DE4338277A1 - Flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit Beschaltungsbauelementen für abschaltbare Leistungshalbleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein flüssigkeitsgekühltes - vorzugsweise H₂O-gekühltes (Brauchwasser oder Reinwasser) - Stromrichtermodul mit Beschaltungsbauelementen für einen abschaltbaren Leistungshalbleiter und kann beispielsweise in stromrichtergespeisten Schienenfahrzeugen verwendet wer­ den.

Ein solches flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit Be­ schaltungsbauelementen für einen abschaltbaren Leistungs­ halbleiter ist aus der DE 40 08 425 A1 bekannt. Bei dem dort vorgeschlagenen, vorzugsweise ölgekühlten Stromrich­ termodul befinden sich außer einem GTO-Spannverband (Gate-turn-off-Thyristoren) GTO-Beschaltungsbauelemente (z. B. Kondensatoren, Drosseln, Widerstände, Dioden) im Ge­ häuseinnern. Die GTO-Beschaltungsbauelemente werden dabei von der elektrisch isolierenden Kühlflüssigkeit umspült und gekühlt. Bei Einsatz von Brauchwasser als Kühlflüssigkeit ist diese bekannte und bewährte Technik aufgrund der elek­ trischen Leitfähigkeit des Brauchwassers nicht einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flüssigkeits­ gekühltes Stromrichtermodul mit Beschaltungsbauelementen für einen abschaltbaren Leistungshalbleiter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem kurze, eng beabstandete und induktivitätsarme Verbindungen zwischen den Beschal­ tungsbauelementen untereinander und zwischen Beschaltungs­ bauelementen und abschaltbaren Leistungshalbleitern auch bei Einsatz einer elektrisch leitfähigen Kühlflüssigkeit realisiert sind.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß durch die Integration von elektrischen Verbindungsschienen im Isolierbaugruppenträger trotz des Einsatzes einer elektrisch leitfähigen Kühlflüssigkeit sehr kurze, eng beabstandete, starre und induktivitätsarme Ver­ bindungen in Bifilartechnik zwischen den einzelnen Beschal­ tungsbauelementen und zwischen Beschaltungsbauelementen und abschaltbaren Leistungshalbleitern realisiert sind, was die Schaltfähigkeit von GTO-Thyristoren und Dioden verbessert.

Die durch die Verschienung erzeugte Induktivität ist ein­ deutig und exakt berechenbar und nicht durch Montageein­ flüsse - beispielsweise flexible Leitungsführungen - verän­ derbar. Zudem wird die Montage der Beschaltungsbauelemente selbst wesentlich erleichtert und eine fehlerhafte "Verka­ belung" ist ausgeschlossen. Die zur Spannungsfestigkeit notwendigen Kriechstrecken und Isolationsabstände sind ex­ akt- berechenbar und durch spezielle Ausbildung des Isolier­ baugruppenträgers - beispielsweise mit Rippen - einfach re­ alisierbar.

Durch den Einsatz von Feststoffisolation zwischen den Stromrichterschienen und Bauelemente-Verbindungen und gegen Erde, d. h. gegen Gehäusekomponenten aus elektrisch leitfä­ higem Material werden die erforderlichen räumlichen Ab­ stände im Vergleich zur üblichen Luftstrecken-Isolation drastisch reduziert. Es ergibt sich eine Volumenreduktion um den Faktor 2 bis 3 im Vergleich zur üblichen Technik. Diese Volumenreduktion bewirkt eine Gewichtsreduktion und eine Kostenreduktion.

Vorzugsweise richtet sich die Auslegung der Kriechstrecken und Isolationsabstände nach der maximalen Betriebsspannung, so daß ein- und derselbe Isolierbaugruppenträger universell sowohl für hohe als auch für niedrigere Spannungen einsetz­ bar ist. Durch die Integration der elektrischen Verschie­ nung im Isolierbaugruppenträger sind die Isolationsabstände zudem im Vergleich zu einer offenen, zugänglichen Bauweise drastisch reduziert, wie bereits erwähnt.

Zur Kühlung von wärmeproduzierenden Beschaltungsbauelemen­ ten sind die Bauelemente des Stromrichtermoduls nicht in eine Kühlflüssigkeit eingetaucht, sondern es ist ein Kühl­ flüssigkeitskreislauf vorgesehen, bei dem die Kühlflüssig­ keit - vorzugsweise Brauchwasser mit Frostschutzmittel - in Kanälen zwischen einem externen Rückkühler und verschiede­ nen Kühleinrichtungen innerhalb des Stromrichtermoduls zur Kühlung wärmeproduzierender Bauelemente zirkuliert. In die­ sen Kühlkreislauf ist der Isolierbaugruppenträger über sei­ nen Kühler integriert, der über Isoliermaterial im direkten Wärmekontakt mit wärmeproduzierenden Bauelementen - vor­ zugsweise Dioden, Schienen, Steckkontakten - steht. Weitere Bauelemente, wie Drosseln, Beschaltungswiderstände, weisen eine eigene Kühleinrichtung auf, die ebenfalls an den Kühl­ flüssigkeitskreislauf angeschlossen ist.

