DE102009023694A1

DE102009023694A1 - Gerät mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere Frequenzumformer, Reihenanordnung, Energieverteilungssystem, Sicherung und Kühlsystem

Info

Publication number: DE102009023694A1
Application number: DE102009023694A
Authority: DE
Inventors: Gerd Wurster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2010-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät (10) mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere Frequenzumformer, das dafür ausgebildet ist, eine Netzspannung (U) als Primärspannung (UP) aufzunehmen und als Sekundärspannung (US) abzugeben, wobei sich die Primärspannung (UP) von der Sekundärspannung (US) im Hinblick auf Frequenz, Amplitude oder Phasenlage unterscheidet, mit einem Leistungsteil (22), der für die Umwandlung der Primärspannung (UP) in die Sekundärspannung (US) ausgebildet ist und dabei Wärme abgibt, und mit einem Versorgungsteil (15), der zumindest dafür ausgebildet ist, die Primärspannung (UP) zum Leistungsteil (22) zu führen, ferner mit einem Anschlussteil (17), der eine elektrische Schnittstelle (13) aufweist, die dafür ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zu mindestens einem benachbarten weiteren Gerät (10) mit hoher Leistungsaufnahme herzustellen. Ferner betrifft die Erfindung eine Reihenanordnung (400) von mindestens einem ersten und einem zweiten Gerät (10a, 10b) der zuvor genannten Art. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Energieverteilungssystem (1), mit einem Verteiler (80), mit einem Netzanschluss (92), mit mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Gerät (10a, 10b, 10d, 10e) der zuvor genannten Art. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Sicherung (510) für mindestens ein Gerät (10), insbesondere mit hoher Leistungsaufnahme, und ein Kühlsystem (550) für mindestens einen Motor (26) und/oder mindestens ein Gerät (10), insbesondere mit hoher Leistungsaufnahme.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere einen Frequenzumformer.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Reihenanordnung mit mindestens einem ersten und einem zweiten Gerät der zuvor genannten Art.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Energieverteilungssystem mit einem Verteiler, mit einem Netzanschluss und mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Gerät mit hoher Leistungsaufnahme.
Die Erfindung kann grundsätzlich in beliebigen technischen Bereichen eingesetzt werden. Die mit ihr verbundenen Vorteile und Kostenersparnisse werden aber insbesondere bei der Anwendung in großindustriellen Anlagen deutlich. Daher wird die Erfindung im Nachhinein insbesondere in Bezug auf eine industrielle Fertigungsstätte, beispielsweise eine Lackieranlage oder eine Pulverbeschichtungsanlage, erläutert. Diese konkreten Erläuterungen bedeuten aber keine Einschränkung im Hinblick auf die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
Bei großindustriellen Anlagen spielt die Versorgung mit elektrischer Energie eine große Rolle. Zudem stellt die Bereitstellung der elektrischen Infrastruktur einen ganz erheblichen Kostenfaktor dar. Um die elektrische Versorgung in allen Bereichen der Fertigungsstätte sicherzustellen, ist ein ausgeklügelter Verlegungsplan erforderlich, anhand dessen die elektrischen Leitungen verlegt werden, um ausgehend von einem Netzanschluss die elektrische Energie zu dem entsprechenden elektrischen Verbraucher zu führen.
Die konkrete Vorgehensweise ist dabei heute wie folgt: In der Fertigungsstätte werden an zwei oder drei Stellen so genannte Schaltschränke installiert, die einen Netzanschluss beinhalten oder an einen Netzanschluss angeschlossen sind. In einem Schaltschrank sind viele Anschlussplätze vorgesehen, an denen jeweils die Netzspannung abgegriffen werden kann. Für jeden Verbraucher bzw. jedes Gerät mit hoher Leistungsaufnahme ist ein eigener Anschlussplatz reserviert. Unter einem Gerät mit hoher Leistungsaufnahme soll zum besseren Verständnis insbesondere ein Gerät verstanden werden, dessen Leistungsaufnahme bzw. Nennleistung größer 1 kW, bevorzugt größer 3 kW und besonders bevorzugt größer 10 kW ist. Besondere Vorteile ergeben sich bei Geräten mit einer Leistungsaufnahme von mehr als 100 kW.
Moderne elektrische Verbraucher, insbesondere Elektromotoren, werden heutzutage oftmals mit einer Sekundärspannung betrieben, die aus der Netzspannung (Primärspannung) abgeleitet ist. Um die Arbeit des jeweiligen elektrischen Verbrauchers zu optimieren, wird die Sekundärspannung über ein zusätzliches Gerät gegenüber der Primärspannung im Hinblick auf den Spannungsverlauf und/oder den Stromverlauf verändert bzw. angepasst. Diese Anpassung ermöglicht es, den entsprechenden elektrischen Verbraucher in einen besonders guten Betriebszustand zu bringen, beispielsweise einen Betriebszustand mit möglichst geringer Verlustleistung.
Die Sekundärspannung unterscheidet sich von der Primärspannung im Hinblick auf Frequenz und/oder Amplitude und/oder Phasenlage. Dies ist insbesondere bei Strömungsmaschinene wichtig. Dabei steht bei den hier betrachteten Geräten insbesondere eine Änderung der Frequenz im Vordergrund. Ein solches Gerät wird als Frequenzumformer bezeichnet. Der Unterschied zwischen der Primärspannung und der Sekundärspannung soll dabei insbesondere aus der Sicht des Fachmanns maßgeblich sein, d. h. lediglich kleine Unterschiede, beispielsweise aufgrund von parasitären Effekten, sollen nicht im Sinne des genannten Unterschieds verstanden werden.
Als Anhaltswerte soll bezüglich der Frequenz ein Unterschied zwischen der Frequenz der Primärspannung und der Frequenz der Sekundärspannung insbesondere von mindestens 2%, bevorzugt von mindestens 5% und besonders bevorzugt von mindestens 10% bestehen können. Im Hinblick auf die Amplitude soll zwischen der Amplitude der Primärspannung und der Amplitude der Sekundärspannung ein Unterschied insbesondere von mindestens 2%, bevorzugt von mindestens 10% und besonders bevorzugt von mindestens 50% bestehen können. Im Hinblick auf die Phasenlage soll der Unterschied zwischen der Phasenlage der Primärspannung und der Phasenlage der Sekundärspannung insbesondere mindestens 2°, bevorzugt mindestens 10° und besonders bevorzugt mindestens 25° betragen können. Dabei ist es nicht erforderlich, dass dieser Unterschied permanent besteht. Ein derartiges Gerät muss aber technisch in der Lage sein, mindestens einen der genannten Unterschiede herbeiführen zu können.
