DE102006058629B3

DE102006058629B3 - Kühlanordnung für einen Kondensator

Info

Publication number: DE102006058629B3
Application number: DE102006058629A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Fahrenbach
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: US20080141875A1; US7859819B2

Abstract

Der erfindungsgemäße Energiespeicher (1) arbeitet mit einer Verdampfungskühlung, bei der die Siedetemperatur einer mit Kondensatoren (2, 3, 4) in wärmeaustauschender Beziehung stehenden Flüssigkeit zur Begrenzung der Arbeitstemperatur der Kondensatoren (2, 3, 4) genutzt wird. Der Energiespeicher weist eine thermische Kondensationseinrichtung auf, um den aus der Kühlflüssigkeit entstandenen Dampf zu kondensieren und in den Flüssigkeitskörper (22) zurückzuführen. Vorzugsweise arbeitet der so etablierte Kreislauf schwerkraftgetrieben. Zur Erhöhung der konstruktiven Freiheitsgrade kann auch eine Pumpe zur Rückförderung des entstehenden Kondensats eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für einen oder mehrere Kondensatoren, einen Energiespeicher für Pressen oder Pressenanlagen sowie eine Pressenanlage.
An Pressenanlagen, Pressen oder sonstigen Produktionseinrichtungen vorhandene Antriebe weisen häufig einen zeitlich sehr starkschwankenden Energiebedarf auf. Die Antriebe entnehmen ihre Leistung direkt oder unter Zwischenschaltung von Umrichtern einem Energieversorgungsnetz. Die unterschiedlichen Energieaufnahmen der einzelnen Antriebe überlagern sich zu einem Gesamtenergiebedarf, der zeitlich schwankt. Mit Einführung moderner Umrichtertechnik sind Antriebe mehr und mehr in der Lage, dem Netz entnommene Energie zumindest teilweise wieder in das Netz zurückzuspeichern. Beispielsweise kann dem Netz Energie entnommen werden, um einen Antrieb zu beschleunigen. Soll der Antrieb wieder stillgesetzt werden, kann dies zu Rückspeisung von Energie in das Netz führen. Dies verstärkt die Schwankungen der Leistungsaufnahme von Maschinen und Anlagen.
Beispielsweise offenbart die DE 198 21 159 A1 eine Tiefziehpresse, deren Stößel durch Servomotoren über Spindeln angetrieben ist. Das Ziehkissen ist ebenfalls über Spindeln durch Servomotoren angetrieben. Die verschiedenen Servomotoren des Stößels sind untereinander durch elektrische Wellen verbunden. Ebenso sind die Servomotoren des Ziehkissens durch elektrische Wellen verbunden. Beide Servomotorgruppen sind programmgesteuert ansteuerbar.
Die vielen verschiedenen Servomotoren erzeugen schwankende Netzbelastungen. Dies kann spätestens dann stören, wenn mehrere parallel arbeitende Maschinen gleichzeitig Spitzenlast haben und durch diese zufällige oder auch systematisch erforderliche Synchronisierung die Energieaufnahmephasen verschiedener Antriebe gleichzeitig und evtl. auch die Energierückspeisephasen verschiedener Antriebe gleichzeitig stattfinden.
Dieses Problem kann sich z. B. bei der Presse nach der DE 10 2005 026 818 A1 stellen, bei der verschiedene Elektroantriebe für die Hauptbewegung des Stößels und die Nebenbewegung der Werkstücktransportelemente über Energiespeicher und/oder Energieaustauschmodule miteinander verbunden sind.
Werden Energiespeicher vorgesehen, tritt in diesen gerade bei fortwährend periodisch arbeitenden Pressen ein ständiges Laden und Entladen der Energiespeicher auf. Werden als Energiespeicher beispielsweise Kondensatoren verwendet, führen die beim Laden und Entladen der Elektroden fließenden Ströme an den Elektroden zu erheblichen Wärmeverlusten, die die Lebensdauer der Kondensatoren senken und bis zur Zerstörung führen können.
Dazu schlägt die DE 10 2004 063 986 A1 für Schienenfahrzeuge, insbesondere Straßenbahnen, eine Flüssigkeitskühlung von entsprechenden Kondensatormodulen vor. Dazu sind die Kondensatoren in Wärmeaustausch mit flüssigkeitsführenden Räumen oder Leitungen angeordnet, wobei die Kühlflüssigkeit die aufgenommene Abwärme an anderer Stelle wieder abgibt. Außerdem wird eine Kühlung nach dem Prinzip einer so genannten Heat Pipe vorgeschlagen.
