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Betriebsfestigkeit eines Leistungselektronikmoduls

 

Ein Leistungselektronikmodul soll im Fahrzeug direkt an die Kupplungsglocke angeschraubt werden und sieht deshalb hohe Schwingungspegel. An einem ersten Prototyp soll rechnerisch und experimentell untersucht werden, ob die hohen Schwingungspegel zur Schädigung des Moduls führen können. Gegebenfalls sollen Maßnahmen entwickelt werden, um diese Schäden zu vermeiden.

Die obere Abbildung zeigt das Schwingungsmodell des Leistungselektronikmoduls, das schrittweise aufgebaut wurde. Dabei wurden auf Bauteil- und Baugruppenebene Abgleiche mit Ergebnissen aus experimentellen Modalanalysen durchgeführt. Das Gesamtmodell reproduziert alle wesentlichen Eigenfrequenzen des Moduls bis 400 [Hz] mit einer Genauigkeit von unter 5%. In der mittleren Abbildung ist beispielhaft die Eigenschwingungsform bei 127 [Hz] dargestellt.

Das Schwingungsmodell wurde verwendet, um die bei Fußpunkterregung auftretenden Beanspruchungen zu berechnen. Die Fußpunktbeschleunigungen wurden dabei aus Spezifikationen des Fahrzeugherstellers entnommen. Die untere Abbildung zeigt die Beanspruchungen in den Stromschienen bei Fußpunkterregung mit 127 [Hz] quer zum Elektronikmodul. Bei dieser und einigen weiteren Resonanzstellen liegen die Beanspruchungen in den Stromschienen sowie in einigen Lötverbindungen deutlich über der Wechselfestigkeit der verwendeten Werkstoffe. Dies bestätigte sich im Shaker-Test.

Aus dem Schwingungsmodell konnten Optimierungsmaßnahmen zur Reduktion der Beanspruchungen abgeleitet werden. Diese betrafen die Kopplung des Moduls an sein Gehäuse, die Anbindung der sich am Ende des Moduls befindenden Spule sowie die Kopplung zwischen den Stromschienen und der Frontplatte.

PDF-Download
LEM Betriebsfestigkeit 1

FE-Modell des Leistungselektronikmoduls ohne Gehäuse

LEM Betriebsfestigkeit 2

kritische Eigenschwingungsform bei 127 [Hz]

LEM Betriebsfestigkeit 3

Spannungen in den Stromschienen bei 127 [Hz]

© ISMB Dautermann GmbH