Das erforderliche Gerät bzw. die erforderlichen Geräte werden an einem Anschlussplatz in dem Schaltschrank montiert. Dann wird an dem Ausgang des Geräts ein elektrisches Kabel angeschlossen, welches zum elektrischen Verbraucher geführt wird und in aller Regel abgeschirmt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gerät mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere einen verbesserten Frequenzumformer, aufzuzeigen. Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anordnung von mindestens einem ersten und einem zweiten Gerät mit hoher Leistungsaufnahme aufzuzeigen. Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Energieverteilungssystem aufzuzeigen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Gerät mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere Frequenzumformer, gelöst, das dafür ausgebildet ist, eine Netzspannung als Primärspannung aufzunehmen und als Sekundärspannung abzugeben, wobei sich die Primärspannung von der Sekundärspannung im Hinblick auf Frequenz, Amplitude oder Phasenlage unterscheidet, mit einem Leistungsteil, der für die Umwandlung der Primärspannung in die Sekundärspannung ausgebildet ist und dabei Wärme abgibt, und mit einem Versorgungsteil, der zumindest dafür ausgebildet ist, die Primärspannung zum Leistungsteil zu führen, ferner mit einem Anschlussteil, der eine elektrische Schnittstelle aufweist, die dafür ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zu mindestens einem benachbarten weiteren Gerät mit hoher Leistungsaufnahme herzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reihenanordnung von mindestens einem ersten und einem zweiten Gerät aufgezeigt, wobei die Geräte mit ihren Anschlussstellen relativ zueinander derart angeordnet sind, dass ein erster Anschlussteil des ersten Geräts in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Anschlussteil des zweiten Geräts steht.
Ein weiterer Vorteil der Reihenanordnung ist die sog. Adernendbezeichnung. In Schaltschränken werden diese sehr oft angewendet. Dies erfordert eine hohe Konzentration der Anbringung und einen enormen Zeitaufwand. Bei konfektionierten Verbindungen können diese auf die Verbindungselemente aufgedruckt werden. Durch eine Kabelkonfektionierung von Verbindungen und Kabel untereinander ist die Adernendbezeichnung gar nicht mehr erforderlich.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Energieverteilungssystem, mit einem Verteiler, mit einem Netzanschluss, mit mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Gerät mit hoher Leistungsaufnahme, die jeweils dafür ausgebildet sind, eine Netzspannung als Primärspannung aufzunehmen und als Sekundärspannung abzugeben, und mit mindestens einem ersten und einem zweiten länglichen Stromleiter für große Stromstärken, wobei sich die Primärspannung von der Sekundärspannung im Hinblick auf Frequenz, Amplitude oder Phasenlage unterscheidet, wobei die Geräte außerhalb des Verteilers angeordnet sind und jeweils einen elektrischen Anschluss aufweisen, die Stromleiter an einem jeweiligen Gerät angeschlossen sind, so dass das Gerät mit dem Netzanschluss elektrisch verbunden ist, und die Stromleiter bevorzugt jeweils zumindest entlang eines Abschnitts als Stromkabel ausgebildet sind, und die elektrischen Anschlüsse des ersten und des zweiten Geräts entlang des ersten Stromleiters und die elektrischen Anschlüsse des dritten und des vierten Geräts entlang des zweiten Stromleiters angeordnet sind.
Im Rahmen der Erfindung hat die Anmelderin erkannt, dass sich das oben genannte Prinzip zwar etabliert ist, dass es jedoch gleichzeitig aufgrund der stetig wachsenden Komplexität der Elektroinstallationen auch mit erheblichen Nachteilen behaftet ist. Dabei hat die Anmelderin unter anderem auch erkannt, dass es entgegen der bisherigen Vorstellung nicht nur Vorteile bringt, die elektrische Installation – mit Ausnahme der elektrischen Zuleitungen – im Schaltschrank zu realisieren. Zum einen führt dies dazu, dass aufgrund der steigenden Anzahl an elektrischen Verbrauchern und der damit verbundenen vorgeschalteten Geräte ein immer größerer Platzbedarf in den teuren Schaltschränken entsteht. Außerdem entwickeln die Geräte im Schaltschrank eine ganz erhebliche Hitze, die durch aufwändige Kühlung aus dem Schaltschrank abgeführt werden muss.
Abgesehen davon führt die steigende Anzahl der elektrischen Verbraucher auch dazu, dass immer mehr elektrische Kabel verlegt werden müssen. Dabei ist es gemäß dem Stand der Technik erforderlich, zu jedem Verbraucher jeweils ein Kabel ausgehend von dem jeweiligen Anschlussplatz im Schaltschrank bzw. ausgehend von dem dort angeschlossenen Gerät zum elektrischen Verbraucher zu führen. Da gerade der Preis von Kupfer, der in den elektrischen Zuleitungen Verwendung findet, einen ganz erheblichen Preisanstieg erfahren hat und auch in Zukunft weiterhin erfahren wird, steigen die Kosten noch weiter an. Im Rahmen der Erfindung hat die Anmelderin erkannt, wie man dieses Problem entschärfen kann.
Ein Aspekt der Lösung liegt in dem zuvor genannten Gerät mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere dem Frequenzumformer. Eine Besonderheit des vorgeschlagenen Geräts liegt darin, dass es einen Anschlussteil mit einer elektrischen Schnittstelle aufweist, die dafür ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zu mindestens einem benachbarten weiteren Gerät herzustellen, insbesondere zu einem weiteren Gerät gleicher Bauart. Während die Geräte mit hoher Leistungsaufnahme gemäß dem Stand der Technik immer so aufgebaut sind, dass sie direkt an einen Anschlussplatz eines Schaltschranks angeschlossen werden können, bietet das erfindungsgemäße Gerät die Möglichkeit, eine elektrische Verbindung zu einem benachbarten weiteren Gerät herzustellen. Dabei handelt es sich bei der elektrischen Verbindung um die Verbindung, die die Primärspannung führt. Mit anderen Worten handelt es sich also um die elektrische Verbindung, über die die hohe Leistung zum Betrieb des Geräts geführt wird.