Der vorgeschlagene Isolierbaugruppenträger ist universell für Stromrichtermodule mit 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr Phasen einsetzbar, wobei ein Isolierbaugruppenträger alle für eine Phase notwendigen Baukomponenten trägt und je nach Phasen­ anzahl mehrere Isolierbaugruppenträger zu einem Isolierbau­ gruppenträger-Verband zusammengesetzt werden, der über die Zwischenkreisschiene oder Kühlschiene verbunden werden kann. Bei einem Isolierbaugruppenträger-Verband für ein mehrphasiges Stromrichtermodul sind zudem keine zusätzli­ chen raum- und phasenteilenden Mechanikteile erforderlich, was gewichts-, raum- und kostensparend ist und zu einem sehr kompakten Aufbau des Moduls führt. Insgesamt ist der Isolierbaugruppenträger sehr flexibel an unterschiedliche Anforderungen anpaßbar. Sowohl die Herstellung als auch die Ersatzteilbevorratung ist stark vereinfacht - wodurch sich Kostenvorteile ergeben -, da als Grundbauform lediglich der bereits alle Schaltungsbauelemente für eine Phase enthal­ tende Isolierbaugruppenträger benötigt wird und jeder Iso­ lierbaugruppenträger-Verband aus diesen Grundbauformen besteht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Dabei sind insbesondere die Alternativen mit anteilig in die Isolierbaugruppenträger integrierten Zwischenkreis­ schienen vorteilhaft. Es ergibt sich eine Raumeinsparung, da zusätzliche Zwischenkreisschienen außerhalb des Strom­ richtermoduls entfallen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sicht auf die Vorderseite eines Iso­ lierbaugruppenträgers,

Fig. 2 eine Sicht auf die Stirnseite eines Iso­ lierbaugruppenträgers,

Fig. 3 eine Sicht auf die Rückseite eines Isolier­ baugruppenträgers,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Isolierbaugruppen­ trägers,

Fig. 5 einen seitlichen Schnitt durch einen Iso­ lierbaugruppenträger längs einer Schnitt­ linie A-A,

Fig. 6 die Leistungsstrompfadverschienung des Iso­ lierbaugruppenträgers,

Fig. 7 eine Sicht auf die Stirnseite eines Iso­ lierbaugruppenträger-Verbandes,

Fig. 8, 9 eine Sicht auf die Vorderseite sowie eine Seitenansicht eines Isolierbaugruppenträ­ gers gemäß einer ersten Alternative,

Fig. 10, 11 eine Sicht auf die Vorderseite sowie eine Seitenansicht eines mit Baukomponenten be­ stückten Isolierbaugruppenträgers gemäß ei­ ner ersten Alternative,

Fig. 12, 13 eine Sicht auf die Vorderseite sowie eine Seitenansicht eines Isolierbaugruppenträ­ gers gemäß einer zweiten Alternative,

Fig. 14, 15 eine Sicht auf die Vorderseite sowie eine Seitenansicht eines mit Baukomponenten be­ stückten Isolierbaugruppenträgers gemäß ei­ ner zweiten Alternative,

Fig. 16 die Leistungsstrompfadverschienung des Iso­ lierbaugruppenträgers gemäß erster Alterna­ tive,

Fig. 17, 18 unterschiedliche Möglichkeiten der elektri­ schen Verbindung benachbarter Isolierbau­ gruppenträger.

In Fig. 1 ist eine Sicht auf die Vorderseite eines Iso­ lierbaugruppenträgers dargestellt. Der Isolierbaugruppen­ träger wird vorzugsweise als Guß- oder Druckgußteil aus hochwertigem Isoliermaterial, wie Epoxyharz oder Poly­ esterharz hergestellt. Im Isolierkörper sind die elektri­ schen Verbindungsschienen vorwiegend zur Verschienung der GTO-, Dioden- und Thyristorbauelemente integriert (Lei­ stungsstrompfadverschienung) und vorzugsweise spaltfrei und lückenlos "eingegossen" (hermetisch isolierte "Starkstrom­ platine"). Diese Verbindungsschienen sind vorzugsweise bi­ filar ausgebildet und haben minimal mögliche Längen und Abstände zueinander, um einerseits eine induktivitätsarme Verschienung zu erzielen und andererseits den Isolierbau­ gruppenträger möglichst kompakt zu gestalten. Wesentlich ist, daß die Bauelemente-Verbindungen und Schienen herme­ tisch und lückenlos von Isoliermaterial umschlossen sind, um die Volumenreduktion zu erzielen.