Schienenfahrzeuge benötigen für einen einzelnen Anfahrvorgang relativ viel Energie, während bei einem Bremsvorgang eine fast ebenso große Energiemenge frei wird und von den Kondensatormodulen aufzunehmen ist. Anfahr- und Bremsvorgänge finden aber in erheblichen zeitlichen Abständen statt, so dass für die Abführung der Abwärme geraume Zeit zur Verfügung steht. Das Kühlmedium, beispielsweise entionisiertes Wasser, hat eine hohe Wärmekapazität und kann deshalb relativ große Wärmebeträge aufnehmen und zwischenpuffern.
Zudem ist aus der DE 198 26 733 A1 ein Kühlsystem für die Leistungselektronik eines elektrischen Aggregats eines Kraftfahrzeugs bekannt. Ein die Leistungselektronik umfassendes Modul ist in dem Kühlsystem in ein Bad aus einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit eingetaucht, deren Siedetemperatur niedriger ist als die zulässige Betriebstemperatur der Bauteile der Elektronik. Die Leistungselektronik bringt die Flüssigkeit in Betrieb zum Sieden, wodurch sie gekühlt wird. Der entstehende Dampf wird kondensiert und rückgeführt.
Bei Pressenanlagen wechseln Energieaufnahme und -abgabe im Sekundentakt, bei Großteilstufenpressen beispielsweise im Takt von vier oder fünf Sekunden. Im gleichen Takt müssen die Kondensatoren Energie aufnehmen und abgeben, wodurch sie praktisch permanent Wärme freisetzen. Hierzu gilt es, ein leistungsfähiges Kühlsystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit der Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dem Energiespeicher nach Anspruch 9 sowie auch der Pressenanlage nach Anspruch 10 gelöst:
Der erfindungsgemäße Energiespeicher weist zumindest einen elektrischen Kondensator, vorzugsweise mehrere gleicher oder unterschiedlicher Bauart auf, die in zumindest einem Außengehäuse angeordnet sind. Sie stehen dort mit einem Flüssigkeitskörper in Wärmeaustausch, der die Kondensatoren kühlt, indem er siedet. Dem Flüssigkeitskörper wird andererseits fortwährend Kondensat zugeführt, das in einer thermischen Kondensationseinrichtung anfällt. Somit kann der Flüssigkeitskörper eine Grenztemperatur, nämlich seine Siedetemperatur, nicht überschreiten. Er bildet somit eine Wärmesenke mit konstanter Temperatur für die in den Kondensatoren anfallende Verlustwärme. Somit kann wirksam verhindert werden, dass die Kondensatoren überhitzen.
Zwischen den Kondensatoren sind Verdampferräume angeordnet, die vertikal orientiert sind. Somit haben die in den Verdampferräumen entstehenden Gas- oder Dampfblasen freien Zutritt zu dem Flüssigkeitsspiegel des Flüssigkeitskörpers. Der Flüssig keitsspiegel ist vorzugsweise etwa kurz ober- oder unterhalb der oberen Stirnseiten der einzelnen Kondensatoren angeordnet. Dies hat den Vorzug, dass die Kondensatoren auf ganzer Höhe gekühlt werden und der Flüssigkeitskörper der verdampfenden Flüssigkeit an der gesamten Oberfläche der betroffenen Kondensatoren eine einheitliche Temperatur festlegt.
Es ist vorgesehen, die Verdampferräume und die Kondensatoren durch Wärmeleitung und/oder durch Vermittlung einer weiteren Flüssigkeit in wärmeaustauschende Beziehung zu bringen. Die wärmeaustauschende weitere Flüssigkeit kann beispielsweise Öl oder ein anderes Wärmeträgerfluid sein. Dies hat den Vorzug, dass als Flüssigkeitskörper für die verdampfende Flüssigkeit eine Flüssigkeit gewählt werden kann, die für eine direkte Berührung der Kondensatoroberflächen, beispielsweise wegen ihrer Lösungsmitteleigenschaften, wegen ihres Eindringvermögens oder wegen anderer nachteiliger Eigenschaften nicht geeignet wäre. Diese Flüssigkeit kann in eigene Verdampfersysteme eingeschlossen sein, deren Innendruck von dem Innendruck des Außengehäuses und der Kondensatoren erheblich abweicht. Beispielsweise kann es sich bei der Flüssigkeit um unter hohem Druck stehendes Kohlendioxid handeln. Die Druckeinwirkung wird von den Kondensatoren fern gehalten. Auch können organische Lösungsmittel, Kohlenwasserstoffe, FCKW, Schwefelkohlenstoff oder sonstige leicht siedende Flüssigkeiten zur Verdampfungskühlung angewendet werden.