Diese Ausgestaltung ermöglicht nun eine grundlegend andere Infrastruktur. Zum einen können nun zwei Geräte mit hoher Leistungsaufnahme über eine elektrische Versorgung betrieben werden. Dabei ist insbesondere das erste Gerät mit der elektrischen Versorgung verbunden, insbesondere über einen Stromleiter, wohingegen das zweite Gerät den Leistungsstrom vom ersten Gerät bezieht. Es wird also nicht mehr jedes Gerät einzeln mit einem Stromleiter angefahren, sondern lediglich einmalig die Reihenanordnung der beiden Geräte. Damit stellt diese Reihenanordnung einen weiteren Aspekt der Erfindung dar.
Ein offensichtlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Anzahl der Stromleiter reduziert und damit insgesamt die Länge der Verkabelung reduziert werden kann. Zwar ist es zutreffend, dass in der Regel nun eine Zuleitung aufgrund einer möglicherweise höheren Stromstärke mit größeren Leitungsquerschnitten ausgeführt wer den muss, doch hat die Anmelderin erkannt, dass dies aus folgenden Gründen akzeptabel ist.
Zum einen sind zwei Kabel für eine einfache Stromlast teurer als ein Kabel für die doppelte Stromlast, zum anderen benötigt die Verlegung von zwei Kabeln deutlich mehr Arbeitszeit und ist daher deutlich teurer. Bereits in dieser wichtigen Erkenntnis liegt ein erhebliches Einsparpotential. Die Anmelderin hat aber außerdem erkannt, dass es in der Praxis nur in Ausnahmefällen vorkommen wird, dass alle Geräte einer Reihenanordnung unter Volllast betrieben werden. Dies gilt insbesondere, wenn viele Geräte – oder konkret, Frequenzumformer – in Reihe geschaltet sind. Anhand von tatsächlichen Messwerten kann der tatsächliche maximale Leistungsbedarf einer Reihenanordnung von Geräten ermittelt werden, und der Stromleiter muss lediglich für den maximalen Strom ausgelegt werden, der auch tatsächlich in der Praxis auftritt. Eine Überschreitung des gemessenen oder errechneten maximalen Stroms kann durch eine entsprechende Sicherung wirksam verhindert werden.
Konkret ist es möglich, beispielsweise eine Reihenschaltung von vier Geräten nicht mit einem Stromleiter für die vierfache Stromlast, sondern lediglich mit einem Leiter für eine dreifache oder eine zweifache Last vorzusehen. Die Tatsache, dass es im Stand der Technik an dieser Erkenntnis gefehlt hat, wird seitens der Anmelderin als ein möglicher Grund dafür gesehen, weshalb es im Stand der Technik bisher keinerlei Bestrebungen gegeben hat, die üblichen elektrischen Infrastrukturen für großindustrielle Anlagen zu überdenken.
Als weitere Vorteile hat die Anmelderin erkannt, dass eine Kühlung der Stromleiter wesentlich einfacher sein kann, so dass die Wärmeabgabe in den Raum reduziert werden kann. Oder es kann so möglicherweise auch eine höhere Stromstärke je Stromleiter realisiert werden. Daher eröffnet sich auch die Möglichkeit eines Einsatzes bei höheren Temperaturen. Außerdem können Probleme durch elektromagnetische Strahlung besser kontrolliert werden, um eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu erzielen. So ist es ausreichend nun einen Stromleiter abzu schirmen statt einer Vielzahl von Stromleitern. Außerdem kann über Erde ein Potentialausgleich einfach realisiert werden.
Durch die Verringerung der Kabelanzahl ist auch eine Überprüfung der elektrischen Infrastruktur wesentlich einfacher. Zudem kann möglicherweise auf aufwendige Kabeltrassen verzichtet werden. Ferner ist es nun wesentlich einfacher möglich eine Reinigung von Kabeln vorzunehmen, was insbesondere in Lackieranlagen, Krankenhäusern oder Reinräumen dringend gefordert ist, da sich ein Kabel bzw. ein Stromleiter mit einer geschlossenen Oberfläche leichter reinigen lässt, als eine Vielzahl von kleineren Stromleitern, von denen jeder wieder seine eigene kleine Oberfläche hat. Dies spart kostbare Arbeitszeit.
Wenn im Rahmen der Anmeldung von mindestens einem ersten und einem zweiten Gerät die Rede ist, so bedeutet dies keine Beschränkung auf kleine Stückzahlen von Geräten. Vielmehr ist es stets möglich, mehrere Geräte zu verwenden, insbesondere mehr als zwei, bevorzugt mehr als vier und besonders bevorzugt mehr als sechs Geräte je Reihenanordnung oder je Stromleiter zu verwenden. Die Erfindung bietet gerade auch bei der Verwendung von mehreren Geräten besondere Vorteile.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass der Begriff ”Sicherung” im Rahmen dieser Anmeldung breit zu verstehen ist und ganz allgemein für eine Sicherheitseinrichtung steht, die einen zu hohen Strom unter einen als sicher geltenden Schwellwert reduzieren kann. Im Extremfall kann die Sicherung den Strom auf null reduzieren. Daher kann eine Sicherung insbesondere als Sicherungsautomat, Strombegrenzer, Stromunterbrecher, Schütz, etc. ausgeführt sein.
Damit ist die Aufgabe vollständig gelöst.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Versorgungsteil mindestens ein Bauteil, bevorzugt alle Bauteile, aus der Gruppe bestehend aus Hauptschalter, Oberwellenfilter und Sicherung auf.