Auf der Vorderseite des Isolierbaugruppenträgers 1 sind eingegossene Steckkontaktbuchsen 2 für die Steckkontakte eines Spannverbandes (bestehend aus abschaltbaren Lei­ stungshalbleitern, Kühldosen und gegebenenfalls weiteren Bauelementen, wie Widerständen), eingegossene Steckkontakt­ buchsen 3 zum bedarfsweisen elektrischen Anschluß von in­ nerhalb des Spannverbandes befindlichen, mit Kühldosen thermisch kontaktierten Widerständen, mehrere eingegossene Stützpunkte 4 zur mechanischen Fixierung des Spannverban­ des, eingegossene Steckkontaktbuchsen 5 zum elektrischen Anschluß von Drosseln, Durchbrüche 6 (Aussparungen) zur teilweisen Durchführung von Drosseln sowie mehrere einge­ gossene Befestigungspunkte 7 zur mechanischen Befestigung des Isolierbaugruppenträgers am Gehäuse bzw. Rahmen des Stromrichtermoduls zu erkennen.

Die gestrichelt angedeutete, in die elektrisch isolierende Gießharzmasse des Isolierbaugruppenträgers eingebettete Leistungsstrompfadverschienung 8 dient zur galvanisch lei­ tenden Verbindung zwischen einzelnen Bauteilen des Strom­ richtermoduls untereinander. An der Stirnseite des Isolier­ baugruppenträgers befindliche Steckkontaktbuchsen 9 dienen zum Anschluß von Wandlern/Toroiden.

In Fig. 2 ist eine Sicht auf die Stirnseite eines Isolier­ baugruppenträgers dargestellt. Es sind insbesondere die eingegossenen Steckkontaktbuchsen 9 sowie die eingegossenen Befestigungspunkte 10 für Wandler/Toroide zu erkennen. Mit Ziffer 7 sind wiederum eingegossene Befestigungspunkte zur Montage des Isolierbaugruppenträgers 1 am Rahmen des Strom­ richtermoduls bezeichnet. Der Isolierbaugruppenträger weist einen integrierten Kühler auf, der in Wärmekontakt mit wär­ meproduzierenden Bauelementen - vorzugsweise Beschaltungs­ dioden - steht. Die hydraulischen Anschlüsse 11 (Vor­ lauf/Rücklauf) des Kühlers sind an der Stirnseite des Iso­ lierbaugruppenträgers zugänglich und über Dichtringe an eine Kühlschiene anflanschbar.

In Fig. 3 ist eine Sicht auf die Rückseite eines Isolier­ baugruppenträgers dargestellt. Der Isolierbaugruppenträger 1 weist Aufnahmetaschen 12 für Speicherkondensatoren sowie eingegossene Steckkontaktbuchsen 13 innerhalb dieser Ta­ schen für den elektrischen Anschluß der Speicherkondensato­ ren auf. Die Montage der Speicherkondensatoren erfolgt über einen Kondensatordeckel, der über eingegossene Befesti­ gungspunkte 14 mit dem Isolierbaugruppenträger verbunden wird. Ferner sind eingegossene Steckkontaktbuchsen 15 zur elektrischen Kontaktierung eines RC-Gliedes (Beschaltungs­ bauelement für GTO-Thyristor) sowie die Steckkontaktbuchsen 3 zur Kontaktierung von Widerständen zu erkennen. Die Steckkontaktbuchsen 3 sind durchgängig von der Vorderseite zur Rückseite, so daß der Isolierbaugruppenträger universell sowohl für innerhalb des Spannverbandes angeordnete Widerstände kleinerer Leistung (elektrischer Anschluß er­ folgt über Steckkontaktbuchsen 3 der Vorderseite) als auch für separat innerhalb des Stromrichtermoduls befindliche Widerstände größerer Leistung (elektrischer Anschluß er­ folgt über Steckkontaktbuchsen 3 der Rückseite) geeignet ist.

Fig. 3 zeigt ferner die im Gießharz integrierte Leistungs­ strompfadverschienung 8, die Befestigungspunkte 7 zur me­ chanischen Befestigung des Isolierbaugruppenträgers, die Durchbrüche 6 für die Drosseln sowie die eingegossenen Steckkontaktbuchsen 5 für den elektrischen Anschluß der Drosseln. Die Aussparung 26 (Aufnahmetasche) ermöglicht den präzisen Sitz der vorzugsweise zu einer Einheit mit einer Kühlvorrichtung vormontierten Drosseln. Die Drosselmontage erfolgt über eingegossene Befestigungspunkte 27, wobei die Befestigungspunkte 7 und 27 zumindest teilweise zusammen­ fallen können.