Der vorgestellte Energiespeicher eignet sich in allen Ausführungsformen für eine Presse oder Pressenanlage zum Zwischenpuffern kurzzeitig anfallender Energiemengen. Durch die wirksame Kühlung wird eine Verminderung der Lebensdauer der Kondensatoren vermieden. Als Kondensatoren kommen elektrische Doppelschichtkondensatoren mit hohen Kapazitätswerten in Betracht.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
1 einen nicht erfindungsgemäßen Energiespeicher in einfacher Ausführungsform in schematischer Darstellung,
2 eine abgewandelte Ausführungsform des Energiespeichers nach 1 in schematisierter Darstellung,
3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichers in schematisierter Darstellung,
4 ein Energiemanagementsystem einer Pressenanlage, mit Energiespeicher nach 1 bis 3 und
5 eine abgewandelte Ausführungsform des Energiemanagementsystems nach 4 in ausschnittsweiser schematisierter Darstellung.
In 1 ist ein nicht erfindungsgemäßer Energiespeicher 1 veranschaulicht, der z. B. als Energiepuffer für eine Pressenanlage Anwendung finden kann, die eine Ziehpresse gemäß DE 198 21 159 A1 oder auch in konventioneller Bauweise mit motorgetriebenem Stößel und hydraulischem Ziehkissen sowie weitere Pressen aufweist. Insbesondere eignet sich der Energiespeicher 1 jedoch für Pressen und sonstige Bearbeitungsmaschinen mit ein oder mehreren Servoantrieben, die periodisch beschleunigt und verlangsamt werden, insbesondere wenn diese Servoantriebe mit größeren dynamischen Lasten verbunden sind.
Zu dem Energiespeicher 1 gehören ein oder mehrere elektrische Kondensatoren 2, 3, 4, die vorzugsweise als elektrische Doppelschichtkondensatoren, so genannte Super Caps oder auch Ultra Caps bezeichnet werden. Sie weisen jeweils eine Kapazität von mehreren Hundert bis mehreren Tausend Farad auf. Die einzelnen Kondensatoren 2, 3, 4 haben in der Regel relativ niedrige Maximalspannungen von z. B. 2,5 Volt. Zur Erhöhung der nutzbaren Spannung sind mehrere solcher Kondensatoren 2, 3, 4 elektrisch in Reihe geschaltet. Jeder Kondensator 2, 3, 4 kann jedoch auch für sich bereits aus einer Reihenschaltung mehrerer Kondensatoren bestehen und somit als Kondensatormodul angesehen werden.
Jeder Kondensator 2, 3, 4 weist ein Kondensatorgehäuse 5, 6, 7 auf, aus dem elektrische Anschlüsse 8, 9, 10, 11, 12, 13 heraus ragen. Die Anschlüsse 8 bis 13 sind untereinander zur Herstellung einer elektrischen Serienschaltung verbunden, deren Enden an Energiespeicheranschlüsse 14, 15 angeschlossen sind.
Die Kondensatoren 2, 3, 4 sind von einem Außengehäuse 16 aufgenommen, das einen Innenraum 17 vorzugsweise dicht umschließt. Der dichte Abschluss wird vorzugsweise auch dann aufrechterhalten, wenn sich zwischen der Umgebung und dem Innenraum 17 ein Druckunterschied ergibt. Es können Berstventile vorgesehen sein, um die Ausbildung eines zu großen Überdrucks in dem Innenraum 7 zu vermeiden.
Die Kondensatoren 2, 3, 4 sind vorzugsweise aufrecht stehend in einem unteren Bereich des Innenraums 17 angeordnet, wobei die Energiespeicheranschlüsse 14, 15 aus dem Außengehäuse 16 heraus geführt sind. Alternativ kann zumindest einer der Energiespeicheranschlüsse 14 oder 15 mit dem Außengehäuse 16 verbunden sein, das dann selbst als elektrischer Anschluss dient. Zumindest einer der beiden Energiespeicheranschlüsse 14 oder 15 ist isoliert aus dem Außengehäuse 16 heraus geführt.