Bei dieser Ausgestaltung ist das Gerät besonders autark, so dass an eine bestehende Infrastruktur lediglich geringe Anforderungen zu stellen sind. Mittels des Hauptschalters kann das Gerät ein- bzw. ausgeschaltet werden. Der Oberwellenfilter dient insbesondere dafür, dass Oberwellen, die beim Betrieb des Geräts entstehen, nicht in Richtung des Netzanschlusses oder in Richtung eines weiteren elektrischen Geräts abgegeben werden. Es ist aber natürlich grundsätzlich auch möglich, das Gerät vor Oberwellen aus dem Netz abzuschirmen. Wenn das Gerät eine Sicherung aufweist, die insbesondere als Sicherungsautomat ausgebildet ist, kann die Absicherung des Geräts unmittelbar in der Nähe des Leistungsteils erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft. Außerdem ist es bevorzugt, wenn das Gerät eine Kommunikationseinheit aufweist, die insbesondere das Auslösen einer Sicherung kommunizieren kann Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Anschlussteil eine starre, gegen eine Federkraft verlagerbare Kontaktschiene auf oder weist der Anschlussteil eine fixierte Kontaktschiene auf, an der eine elektrisch leitende Feder angeordnet ist.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es auf besonders einfache Weise, die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten Geräten herzustellen. Im ersten Fall steht die verlagerbare Kontaktschiene gegebenenfalls etwas aus dem Gerät hervor, so dass sie entweder mit einer ebenfalls hervorstehenden Kontaktschiene eines zweiten Geräts in Kontakt tritt oder in eine elektrisch leitende Ausnehmung, beispielsweise eine Kontakthülse, eingreift. Bei der zweiten Ausführungsform steht die elektrisch leitende Feder insbesondere etwas aus dem Gerät hervor, um so einen gegenüberliegenden Kontakt bzw. eine Kontaktplatte an dem benachbarten Gerät zu kontaktieren. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, dass die elektrische Schnittstelle an dem einen Gerät einen Kontaktstift aufweist, der mit einer Kontaktfeder an dem benachbarten Gerät zusammenwirkt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gerät ferner einen Kühlteil auf, der dafür ausgebildet ist, Wärmeenergie des Leistungsteils aufzunehmen und aus dem Gerät abzuführen.
Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders gute Kühlung des Geräts, genauer des Leistungsteils. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem stets der gesamte Schaltschrank gekühlt werden muss, was energetisch gesehen sehr ineffizient ist, wird bei dieser Ausgestaltung ganz gezielt der Leistungsteil und die Elektronik gekühlt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kühlteil mindestens einen Kanal, bevorzugt mehrere Kanäle, auf, die dafür ausgebildet sind, ein Kühlfluid zu führen, das die Wärmeenergie des Leistungsteils aufnimmt.
Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders effektive Kühlung. Da als Kühlfluid bevorzugt Luft oder Wasser genommen werden kann, ist die Kühlung auch besonders einfach zu bewirken.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung des mindestens einen Kanals so gewählt, dass der Kanal an einer ersten Seite des Geräts und an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Geräts mündet, und insbesondere so gewählt ist, dass bei zwei aneinandergrenzenden Geräten ein Ende eines Kanals in dem einen Gerät an ein Ende eines Kanals in dem anderen. Gerät angrenzt.
Bei dieser Ausgestaltung lässt sich die Führung des Kühlfluids besonders einfach gestalten. Der Vorteil ist dann besonders deutlich, wenn zwei Geräte aneinandergrenzen. Das Kühlfluid fließt dann durch den mindestens einen Kanal des einen Geräts und dann anschließend durch den Kanal des zweiten Geräts. Wird dann noch eine Rückführschleife vorgesehen, die insbesondere einen ersten Kanal im zweiten Gerät mit einem zweiten Kanal im zweiten Gerät verbindet, so kann das Kühlfluid ohne nennenswerten konstruktiven Aufwand den folgenden Weg durchlaufen: vom ersten Kanal im ersten Gerät in den ersten Kanal des zweiten Geräts, von dort in den zweiten Kanal des zweiten Geräts und schließlich in den zweiten Kanal des ersten Geräts. Eine solche Schleife lässt sich beliebig erweitern oder kaskadieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens ein Kanalende einen gegenüber dem Kanal vergrößerten Durchmesser auf, so dass in das Kanalende zumindest teilweise eine Hülse mit mindestens einem Dichtring eingesetzt werden kann, wobei der Dichtring gegen die Wand des Kanalendes anliegt.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Hülse einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Kanals. Durch die geeignete Länge des Kanalabschnitts mit dem vergrößerten Durchmesser und der entsprechenden Länge der Hülse kann man auf einfache Weise erreichen, dass die Hülse genau positioniert werden kann. Außerdem lässt sich auf diese Weise eine einfache, aber effektive Abdichtung zwischen zwei Kanälen von aneinandergrenzenden Geräten realisieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kanal Kühlrippen auf.
Die Kühlrippen ermöglichen eine besonders gute Übertragung von Wärmeenergie an das Kühlfluid.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Versorgungsteil Kontaktstifte und der Anschlussteil Kontaktaufnahmen auf, insbesondere Federkontakte, wobei der Versorgungsteil derart auf den Anschlussteil gesetzt werden kann, dass die Kontaktstifte in die Kontaktaufnahmen eingeführt sind.
Diese Ausgestaltung ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau, da der Versorgungsteil einfach auf den Anschlussteil aufgesteckt werden kann. Außerdem ist ein besonders einfacher Austausch möglich, falls ein Defekt im Versorgungsteil auftritt. Die Kontaktstifte sind insbesondere Teil eines Kontaktsteckers.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gerät eine Empfangseinrichtung auf, die dafür ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen, die einen gewünschten Betriebszustand des Geräts signalisieren können.
