach Anspruch 1,
wobei die Trägereinheit (6.1) als eine Trägerplatte (6.1.1) ausgebildet ist, an welcher mindestens eine der Kühleinheiten (6.1.n) befestigbar ist.
Kühlvorrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei mehrere aneinandergrenzende Kühleinheiten (6.2.n) mindestens einen Kühlbereich (6.8.n) mit einer vorgebbaren Kühlleistung bilden.
Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühleinheiten (6.2.n) zur passiven Kühlung und/oder aktiven Kühlung ausgebildet sind.
Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühleinheiten (6.2.n) als eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Kühlrippen (6.2.4) ausgebildet sind, die hinsichtlich Kühlleistung, Form, Art und/oder Größe unterschiedlich und/oder homogen ausgestaltet sind.
Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Kühleinheiten (6.2.n) durch mindestens eine als Träger (6.2.3) ausgebildete Kühlplatte gebildet ist.
Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere variable Kühlmodule (6.0) stapelartig übereinander anordenbar oder angeordnet sind.
Gehäuse (2) mit einer als variables Kühlmodul (6.0) ausgebildeten Kühlvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) als ein Modulgehäuse (2.0) ausgebildet ist, das aus mehreren lösbar miteinander verbindbaren Gehäuseteilen (2.n) gebildet ist, die im zusammengesetzten Zustand gemeinsam einen Gehäuseinnenraum umschließen, in welchem das variable Kühlmodul (6.0) positionierbar, ausrichtbar und/oder fixierbar ist.
Gehäuse (2) nach Anspruch 8,
wobei eines der Gehäuseteile (2.3) als eine Basisplatte (2.1.1) ausgebildet ist, an welcher die anderen Gehäuseteile (2.n) entlang von Kanten (2.1.2) positionierbar, ausrichtbar und/oder fixierbar anordenbar sind.
Gehäuse (2) nach einem Anspruch 8 oder 9,
wobei das Kühlmodul (6.0) auf einer Innenseite (2.1.5) der Basisplatte (2.1.1) positionierbar, ausrichtbar und/oder fixierbar anordenbar sind und von den anderen Gehäuseteile (2.n) umgeben ist.
Gehäuse (2) nach Anspruch 9 oder 10,
wobei die Basisplatte (2.1.1) eine Anzahl von Positionierelementen (2.1.3) zur Ausrichtung der anderen Gehäuseteile (2.n) und/oder des Kühlmoduls (6.0) umfasst.
Gehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, wobei die Gehäuseteile (2.n) für verschiedene Kühlvorrichtungen (6) als Gleichteile ausgebildet sind.
Schaltanordnung (1), umfassend
- mindestens ein zu kühlendes Elektronikmodul (5) mindestens eines Schalters (4), und

- mindestens ein Gehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 8 bis 12, in dessen Gehäuseinnenraum das Elektronikmodul (5) angeordnet ist und thermisch mit der Kühlvorrichtung (6) koppelbar oder gekoppelt ist.
Schaltanordnung (1) nach Anspruch 13,
weiter umfassend mindestens einen Anschlussblock (8) mit elektrischen Anschlussleitungen (8.1) für den Schalter (4), die mit dem Schalter (4) elektrisch leitend verbindbar oder verbunden sind, wobei der Anschlussblock (8) zumindest bereichsweise eines der Gehäuseteile (2.5) bildet.
Schaltanordnung (1) nach Anspruch 13 oder 14,
weiter umfassend mindestens eine Kühlmediumzuführeinrichtung (10.1), die mindestens bereichsweise eines der Gehäuseteile (2.5) bildet.