In Fig. 3 ist ferner eine am Grunde einer Aufnahmetasche 17 für Beschaltungsdioden befindliche Kühler-Kontaktfläche 16 des vorstehend bereits erwähnten eingegossenen Kühlers (siehe Ziffer 20 gemäß Fig. 5) zu erkennen. Sowohl der elektrische Anschluß als auch die Montage der Beschaltungs­ dioden erfolgt über elektrische Kontaktflächen 18 für Di­ odenanschluß mit integrierten Gewindebohrungen. Die elek­ trische Isolierung zwischen dem elektrisch geerdeten Kühler und den Beschaltungsdioden erfolgt mittels gut wärmeleiten­ der Isolierscheiben - vorzugsweise AlN-Scheiben -, die auf die Kühler-Kontaktflächen gelegt sind. Über den Beschal­ tungsdioden sind zweckmäßig Beschaltungskondensatoren ange­ ordnet, deren elektrischen Anschlüsse einmal über eingegos­ sene Steckkontaktbuchsen 19 erfolgt und zum anderen mittels einer nicht gezeigten Direktkontaktierung im Kondensator­ deckel. Der Kondensatordeckel ist an Befestigungspunkten 14′ montiert.

Allgemein ist es von Vorteil, daß die zylinderförmigen Kon­ densatoren und die Drosseln bezüglich ihrer Hauptachsen rechtwinklig zum Isolierbaugruppenträger angeordnet sind.

Hierdurch können ohne Änderung des Isolierbaugruppenträgers wahlweise Beschaltungsbauelemente unterschiedlicher Nenn­ werte, wie Spannung, Kapazität, Induktivität usw. und damit unterschiedlicher Baulänge eingesetzt werden, um Stromrich­ termodule unterschiedlicher Art (Spannungsklassen, Lei­ stung) zu schaffen.

In Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Isolierbaugruppen­ trägers 1 dargestellt. Es sind die eingegossenen Steckkon­ taktbuchsen 2, 3, 5, 9, 13, 15, 19, der eingegossene Stütz­ punkt 4, der Befestigungspunkt 27 sowie die Aufnahmetasche 12 für Speicherkondensatoren zu erkennen.

In Fig. 5 ist ein seitlicher Schnitt durch einen Isolier­ baugruppenträger längs einer Schnittlinie A-A dargestellt. Die Schnittlinie A-A ist in den Fig. 1 und 3 gezeigt. Insbesondere ist die Integration der Leistungsstrompfadver­ schienung 8 innerhalb des Isolierbaugruppenträgers 1 deut­ lich zu erkennen. Die Leistungsstrompfadverschienung 8 wird vorzugsweise mit Polyimid beschichtet und erst anschließend im Gießharz eingegossen, wodurch sich eine elastische Ein­ bettung ergibt. Im einzelnen zeigt Fig. 5 eingegossene Steckkontaktbuchsen 2, 5, 9, 13, einen Befestigungspunkt 7, einen Stützpunkt 4 und den integrierten Kühler 20, dessen hydraulischer Anschluß 11 bereits unter Fig. 2 erwähnt ist.

In Fig. 6 ist die Leistungsstrompfadverschienung 8 des Isolierbaugruppenträgers vor dem Einguß dargestellt. Um nachteiligen Wirkungen des "Skineffekts" (beispielsweise ungleichmäßige Erwärmung der stromführenden Leiter) zu be­ gegnen, sind die einzelnen Stromschienen geschichtet aufge­ baut. Die Steckkontaktbuchsen, wie beispielsweise 2, 5, 9 sind galvanisch leitend mit den Stromschienen verbunden.

In Fig. 7 ist eine Sicht auf die Stirnseite eines Isolier­ baugruppenträger-Verbandes schematisch dargestellt. Durch einen derartigen Isolierbaugruppenträger-Verband wird ein mehrphasiges Stromrichtermodul geschaffen. Der Isolierbau­ gruppenträger-Verband 25 weist mehrere Isolierbaugruppen­ träger 1, 21, 22, 23 auf, die derart nebeneinander angeord­ net und mit dem Rahmen des Stromrichtermoduls verbunden sind, daß die hydraulischen Anschlüsse 11 an eine gemein­ same, durchgängige Kühlschiene 24 anflanschbar sind. Die Steckkontaktbuchsen 9 für externe Wandler liegen aufgereiht nebeneinander, so daß ein sehr einfacher externer Anschluß des Stromrichtermoduls ermöglicht wird.