Dabei kann die Empfangseinrichtung einerseits dafür ausgebildet sein, die Signale kabelgebunden zu empfangen. Dies kann beispielsweise über einen geeigneten Signalbus, z. B. Profi-Bus, oder über die Nutzung einer Stromleitung als Signalleitung erfolgen. Andererseits kann die Empfangseinrichtung auch für einen drahtlosen Empfang ausgelegt sein, um drahtlos gesendete Signale, z. B. über WLAN, BlueTooth, oder andere drahtlose Übertragungsverfahren, zu empfangen. Wird eine drahtlose Übertragung oder eine Übertragung über einen Stromleiter gewählt, so ergibt sich der Vorteil, dass keine separate Signalleitung bereitzustellen ist. Vorteilhafterweise ist die Empfangseinrichtung als kombinierte Sende-/Empfangseinrichtung ausgeführt. Ein gewünschter Betriebszustand des Geräts kann insbesondere eine gewünschte Zielfrequenz, eine gewünschte Spannungsamplitude oder die Ansteuerung eines Aktuators sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gerät eine Steuereinrichtung auf, die dafür ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen und auszuwerten, wobei die Steuersignale über einen ersten Signalport in das Gerät geführt sind und über einen zweiten Signalport aus dem Gerät herausgeführt werden, wobei die Anordnung der Signalports insbesondere so gewählt ist, dass bei zwei aneinandergrenzenden Geräten der zweite Signalport des einen Geräts mit dem ersten Signalport des anderen Geräts in elektrischer, optischer oder elektromagnetischer Verbindung steht.
Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich zusätzlich auf einfache Weise die Möglichkeit, einen Signalpfad von einem Gerät zu einem angrenzenden Gerät zu führen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, für jedes Gerät ein eigenes Signalkabel vorzusehen. Die Verbindung zwischen zwei aneinandergrenzenden Geräten kann elektrisch, insbesondere über Kontakte, optisch, insbesondere über einen Optokoppler, oder elektromagnetisch, insbesondere als drahtlose Funkstrecke, erfolgen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, ist der Versorgungsteil unter einem Deckel angeordnet ist, der direkt oder mittelbar an dem Anschlussteil anliegt, wobei insbesondere zwischen dem Deckel und dem Anschlussteil eine Dichtung angeordnet ist.
Dadurch lässt sich eine hohe Schutzklasse erzielen, insbesondere IP55, bevorzugt IP65 oder besonders bevorzugt eine höhere Schutzklasse.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind ein erstes und ein zweites Gerät der zuvor beschriebenen Art in einer Reihenanordnung angeordnet, wobei die Geräte mit ihren Anschlussteilen relativ zueinander derart angeordnet sind, dass ein erster Anschlussteil des ersten Geräts in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Anschlussteil des zweiten Geräts steht.
Dies ermöglicht eine besonders einfache elektrische Versorgung, da das zweite Gerät seine für den Betrieb erforderliche elektrische Energie vom ersten Gerät bezieht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Geräte mit ihren Kühlteilen relativ zueinander derart angeordnet, dass eine Mündung des mindestens einen Kanals im Kühlteil des ersten Geräts an einer Mündung des mindestens einen Kanals im Kühlteil des zweiten Geräts mündet.
Diese Ausgestaltung ermöglicht ein besonders einfaches Kühlsystem für die gesamte Reihenanordnung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Übergangsbereich der Mündung des mindestens einen Kanals im Kühlteil des ersten Geräts und der Mündung des mindestens einen Kanals im Kühlteil des zweiten Geräts eine Hülse eingesetzt, die zwei durchmessergrößere Dichtringe aufweist, wobei der erste Dichtring die Hülse gegenüber der Mündung im ersten Kühlteil des ersten Geräts und der zweite Dichtring die Hülse gegenüber der Mündung im Kühlteil des zweiten Geräts abdichtet.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es, mehrere Geräte in einfacher Weise zu einer Reihenanordnung zusammenzustecken. Dadurch kann die gewünschte Anzahl von Geräten in einer Reihenanordnung besonders einfach erzielt werden und zu einem späteren Zeitpunkt auch besonders einfach reduziert oder erhöht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Reihenanordnung ferner ein Zentralelement auf, an das das erste Gerät angeschlossen ist.
Das Zentralelement stellt gewissermaßen den Funktionskopf der Reihenanordnung dar, an den die einzelnen Geräte in einer Kaskade angeschlossen sind. Dabei weist das Zentralelement vorzugsweise mindestens ein Bauteil, bevorzugt alle Bauteile, aus der Gruppe bestehend aus Hauptschalter, Oberwellenfilter und Sicherung auf. Damit ist die Reihenanordnung mit Zentralelement und mindestens zwei Geräten autark. Das Zentralelement kann ferner dazu dienen, einen Anschluss für Steuerleitungen für die Kaskade der Geräte bereitzustellen. Außerdem kann das Zentralelement in vorteilhafter Weise die oben genannte Rückführschleife für ein Kühlfluid enthalten, so dass die Kaskade an Geräten besonders einfach gekühlt werden kann. Schließlich weist das Zentralelement bevorzugt die genannte Kommunikationseinheit auf. Das Zentralelement kann auch als Funktionskopf bezeichnet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Reihenanordnung ferner ein Abschlusselement auf, an das das letzte Gerät angeschlossen ist, wobei das Abschlusselement dafür ausgebildet ist, das Kühlfluid durch die Reihenanordnung zu bewegen.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da es möglich ist mit einem Bauteil das Kühlfluid durch die gesamte Reihenanordnung zu bewegen. Dies kann beispielsweise mit einer Pumpe oder mit einem Ventilator erfolgen. Insbesondere im Zusammenhang mit dem Zentralelement ergibt sich der besondere Vorteil, dass sich unabhängig von der Anzahl der Geräte immer der prinzipgleiche Aufbau erzielen lässt. So kann man eine Reihenanordnung sehr einfach erweitern oder reduzieren, indem man einfach Geräte hinzufügt oder entnimmt. Es ist nicht zwangsläufig notwendig, das Zentralelement oder das Abschlusselement zu modifizieren. Grundsätzlich kann aber auch das Zentralelement dafür ausgebildet sein, das Kühlfluid durch die gesamte Reihenanordnung zu bewegen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist aus einem Kühlteil das Kühlfluid zu mindestens einem Motor geleitet, um den Motor zu kühlen.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es auf besonders einfache Weise die vorhandene Kühlung der Reihenanordnung für eine Kühlung des Motors bzw. der Motoren zu nutzen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Energieverteilungssystem eine Signalisiervorrichtung auf, die den Stromleiter mit einem Signal beaufschlagen kann, und wobei das Signal an den Geräten zur Auswertung ausgekoppelt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der auch unabhängig von allen vorgenannten Aspekten, aber insbesondere im Zusammenspiel mit mindestens einem der vorgenannten Aspekte, eine eigenständige Weiterbildung des Stands der Technik darstellt, betrifft eine Sicherung für mindestens ein Gerät, insbesondere für ein zuvor beschriebenes Gerät, mit einem Sicherungsteil, mit einem Aktuator, einem Detektionsteil und einem Signaleingang, wobei der Aktuator dafür ausgebildet ist, in Reaktion auf ein Signal am Signaleingang die Sicherung vom ausgelösten in den eingeschalteten Zustand zu überführen.