Zwischen den Kondensatoren 2, 3, 4 und um diese herum, sind Verdampferräume 18 bis 21 festgelegt, die von einem Flüssigkeitskörper 22 gefüllt sind. Der Flüssigkeitskörper besteht aus einer freien inerten Flüssigkeit, beispielsweise einem FCKW oder einem anderen, die Kondensatoren 2, 3, 4 nicht schädigenden Stoff mit niedrigem Siedepunkt. Zur Verminderung des Siedepunkts der Flüssigkeit kann der in dem Innenraum 17 herrschende Druck auch auf einen Minimaldruck abgesenkt sein, der erheblich niedriger ist als der Umgebungsdruck.
Der Flüssigkeitskörper 22 bildet etwa auf Höhe der oberen Stirnseiten der Kondensatoren 2, 3, 4 oder oberhalb derselben einen Flüssigkeitsspiegel 23 aus, oberhalb dessen ein freier Dampfraum vorhanden ist. Die Oberseite des Außengefäßes 16 ist als wärmeleitende Gehäusewand 24 ausgebildet, die zur Verbesserung der Wärmeableitung mit Rippen 25 oder sonstigen, die Größe der wärmeabgebenden Oberfläche vergrößernden Mitteln versehen sein kann. Sie bildet eine Kondensationseinrichtung 28.
Zur Unterstützung und Überwachung der Funktion kann an dem Außengehäuse 16 ein Temperatursensor 26 angeordnet sein, der vorzugsweise unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 23 positioniert ist, um die Temperatur des Flüssigkeitskörpers 22 zu erfassen. Außerdem kann an dem Außengehäuse 16 ein Drucksensor 27 vorgesehen sein, um den in dem Innenraum 17 herrschenden Druck zu erfassen. Der Temperatursensor 26 und der Drucksensor 27 geben elektrische Signale an eine Überwachungseinrichtung ab, um den Betrieb des Energiespeichers 1 zu überwachen.
Der Energiespeicher 1 arbeitet wie folgt:
In Betrieb geht von den Kondensatoren 2, 3, 4, wenn diese in schneller Folge geladen und entladen werden, ein Wärmestrom aus, der unmittelbar in den sie umspülenden Flüssigkeitskörper 22 gelangt. Die Flüssigkeit wird bis zu ihrem Siedepunkt, beispielsweise 30°C oder 40°C erwärmt, womit sie zu sieden beginnt. Die Siedetemperatur wird anhand der Auswahl der Flüssigkeit und der Festlegung des Drucks in dem Innenraum 17 so festgelegt, dass sie mit ausreichendem Sicherheitsabstand unterhalb der Maximaltemperatur der Kondensatoren 2, 3, 4 liegt.
Wenn die Flüssigkeit des Flüssigkeitskörpers 22 zu sieden beginnt, steigen zwischen den Kondensatoren 2, 3, 4 Dampfblasen auf. Der Dampf hat die Temperatur der siedenden Flüssigkeit und steigt zu der Gehäusewand 24 auf. Diese hat Umgebungstemperatur (beispielsweise 25°C), womit der Dampf dort kondensiert und an der Innenwand des Außengehäuses 16 nach unten zurückfließt, um den Flüssigkeitskörper 22 wieder aufzufüllen. Die Gehäusewand 24 bildet dadurch die thermische Kondensationseinrichtung 28 für den aus dem Flüssigkeitskörper 22 aufsteigenden Dampf.
Die Kondensatoren 2, 3, 4 werden auf die genannte Weise wirksam gekühlt, so dass sie unter Ausnutzung ihrer vollen Kapazität in schneller Folge geladen und entladen werden können.
