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