Bei der Verwendung von Sicherungen ist hin und wieder notwendig, dass eine ausgelöste Sicherung wieder aktiviert bzw. eingeschaltet werden muss. Sicherungen werden daher an einem zentralen Ort angeordnet, damit ein Benutzer sich auf einfache Weise eine Übersicht über den Status des Sicherungen verschaffen kann und eine ausgelöste Sicherung wieder einschalten kann. Dies ist aber im Zusammenhang mit den vorherigen Aspekten der Erfindung unerwünscht, da dadurch das dezentrale Konzept nicht gänzlich durchgezogen werden kann.
Als Lösung für diese Problematik wird nun die genannte Sicherung aufgezeigt. Diese hat ein Wirkprinzip, das grundsätzlich bekannt ist, sprich im Falle eines überhöhten Stroms unterbricht die den Stromkreis oder reduziert den fließenden Strom auf einen unkritischen Wert, bietet aber zusätzlich die Möglichkeit, dass sie mittels eines Aktuators eingeschaltet werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Sicherung nach einem Auslösen wieder eingeschaltet werden soll.
Dazu ist es nun nicht mehr erforderlich, dass ein Benutzer tatsächlich zu der Sicherung hinläuft und die Sicherung einschaltet. Vielmehr kann nun ein Signal an den Signaleingang der Sicherung gesendet werden, so dass der Aktuator die Sicherung wieder einschaltet.
Dieser Aspekt lässt sich vorteilhafter Weise bei Frequenzumformern einsetzen, aber insbesondere auch bei Stern/Dreieck-Kombinationen, Motorschutzschaltern, Softstartern für Motoren, Thyristoren und anderen Bauteilen, die Strom aus dem Netz beziehen und höhere Leistungsaufnahmen haben.
Mit dieser neuen Art von Sicherung ist es nicht mehr entscheidend, ob sich ein Gerät in einem Schaltschrank befindet oder in einer Verteilung oder im Feld (an der Anlage). Dem Betreiber ist es nun möglich insbesondere zu einer SPS Steuerung, einem PC oder einer anderen Visualisierungseinrichtung zu gehen, um sich einen Überblick zu verschaffen, welche Sicherung ausgelöst hat, und kann diese aktivieren.
Moderne Systemen können sogar die Daten aufzeichnen, die in den die letzten Sekunden vor der Auslösung gemeldet wurden. Damit ist eine Stördiagnose in sehr einfacher Weise möglich. Frequenzumformer und ähnliche Bauteile können eine Fülle von Informationen über die Kommunikationszentrale an beispielsweise einen PC weiterleiten. Speichert man diese Informationen für einige Sekunden können Aufschlüsse wegen der Auslösung der Sicherung oder auch vom Gerät gezogen werden. Bspw. kann ein Frequenzumformer Leistungsparameter oder den Strom messen und kontinuierlich melden bzw. weiterleiten.
Der Bediener hat nunmehr die Möglichkeit die aufgezeichneten Werte mit dem Normalwerten zu vergleichen. Über eine Diagnosesoftware/Hardware am PC/SPS kann sogar eine direkte Auswertung angezeigt werden. Evtl. mit Warnhinweisen damit die Sicherung nicht mehr aktiviert wird. Eine Auswertung der Fehler oder Umstände der Auslösung ist dadurch denkbar einfach. Die externe Neuaktivierung der Sicherung ermöglicht und erleichtert die Reihenschaltung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sicherung mit einer Kommunikationszentrale verbunden, die dafür ausgebildet ist, den Signaleingang der Sicherung mit einem Signal zum Einschalten der Sicherung zu beaufschlagen und wobei die Kommunikationszentrale insbesondere mit einer Steuervorrichtung verbunden ist.
Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders komfortable und übersichtliche Handhabung der Sicherung. Die Kommunikationszentrale ist dafür insbesondere in der zuvor beschriebenen Art und Weise ausgebildet. Da die Kommunikationszentrale Befehle von einem entfernten Gerät empfangen kann, insbesondere von einer Steuervorrichtung der zuvor beschriebenen Art, kann die Steuerung für eine Vielzahl von Sicherungen an einer zentralen Stelle angeordnet werden, wobei die Sicherungen aber tatsächlich dezentral angeordnet sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kommunikationszentrale über mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus einem Trafo, einem Bussystem, einer externen Stromversorgung und einem Akku mit Energie versorgt.
Dadurch ist die Funktionalität der Kommunikationszentrale und auch der Sicherung unabhängig vom Zustand der Sicherung. Konkret bedeutet dies, dass die Bedienung der Sicherung auch erfolgen kann, wenn die Sicherung ausgelöst hat.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der auch unabhängig von allen vorgenannten Aspekten, aber insbesondere im Zusammenspiel mit mindestens einem der vorgenannten Aspekte, eine eigenständige Weiterbildung des Stands der Technik darstellt, betrifft ein Kühlsystem für mindestens einen Motor und/oder mindestens ein Gerät, insbesondere für ein zuvor beschriebenes Gerät, mit einer ersten Messeinrichtung zur Erfassung der Raumtemperatur, mit einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Kühlfluids, das zum Gerät und/oder zum Motor geführt wird und mit einer Temperatursteuereinrichtung, die dafür ausgebildet ist, die Temperiereinrichtung in Abhängigkeit von der Raumtemperatur so anzusteuern, dass eine Kondensation von Raumluft an dem Gerät und/oder dem Motor verhindert wird.