Damit die Kühlschiene nicht nur Dioden, sondern die ge­ samten Isolierbaugruppenträger kühlt, kann sich elastische Wärmeleitpaste zwischen der Kühlschiene und den Isolierbau­ gruppenträgern befinden.

Die vorstehend erwähnten Aufnahmetaschen 12, 17, 26 sind derart ausgebildet, daß ein abgedichteter, rüttelfester Einbau der Bauelemente (insbesondere Kondensatoren, Dioden, Drosseln) unterstützt wird. Dichtringe an den Seitenwandun­ gen der Aufnahmetaschen stellen eine elastische und abge­ dichtete mechanische Verbindung sicher. Das Eindringen von Feuchtigkeit wird verhindert und Kriechwege werden verlän­ gert. Eine ähnliche Montagetechnik kann auch bei den Steck­ kontaktbuchsen erfolgen, indem die Anpreßkraft zwischen Steckkontakten und Buchsen durch einen elastischen O-Ring erhöht wird. Zudem ergibt sich ein Schutz vor Staub und Schmutz, wodurch sich eine dauerhafte Isolation der elek­ trischen Kontakte ergibt. Zur Kriechwegerhöhung und damit zur Erhöhung der maximal anlegbaren Spannung sind zwischen den Steckkontaktbuchsen mit unterschiedlichen Potentialen jeweils Rippenkonturen am Isolierbaugruppenträger vorgese­ hen.

Bei einer ersten Variante des Isolierbaugruppenträgers sind die Toroide/Durchführungen gesteckt und damit nicht inte­ graler Bestandteil des Isolierbaugruppenträgers selbst. In den Fig. 2, 3, 4, 5 und 7 ist diese Variante gestrichelt angedeutet, wobei die Steckbuchse des Toroid/Wandlers mit Ziffer 28 bezeichnet ist.

Bei einer zweiten Variante des Isolierbaugruppenträgers entfällt der die Drosseln tragende Abschnitt des Isolier­ baugruppenträgers, während der Isolierbaugruppenträger im übrigen unverändert bleibt. Diese Variante ist für lei­ stungsschwächere Stromrichtermodule geeignet, bei denen keine leistungsstarken, flüssigkeitsgekühlten Drosseln er­ forderlich sind.

Bei einer dritten Variante des Isolierbaugruppenträgers be­ findet sich der hydraulische Anschluß für den Kühler nicht mehr an der Stirnseite, sondern an der Vorderseite in der Nähe der Spannverband-Montagepunkte. Diese Variante wird vorzugsweise eingesetzt, wenn keine flüssigkeitsgekühlte Drosseln erforderlich sind (siehe zweite Variante).

Bei einer vierten Variante sind die Verbindungen zwischen der Kühlschiene und den einzelnen Isolierbaugruppenträgern derart massiv ausgebildet, daß der Isolierbaugruppenträ­ ger-Verband durch die Kühlschiene mechanisch verstärkt wird, wobei die Kühlschiene quasi als zusätzlicher mechani­ scher Gerüstträger dient.

In Fig. 8 ist eine Sicht ,auf die Vorderseite eines Iso­ lierbaugruppenträgers 29 gemäß einer ersten Alternative dargestellt. Bei dieser ersten Alternative - die in den Fig. 8 bis 11 gezeigt ist - sind im Unterschied zur Grund­ bauform gemäß den Fig. 1 bis 6 zusätzlich die Zwischen­ kreisschienen einer Stromrichterkonfiguration Gleichrichter - Zwischenkreis - Wechselrichter anteilig ("modulteilig") im Isolierbaugruppenträger selbst integriert. Dies gilt auch für die zweite Alternative gemäß den Fig. 12 bis 15, wobei sich erste und zweite Alternative darin unter­ scheiden, daß bei der zweiten Alternative der die Drosseln tragende Abschnitt des Isolierbaugruppenträgers entfällt (siehe auch vorstehend erwähnte zweite Variante der Grund­ bauform). Beim Isolierbaugruppenträger gemäß erster und zweiter Alternative entfallen die Aufnahmetaschen und Kon­ taktbuchsen für aufschraubbare Toroid-Wandler, so daß le­ diglich eine Aufnahmetasche 30 für einen AC-Wandler vorhan­ den ist. Alternativ kann der AC-Wandler-Durchführungsbolzen auch eingegossen sein.