2 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichers 1. Während bei dem Energiespeicher 1 nach 1 Verdampfung und Kondensation der Flüssigkeit in ein und demselben Innenraum 17 stattfindet, und die Kondensationseinrichtung 28 Teil des Außengehäuses 16 ist, ist bei der Ausführungsform nach 2 die Kondensationseinrichtung 28 von dem Außengehäuse 16 gesondert ausgebildet. Für die Ausführungsform nach 2 gilt die vorstehende Beschreibung mit Ausnahme der nachfolgend erläuterten Besonderheiten entsprechend:
Das Außengehäuse 16 weist oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 23 einen freien Dampfraum auf. Eine an die Oberseite angeschlossene Leitung 29 führt den Dampf in eine weitere Kammer 30, die einen Kondensator zur Kondensation des Dampfes und somit die Kondensationseinrichtung 28 bildet. Die in 2 schematisch veranschaulichte Kammer 30 ist allseits geschlossen und weist eine thermisch leitfähige Wandung auf, über die sie die Kondensationswärme des Dampfs an die Umgebung abgibt. Somit kann sich an ihrem Boden ein Flüssigkeitskörper 31 sammeln, der aus Kondensat besteht. Das Kondensat fließt über eine von dem Boden der Kammer 30 abzweigende Leitung 32 in das Außengehäuse 16 zurück. Die Leitungen 29, 32 sind beispielsweise vertikal angeordnet und münden an oder in der Kammer 30 auf unterschiedlichen Höhen.
Vorzugsweise ist die Kammer 30 über dem Außengehäuse 16 angeordnet. Muss die Kammer 30 aus konstruktiven oder sonstigen Gründen auf gleicher Höhe oder unterhalb des Außengehäuses 16 angeordnet werden, ist dies möglich, wenn in der Leitung 32 eine Pumpeinrichtung und gegebenenfalls ein Rückschlagventil angeordnet wird, Die Pumpeinrichtung kann dafür sorgen, dass das in der Kammer 30 anfallende Kondensat in das die Kondensatoren 2, 3, 4 umgebende Außengehäuse rückgefördert wird.
Der Vorzug dieser Ausführungsform liegt darin, dass die wärmeabgebende Stelle relativ weit von den Kondensatoren 2, 3, 4 entfernt angeordnet werden kann.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichers 1. Es gilt die zur 1 gegebene Beschreibung entsprechend. Ergänzend gilt die nachfolgende Beschreibung:
Das Außengehäuse 16 ist mit einer Flüssigkeit 33 gefüllt, deren Verdampfungstemperatur oberhalb der Betriebstemperatur der Kondensatoren 2, 3, 4 liegt und die in Betrieb des Energiespeichers 1 nicht verdampft sondern flüssig bleibt. Sie füllt alle Hohlräume des Außengehäuses 16 vorzugsweise vollständig aus. Gegebenenfalls kann eine kleinere Luftblase als Druckausgleichspuffer vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Druckausgleichsgefäß angeschlossen sein, über das die Flüssigkeit 33 mit dem Umgebungsdruck in Verbindung steht. Die elektrischen Anschlüsse der Kondensatoren 2, 3, 4 sind nicht veranschaulicht. Sie können, wie vorstehend beschrieben, durch die Außenwand 16 nach außen geführt sein. Die Flüssigkeit 33 ist vorzugsweise eine elektrisch hoch isolierende Flüssigkeit, wie beispielsweise Trafoöl.
Zwischen den Kondensatoren 2, 3, 4 sind Zwischenräume vorhanden, in die allseits geschlossene druckfeste Rohre 34, 35 ragen. Diese weisen Innenräume auf, deren untere Enden die Verdampferräume 19, 20 bilden. Diese vorzugsweise zylindrischen, vorzugsweise aus gut wärmeleitfähigem Metall bestehenden Rohre sind an ihrer unteren und oberen Stirnseite jeweils geschlossen. Sei enthalten Flüssigkeitskörper 22a, 22b aus einer leicht siedenden Flüssigkeit, beispielsweise unter Druck stehenden CO₂ oder einer anderen als Wärmeträger gut geeigneten Flüssigkeit. Vorzugsweise wird der Siedepunkt auf eine relativ niedrige, wenig oberhalb der Umgebungstemperatur liegende Temperatur eingestellt, indem die hermetisch geschlossenen Rohre 34, 35 unter entsprechendem Druck stehen. Die Rohre 34, 35 ragen durch das Außengehäuse 16, beispielsweise seine obere Wand, nach außen schräg oder auch vertikal nach oben. An ihren oberen Enden tragen sie einen Kühlkörper 36, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer. Mit diesem stehen sie in inniger wärmeübertragender Beziehung. In den Rohren 34, 35 können gleiche oder unterschiedliche Drücke herrschen. Die Rohre 34, 35 können die Kondensatoren 2, 3, 4 stellenweise berühren, um den Wärmeübergang von den Kondensatoren 2, 3, 4 auf die Rohre 34, 35 zu verbessern.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die von den Kondensatoren 2, 3, 4 ausgehende Wärme zunächst auf die Flüssigkeit 33 übertragen, die die Wärme konvektiv an die Rohre 34, 35 abführt. Die Rohre 34, 35 übertragen die aufgenommene Wärme an die innen stehenden Flüssigkeitskörper 22a, 22b, die somit zu sieden beginnen. Der aufsteigende Dampf erreicht die oberen Enden der Rohre 34, 35, die über den Kühlkörper 36 auf einer relativ niedrigen Temperatur von beispielsweise 30° gehalten werden. Der an den oberen Rohrenden kondensierende Dampf fließt von der Schwerkraft getrieben zurück und ergänzt den unten bei geringfügig höherer Temperatur siedenden Flüssigkeitskörper fortwährend.