Gemäß dem Stand der Technik ist es für die Kühlung von elektrischen Bauteilen sehr wichtig, dass stark gekühlte Bauteile gegenüber der Umgebung abgedichtet sind. Sollte diese Abdichtung nicht erfolgten, kann sich im Gerät Schwitzwasser bilden und das Gerät zerstört werden, bspw. indem Schwitzwasser in die Elektronik gelangt.
Die Erfindung geht hier einen ganz anderen Weg und schlägt vor, dass eine Temperiereinrichtung eine Kühlfluidtemperatur immer über dem Taupunkt einstellt, insbesondere deutlich über dem Taupunkt. Als Kühlfluid können insbesondere Wasser oder andere elektrisch nichtleitende Fluide verwendet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kühlsystem ferner eine zweite Messeinrichtung zur Erfassung der Raumfeuchtigkeit auf.
Damit kann eine genauere Bestimmung des Taupunkts vorgenommen werden. Dies ist besonders in Umgebungen mit deutlichen Schwankungen in der Raumfeuchtigkeit vorteilhaft, da dann eine Aussage alleine aufgrund der Raumtemperatur mögli cherweise nicht genau genug getroffen werden kann bzw. ein großer Sicherheitspuffer erforderlich sein kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Temperiereinrichtung mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus Vorheizung, Lufterhitzer und Luftkühler auf.
Diese Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise eine besonders flexible Einstellbarkeit der Kühlfluidtemperatur. Durch eine Reihenanordnung kann eine gemeinsame Steuerung für die Vorlauftemperatur aufgebaut werden. Eine Wärmeverwertung ist in diesem Fall optional. Eventuell kann durch eine Zusatzheizung das Kühlfluid aufgewärmt werden, bevor es kühlen soll. Dies wird noch anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der auch unabhängig von allen vorgenannten Aspekten, aber insbesondere im Zusammenspiel mit mindestens einem der vorgenannten Aspekte, eine eigenständige Weiterbildung des Stands der Technik darstellt, betrifft ein Gerät der zuvor beschriebenen Art, bei dem mindestens eine Dekorplatte angeordnet ist.
Ein großes Problem ist die Lackierung von Schaltschrankgehäusen und Elektrogeräten. Viele große Firmen schreiben Sonderfarbtöne oder Sonderoberflächen auf Schaltschränken und Elektrogeräten vor. Die Kombination Frequenzumformer in Batteriemontage erleichtert die Realisierung diese Firmenvorschriften. Stellt man sich z. B. zehn in Reihenschaltung montierte Frequenzumformer vor, die bspw. aus Kunststoff oder vorlackierten Außenblech (Grundierung/Pulverbeschichtung etc.) aufgebaut sind, wird dies von einigen Firmen reklamiert, da die vereinbarte Hausfarbe nicht realisiert ist.
Es wird nun vorgeschlagen, stabile Dekorplatten auf die Frontseite oder Seite, Decke oder Bodenseite aufzuziehen bzw. aufzukleben bzw. aufzuklipsen. Sind diese Folien stabil und lichtbeständig, kann in einer einfachen Weise eine vorgeschriebene Kundenvorgabe kostengünstig erreicht werden (oder auch individuelle Gestaltung). Ist hat das Ganze systematisch in einem Baukastenprinzip aufgebaut, können Oberflächenwünsche der Kunden leicht realisiert werden.
Die Dekorplatten bestehen insbesondere aus Metall, Kunststoff, Holz etc., sind lackiert oder pulverbeschichtet, bedruckt mit und ohne Schutzschicht (Zusatzlackschicht, UV-Lack, laminiert), beschichtet in unterschiedlichen Verfahren, haben aufgezogene Oberflächen, sind mittels fotografischer Verfahren oder mechanisch beeinflusster Verfahren hergestellt, sind aus Edelstahl oder wirken optisch wie Edelstahl, sind strukturiert, haben einen Formenaufbau, sind verchromt/verspiegelt, sind aus Gold oder wirken optisch wie Gold oder bieten andere Effekte.
Das gleiche kann für aufgesetzte Kanten und Zierleisten an Ecken und Flächen auch realisiert werden. Damit können die Geräte und Frequenzumformer in großen Stückzahlen gebaut werden ohne Rücksicht auf die Oberflächenbehandlung. Mit Dekorplatten gewinnt diese Technik an Individualität, wie es heutzutage Bauherren und Individualisten wünschen. Die Anordnung der Dekorplatten könnte auch für andere Geräte interessant sein.
Die Problematik der industriellen Großserienfertigung von Industrie-Elektrogeräten besteht in der Realisierung von Sonderoberflächen. Bisher wurden weder Frequenzumformer noch in Batterien angeordnet andere Bauteile von Industrieanlagen mit Dekorplatten versehen.
Der Clou der Bedruckung ist bspw. das Zusammenführen von der Versandpapieren und bedruckten Dekorplatten. Bedruckte Dekorplatten haben den Vorteil, dass sie individuell (mit kleinen Stückzahlen) nur mit Softwarevorlage und Drucker angefertigt werden können. Dies bedeutet, dass die Drucker nicht umgestellt werden müssen (keine Rüstzeit). Mit entsprechender Technik können Dekorplatten mit Frequenzum former, Schaltpläne sowie Verdrahtungsplänen ohne großen Aufwand zusammengefügt und ausgeliefert werden. Dies erspart in diesem Fall auch enorme Kosten.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Energieverteilungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 einen Teil eines Energieverteilungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 ein Gerät mit hoher Leistungsaufnahme gemäß einer ersten Ausführungsform;
4 einen Teil eines Energieverteilungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform;
5 einen Teil eines Energieverteilungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform;
6 ein Gerät mit hoher Leistungsaufnahme gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 eine Reihenanordnung von Geräten gemäß einer ersten Ausführungsform;
8 eine Reihenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
9 ein Gerät mit hoher Leistungsaufnahme gemäß einer dritten Ausführungsform;
10 Ausführungsbeispiele einer Kontaktschiene in Draufsicht und Seitenansicht;
11 eine Ausführungsform einer Dichthülse zwischen zwei Geräten;
12 einen Teil eines Energieverteilungssystems gemäß einer fünften Ausführungsform;
13 eine erste Ausführungsform einer Sicherung;
14 eine erste Ausführungsform eines Kühlsystems;
15 einen Teil eines Energieverteilungssystems gemäß einer sechsten Ausführungsform;
16 ein Gerät mit hoher Leistungsaufnahme gemäß einer vierten Ausführungsform; und
17 das Gerät gemäß 16 in der Draufsicht.