In Fig. 9 ist eine Seitenansicht des Isolierbaugruppenträ­ gers 29 gemäß der ersten Alternative dargestellt. Es ist skizziert angedeutet, daß die Zwischenkreisschienen 31, 32 sowie eine Mittenpotentialschiene 33 im kurzschenkligen Ab­ schnitt des L-förmigen Isolierbaugruppenträgers 29 inte­ griert sind. Die Schienen 31, 32, 33 sind eingegossen, wo­ bei Anschlüsse (siehe Ziffern 49, 50, 51 gemäß Fig. 16) ausgespart sind. Parallel zu den Schienen verlaufen Aufnah­ menuten 35, 36, die Verbindungsbrücken für die Verbindung mit benachbarten Isolierbaugruppenträgern aufnehmen und die bei leistungsstarken Stromrichtergeräten mit hohem Zwi­ schenkreisstrom neben der Verbindung der einzelnen Schienen benachbarter Isolierbaugruppenträger zusätzlich Stromfüh­ rungsaufgaben übernehmen. In Fig. 9 ist ein Toroid-Wandler 34 (di/dt-Wandler) skizziert, der die in den Phasen bzw. aus der Phase ggf. fließenden Kurzschlußstromanstiege er­ faßt. Jeder Schiene 31, 32 ist ein derartiger Toroid-Wand­ ler (Impulswandler) zugeordnet. Diese Toroid-Wandler sind vorzugsweise im Isolierbaugruppenträger eingegossen, wo­ durch sich Kostenvorteile gegenüber eigenen, aufsteckbaren Wandlern ergeben und zudem Raum und Gewicht eingespart werden.

In Fig. 10 ist eine Sicht auf die Vorderseite eines mit Baukomponenten bestückten Isolierbaugruppenträgers gemäß der ersten Alternative dargestellt. Es sind der Spannver­ band 37 mit Halbleiterzellen und Kühlkörpern, der Kühlmit­ telverteiler 38 zur Versorgung der Spannverband-Kühlkörper mit Kühlflüssigkeit, der Kühlmittelanschluß 39 für die Drossel und der AC-Wandler 40 zu erkennen.

In Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines mit Baukomponenten bestückten Isolierbaugruppenträgers gemäß der ersten Alter­ native dargestellt. Die Zwischenkreisschienen 31, 32 und die Mittenpotentialschiene 33 sind wiederum angedeutet. Es sind eine Drossel 41, Kondensatoren 42, eine Beschaltungs­ diode 43, der AC-Wandler 40, der Spannverband 37, der Kühl­ mittelverteiler 38 und der Kühlmittelanschluß 39 für die Drossel zu erkennen.

In den Fig. 12 und 13 sind eine Sicht auf die Vorder­ seite sowie eine Seitenansicht eines Isolierbaugruppenträ­ gers 29′ gemäß der zweiten Alternative dargestellt. Es sind eine Aufnahmetasche 30′ für einen AC-Wandler, die Zwischen­ kreisschienen 31′, 32′, Mittenpotentialschiene 33′ und die Aufnahmenuten 35′, 36′ für Verbindungsbrücken oder Zusatz­ schienen zu erkennen. Diese Version eignet sich auch sehr gut für symmetrische Stromrichterschaltungen, z. B. die Mc- Murray-Schaltung, wobei die Speicherkondensatoren entfallen und die Drossel den derart gebildeten freien Raum ausfüllt (siehe gestrichelte Linie). Der Isolierbaugruppenträger ist somit vorteilhaft universell für unterschiedliche Strom­ richterschaltungen verwendbar.

In den Fig. 14 und 15 sind eine Sicht auf die Vorder­ seite sowie eine Seitenansicht eines mit Baukomponenten be­ stückten Isolierbaugruppenträgers gemäß der zweiten Alter­ native dargestellt. Es sind außer den Zwischenkreisschienen 31′, 32′ und der Mittenpotentialschiene 33′ der Spannver­ band 37′, der Kühlmittelverteiler 38′, der Kühlmittelan­ schluß 39′ für die externe, d. h. nicht am Isolierbaugrup­ penträger selbst angebrachte Drossel, der AC-Wandler 40′, die Kondensatoren 42′ und die Beschaltungsdiode 43′ zu er­ kennen. Der Kühlmittelanschluß 39′ führt über eine Kühlmit­ telleitung 44 zur externen Drossel.

In Fig. 16 ist die Leistungsstrompfadverschienung 45 des Isolierbaugruppenträgers gemäß erster Alternative darge­ stellt. Die Leistungsstrompfadverschienung 45 weist zusätz­ lich zur Leistungsstrompfadverschienung 8 gemäß Fig. 6 die vorstehend bereits erwähnten Zwischenkreisschienen 31, 32 sowie die Mittenpotentialschiene 33 auf. Die Toroid-Wandler 34 umgreifen Leiterquerschnittsverengungen 46 an den Ver­ bindungen zwischen den Zwischenkreisschienen und der übri­ gen Leistungsstrompfadverschienung. Die mit Hilfe der To­ roid-Wandler 34 produzierten Signalspannungen bei Stromän­ derung sind über Anschlußleitungen 47 abgreifbar. Mit Zif­ fer 48 ist die Steckkontaktbuchse oder die Aufschraubfläche für einen festen Durchführungswandlerbolzen für den AC-Wandler bezeichnet.