Der Vorzug dieser Ausführungsform liegt darin, dass einerseits die Wärmeübertragung mittels der Rohre 34, 35 und der in ihnen siedenden Flüssigkeit hinsichtlich Wahl der Flüssigkeit und ihres Arbeitsdrucks optimiert werden kann und dass andererseits die Kondensatoren 2, 3, 4 in einer inerten elektrisch isolierenden Umgebung angeordnet werden können, die, falls gewünscht, unter Umgebungsdruck steht.
4 veranschaulicht ein Energiemanagementsystem einer Produktionsmaschine, beispielsweise einer Pressenanlage. Von einem Netz 37 herkommend erhält die Anlage 38 Elektroenergie. Eine entsprechende Umrichterbaugruppe 39 enthält eine Steuereinrichtung sowie Gleich- und Wechselrichter. Die Umrichterbaugruppe erzeugt aus der Netzspannung eine Zwischenkreisgleichspannung, die über verschiedene Wechselrichter einzelne Antriebe 40, 41, 42 speist. Die Umrichterbaugruppe 39 verbindet den Gleichspannungszwischenkreis außerdem mit einem oder mehreren Energiespeichern 1 gemäß eines der vorstehenden Ausführungsbeispiele. Der Energiespeicher 1 wird unter Ausnutzung seiner maximalen Kapazität dazu eingesetzt, von den Antrieben 40, 41, 42 herkommende rückgespeiste Energien aufzunehmen, sofern sie nicht von anderen Antrieben verbraucht werden können und in solchen Phasen das Netz 37 vor Rückspeisung zu bewahren. In Schwachlastphasen, wenn keiner der Antriebe 40, 41, 42 nennenswert Energie entnimmt, jedoch ein entsprechender Energiebedarf dem normalen Arbeitsablauf entsprechend alsbald zu erwarten ist, kann der Energiespeicher 1 dem Netz 37 Energie entnehmen, um das Netz später bei der Speisung der Antriebe 40, 41, 42 zu unterstützen. Auf diese Weise lässt sich im Extremfall die Netzbelastung vollkommen vergleichmäßigen, so dass trotz zeitlich stark schwankender Energieaufnahmen der Antriebe 40, 41, 42 sowie möglicherweise sogar trotz Vorliegens von Rückspeisungen aus diesen Antrieben eine gleichmäßige zeitlich konstante Netzbelastung erreicht wird.
5 veranschaulicht schematisch die Zwischenschaltung einer Überwachungsbaugruppe 43 zwischen die Energiespeichereinrichtung 1 und die Umrichterbaugruppe 39, die wie oben beschrieben eine Energiemanagementeinrichtung darstellt. Die Baugruppe 43 kann eine Sicherheitsbaugruppe sein, die die in den Energiespeicher 1 hinein und die aus diesem heraus fließenden Ströme überwacht, Außerdem kann die Baugruppe 43 an den Temperatursensor 26 und/oder den Drucksensor 27 angeschlossen sein, um den Zustand des Energiespeichers 1 zu überwachen und gefährliche Situationen zu vermeiden. Sollte eine unzulässige Druck- und/oder Stromerhöhung festzustellen sein, kann die Baugruppe 43 entsprechende Maßnahmen treffen, wie beispielsweise die Umrichterbaugruppe 39 veranlassen, die Ströme zu und von dem Energiespeicher 1 zu reduzieren oder abzuschalten. In diesem Fall kann die Umrichterbaugruppe 39 die Antriebe 40, 41, 42 mit reduzierter Geschwindigkeit fahren oder die Netzbelastung er höhen, indem in diesem Sonderfall die Vergleichmäßigung der Netzbelastung reduziert wird.