Um bei einer Mehrphasenanordnung die Zwischenkreisschienen 31, 32 und die Mittenpotentialschiene 33 in einfacher Weise mit benachbarten Zwischenkreisschienen und Mittenpotential­ schienen elektrisch kontaktieren zu können (siehe Isolier­ baugruppenträger-Verband gemäß Fig. 7), sind die Zwischen­ kreisschienen 31 bzw. 32 mit Anschlüssen 49 bzw. 50 sowie die Mittenpotentialschiene 33 mit Anschlüssen 51 versehen. In den Fig. 17 und 18 ist dargestellt, welche Möglich­ keiten hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung der Schienen 31, 32, 33 benachbarter Isolierbaugruppenträger bestehen.

In Fig. 17 sind zwei Leistungsstrompfadverschienungen 45, 45′ von zwei benachbarten Isolierbaugruppenträger zu erken­ nen, deren Zwischenkreisschienen und Mittenpotentialschie­ nen über Verbindungsbrücken 52, 53 elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei sind die Verbindungsbrücken 52, 53 beispielsweise mit den Anschlüssen 49, 50, 51 der Schienen verschraubt. Die Verbindungsbrücken 52 liegen in den Auf­ nahmenuten 35, 36. Diese erste Möglichkeit der Schienenver­ bindung wird im unteren und mittleren Leistungsbereich ein­ gesetzt, wobei zu gewährleisten ist, daß die über die Schienen 31, 32, 33 und Verbindungsbrücken 52, 53 fließen­ den Ströme nicht zu einer unzulässig hohen thermischen Be­ lastung führen.

Im oberen Leistungsbereich bei hoher Strombelastung kommt die in Fig. 18 dargestellte zweite Möglichkeit der Schie­ nenverbindung benachbarter Leistungsstrompfadverschienungen 45, 45′ zum Einsatz. Hierbei dienen Zusatzschienen 54 zur Verbindung der Zwischenkreisschienen über deren Anschlüsse 49, 50. Diese Zusatzschienen 54 nehmen neben der Verbin­ dungsaufgabe zusätzlich Stromführungsaufgaben wahr. Die Mittenpotentialschienen werden wie auch beim Beispiel gemäß Fig. 17 über Verbindungsbrücken 53 elektrisch kontaktiert.

Bei den vorstehend erläuterten Alternativen mit im Isolier­ baugruppenträger integrierten anteiligen Zwischenkreis­ schienen ist es darüberhinaus in einfacher Weise möglich, die Zwischenkreisschienen mit zusätzlichen Anschlüssen für die Verbindung mit extern angeordneten Zwischenkreiskonden­ satoren und/oder Zwischenkreisinduktivitäten zu versehen.

Claims (17)

1. Flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit minde­ stens einem abschaltbaren Leistungshalbleiter und einer aus mehreren Bauelementen - wie Kondensator, Drossel und Diode - bestehenden Beschaltung für den abschaltbaren Leistungs­ halbleiter, dadurch gekennzeichnet,

• - daß alle wesentlichen Bauelemente der Beschaltung für einen abschaltbaren Leistungshalbleiter auf einem einzigen Isolierbaugruppenträger (1, 21 bis 23, 29, 29′) angeordnet sind,
• - daß der Isolierbaugruppenträger mit einer integrier­ ten elektrischen Leistungsstrompfadverschienung (8, 45, 45′) zur Verschaltung der Beschaltungsbauele­ mente und mit elektrischen Anschlüssen (2, 3, 5, 9, 13, 15, 18, 19) zur Kontaktierung der Be­ schaltungsbauelemente und Beschaltungsanschlüsse ver­ sehen ist,
• - daß der Isolierbaugruppenträger Mittel (4, 6, 10, 12, 14, 17, 26, 27) zur mechanischen Befestigung der Beschaltungsbauelemente aufweist,
• - daß im Isolierbaugruppenträger mindestens ein Flüs­ sigkeitskühler zur Kühlung wärmeproduzierender Bau­ elemente integriert ist,
• - daß der Isolierbaugruppenträger als Guß- oder Druck­ gußteil aus hochwertigem Isoliermaterial, wie Epoxy­ harz oder Polyesterharz herstellbar ist, und
• - daß bei einem mehrphasigen Stromrichtermodul ein Iso­ lierbaugruppenträger je Phase vorgesehen ist, wobei die einzelnen Isolierbaugruppenträger aneinanderreih­ bar und zu einem Isolierbaugruppenträger-Verband (25) verbindbar sind.