Der erfindungsgemäße Energiespeicher 1 arbeitet mit einer Verdampfungskühlung, bei der die Siedetemperatur einer mit Kondensatoren 2, 3, 4 in wärmeaustauschender Beziehung stehenden Flüssigkeit zur Begrenzung der Arbeitstemperatur der Kondensatoren 2, 3, 4 genutzt wird. Der Energiespeicher weist eine thermische Kondensationseinrichtung auf, um den aus der Kühlflüssigkeit entstandenen Dampf zu kondensieren und in den Flüssigkeitskörper 22 zurückzuführen. Vorzugsweise arbeitet der so etablierte Kreislauf schwerkraftgetrieben. Zur Erhöhung der konstruktiven Freiheitsgrade kann auch eine Pumpe zur Rückförderung des entstehenden Kondensats eingesetzt werden.

1: Energiespeicher
2: Kondensator
3: Kondensator
4: Kondensator
5: Kondensatorgehäuse
6: Kondensatorgehäuse
7: Kondensatorgehäuse
8–13: Anschluss
14: Energiespeicheranschluss
15: Energiespeicheranschluss
16: Außengehäuse
17: Innenraum
18–21: Verdampferräume
22: Flüssigkeitskörper
23: Flüssigkeitsspiegel
24: Gehäusewand
25: Kühlrippen
26: Temperatursensor
27: Drucksensor
28: Kondensationseinrichtung
29: Leitung
30: Kammer
31: Kondensat
32: Leitung
33: Flüssigkeit
34: Rohr
35: Rohr
36: Kühlkörper
37: Netz
38: Anlage
39: Umrichterbaugruppe
40: Antrieb
41: Antrieb
42: Antrieb

Claims

Kühlanordnung für einen elektrischen Kondensator (2, 3, 4), der ein geschlossenes Kondensatorgehäuse (5, 6, 7) aufweist, mit zumindest einem Außengehäuse (16), das einen Innenraum (17) aufweist, in dem der zumindest eine elektrische Kondensator (2, 3, 4) angeordnet ist, mit einem Flüssigkeitskörper (22), der mit dem Kondensatorgehäuse (5, 6, 7) in Wärmeaustausch steht, wobei die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit unterhalb einer festgelegten maximalen Arbeitstemperatur des elektrischen Kondensators (2, 3, 4) liegt, so dass die Flüssigkeit siedet, wenn sich der elektrische Kondensator (2, 3, 4) in Betrieb erwärmt, und mit einer Kondensationseinrichtung (28) zur Kondensation des entstandenen Dampfes und Rückführung des Kondensats in den mit dem elektrischen Kondensator (2, 3, 4) in Wärmeaustausch stehenden Flüssigkeitskörper (22) wobei der Flüssigkeitskörper (22) in einem allseits geschlossenen Verdampferraum (34, 35) angeordnet ist und das Kondensatorgehäuse (5, 6, 7) des zumindest einen elektrischen Kondensators (2, 3, 4) über eine Kühlflüssigkeit (33) oder durch Wärmeleitung mit den Verdampferräumen (19, 20) in thermischer Verbindung steht.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskörper (22) in Betrieb von Dampfblasen durchsetzt ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Außengehäuse (16) mehrere elektrische Kondensatoren (2, 3, 4) angeordnet sind.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kondensatoren (2, 3, 4) zwischen einander mehrere im Wesentlichen vertikal orientierte Verdampferräume (19, 20) begrenzen und dass die innerhalb des Außengehäuses (16) angeordneten Verdampferräume (19, 20) voneinander getrennt sind.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (28) von dem Außengehäuse (16) getrennt ausgebildet ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Kondensationseinrichtung (28) mit dem Außengehäuse über zumindest eine Heat-Pipe (34, 35) verbunden ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kondensator (2, 3, 4) ein elektrischer Doppelschichtkondensator ist.
Energiespeicher mit einer Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit mindestens einem Kondensator (2, 3, 4) zum Zwischenpuffern kurzzeitig anfallender Energiemengen an einer Presse oder Pressenanlage.
Presse oder Pressenanlage mit einem Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Presse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Energie-Management-Einrichtung (39) aufweist, die das Laden und Entladen des Energiespeichers (1) überwacht.
Presse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie-Management-Einrichtung (39) die Laden- und Entladeströme des Energiespeichers vermindert, wenn die Temperatur des Energiespeichers (1) eine Grenztemperatur überschreitet.