2. Stromrichtermodul nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isolierbaugruppenträger (1, 21 bis 23, 29, 29′) Steckkontaktbuchsen (2) für die Steckkontakte eines Spannverbandes und/oder Steckkontaktbuchsen (3, 5, 9, 13, 15, 19) für den Anschluß von Widerständen und/oder Drosseln und/oder Wandlern/Toroiden und/oder Speicherkon­ densatoren und/oder RC-Gliedern und/oder Dioden und/oder Beschaltungskondensatoren aufweist.

3. Stromrichtermodul nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steckkontaktbuchsen (3) zumindest teil­ weise durchgängig verlaufen, um den beidseitigen Anschluß von Bauelementen unterschiedlicher Leistungsklassen und/oder Spannungsklassen zu ermöglichen.

4. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Bauele­ mente, wie Kondensatoren, Drosseln und Dioden in Aufnahme­ taschen (12, 17, 26) des Isolierbaugruppenträgers tauchen, die eine mechanische Befestigung und elektrische Isolierung unterstützen, wobei elastische Dichtringe an den Seitenwan­ dungen der Aufnahmetaschen vorgesehen sind.

5. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Bauele­ mente, wie Drosseln, teilweise in Aussparungen (6) des Iso­ lierbaugruppenträgers mechanisch fixiert sind.

6. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Bauele­ mente bezüglich ihrer Hauptachse rechtwinklig zum Isolier­ baugruppenträger angeordnet sind, so daß Bauelemente unter­ schiedlicher Baulänge einsetzbar sind.

7. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstrompfadver­ schienung (8, 45, 45′) geschichtet aufgebaut ist, um dem Skineffekt entgegenzuwirken.

8. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstrompfadver­ schienung (8, 45, 45′) mit Polyimid beschichtet ist und erst anschließend in Isoliermaterial eingebettet wird.

9. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Stromsensoren in Form von Toroiden/Wandlern integraler Bestandteil des Isolierbau­ gruppenträgers (1, 21 bis 23, 29, 29′) sind.

10. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Anschlüsse (11) des Kühlers (20) über Dichtringe an eine Kühlschiene (24) anflanschbar sind.

11. Stromrichtermodul nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlschiene (24) bei Aneinanderreih­ ung mehrerer Isolierbaugruppenträger nebeneinander die me­ chanische Verbindung des derart gebildeten Isolierbaugrup­ penträger-Verbandes (25) unterstützt.

12. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstrompfadver­ schienung (45, 45′) zusätzlich die Zwischenkreisschienen (31, 31′, 32, 32′) eines mehrphasigen Isolierbaugruppenträ­ ger-Verbandes (25) enthält.

13. Stromrichtermodul nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leistungsstrompfadverschienung (45, 45′) zusätzlich eine Mittenpotentialschiene (33, 33′) eines mehrphasigen Isolierbaugruppenträger-Verbandes (25) enthält.

14. Stromrichtermodul nach Anspruch 12, ge­ kennzeichnet, daß DC-Wandler (34) an Leiterquerschnittsver­ engungen (45, 45′) der Zu/Ableitungen zu/von den Zwischen­ kreisschienen (31, 31′, 32, 32′) angeordnet und im Isolierbau­ gruppenträger integriert sind.

15. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Lei­ stungsstrompfadverschienungen (45, 45′) und insbesondere der Zwischenkreisschienen und/oder Mittenpotentialschienen be­ nachbarter Isolierbaugruppenträger über Verbindungsbrücken (52, 53) erfolgt, wobei die Zwischenkreisschienen und/oder Mittenpotentialschiene mit hierzu geeigneten Anschlüssen (49, 50, 51, 51′) versehen sind.

16. Stromrichtermodul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Lei­ stungsstrompfadverschienungen (45, 45′) und insbesondere der Zwischenkreisschienen benachbarter Isolierbaugruppenträger über Zusatzschienen (54) erfolgt, die neben der Verbin­ dungsaufgabe zusätzlich Stromführungsaufgaben erfüllen, wo­ bei die Zwischenkreisschienen mit hierzu geeigneten An­ schlüssen (49, 50) versehen sind.

17. Stromrichtermodul nach den Ansprüchen 15 und/oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücken (52, 53) und/oder Zusatzschienen (54) in Aufnahmenuten (35, 35′, 36, 36′) der Isolierbaugruppenträger integrierbar sind.