1 zeigt ein Energieverteilungssystem 1, mit einem Verteiler 80, mit einem Netzanschluss 92, mit mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Gerät (10a, 10b, 10d, 10e) mit hoher Leistungsaufnahme, die jeweils dafür ausgebildet sind, eine Netzspannung U als Primärspannung UP aufzunehmen und als Sekundärspannung US abzugeben. Die Primärspannung UP liegt dabei insbesondere über 50 V, bevorzugt über 150 V und besonders bevorzugt über 300 V.
Das Energieverteilungssystem 1 weist außerdem einen ersten und einen zweiten länglichen Stromleiter 12a, 12b für große Stromstärken auf. Die länglichen Stromleiter 12a, 12b sind dabei insbesondere als Stromkabel ausgebildet, wobei sie im Bereich der Geräte bevorzugt als Stromschiene ausgebildet sind. Unter einer großen Stromstärke sollen dabei insbesondere Stromstärken größer 5 A, bevorzugt größer 20 A und besonders bevorzugt größer 50 A verstanden werden. Die Primärspannung UP unterscheidet sich von der Sekundärspannung US im Hinblick auf mindestens ein Charakteristikum aus der Gruppe bestehend aus Frequenz, Amplitude und Phasenlage.
Die Geräte 10 sind außerhalb des Verteilers 80 angeordnet und weisen jeweils einen elektrischen Anschluss 14 auf. Die Stromleiter 12a, 12b sind an einem jeweiligen Gerät 10 angeschlossen, so dass das Gerät 10 mit dem Netzanschluss 92 elektrisch verbunden ist. Außerdem sind die Stromleiter 12a, 12b bevorzugt jeweils zumindest entlang eines Abschnitts 60 als Stromkabel ausgebildet. Die elektrischen Anschlüsse 14 des ersten und des zweiten Geräts 10a, 10b sind entlang des ersten Stromleiters 12a und die elektrischen Anschlüsse 14 des dritten und des vierten Geräts 10d, 10e sind entlang des zweiten Stromleiters 12b angeordnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Gerät 10 vorteilhafterweise dafür ausgebildet ist, die Stromversorgung für Verbraucher mit geringer Nennleistung zu übernehmen, insbesondere für Lampen, LEDs und Bus-Systeme.
Um die Gesamtwirkungsweise des Energieverteilungssystems 1 zu erläutern, sollen nun noch weitere Details des gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die Netzspannung U wird von einem Eingang 93 über eine Netzsicherung 94, z. B. an der Hauptverteilung, zu dem Netzanschluss 92 geführt. Dem Netzanschluss 92 folgt ein Hauptschalter 82, der hier im Verteiler 80 angeordnet ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Energieverteilungssystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung keinen herkömmlichen Schaltschrank mehr benötigt, so dass die Kosten des Energieverteilungssystems 1 deutlich reduziert sind. Zudem kann der Stromverteiler bzw. Verteiler 80 konfektioniert werden. Ferner sei darauf hingewiesen, dass selbst wenn die Verwendung eines Schaltschranks gewünscht ist, der Schaltschrank nun wesent lich kleiner und dadurch wiederum kostentechnisch erheblich günstiger gewählt werden kann.
In dem Verteiler 80 befinden sich bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Anschlussstellen 84, mit denen die Stromleiter 12a, 12b in elektrischer Verbindung stehen.
Anhand der oberen Anschlussstelle 84 im Verteiler 80 wird dargestellt, dass der Anschlussstelle 84 Sicherungen 86 und ein Filter 90 im Phasenstrang folgen. Außerdem ist den Sicherungen 86 ein Steuergerät 88 zugeordnet, das eine oder mehrere der folgenden Funktionen erfüllt: Zustand der Sicherungen überwachen, Sicherungen auslösen, Stromversorgung prüfen, Steuersignale empfangen, Steuersignale senden. Die untere Anschlussstelle 84 im Verteiler 80 zeigt, dass diese Funktionen auch alle in einer Einheit integriert sein können.
Die obere Anschlussstelle 84 zeigt, dass Steuersignale von einer Antenne 104 empfangen werden können. Die entsprechenden Steuersignale werden von einer Sendeeinrichtung 118 einer Steuervorrichtung 110, z. B. einer SPS-Steuerung, ausgesendet. Die Antenne 104 kann auch Steuersignale an die Steuervorrichtung 110 senden. Die Steuervorrichtung 110 weist hier ein Touch-Panel 112, eine Verarbeitungseinheit 114 und einen Anschluss 116 an ein Bus-System 100 auf. Bei dem Bus-System 100 handelt es sich insbesondere um Profi-Bus DP oder Ethernet. Die Netzwerkstruktur 120 ist lediglich symbolisch dargestellt und kann die üblichen Verstärker oder Switches von Bus-Systemen bzw. Netzwerken enthalten. Eine Unterbringung des Hauptschalters kann auch realisiert werden.
Den Geräten 10 ist jeweils ein Motor 26 zugeordnet, wobei in dieser Figur lediglich die Motoren 26 der Geräte 10a, 10b, 10c dargestellt sind. Die Geräte 10a, 10b, 10c am ersten Stromleiter 12a weisen jeweils eine Empfangseinrichtung, hier eine kombinierte Sende-/Empfangseinrichtung 34, auf, die dafür ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen, die einen gewünschten Betriebszustand des Geräts 10a, 10b, 10c signalisieren können. Auch diese Steuersignale werden von der Steuervorrichtung 110 gesendet. Die Geräte 10d, 10e, 10f, die an den zweiten Stromleiter 12b angeschlossen sind, weisen jeweils eine Steuereinrichtung 31 auf, die dafür ausgebildet ist, Steuersignale zu senden oder zu empfangen und auszuwerten, wobei die Steuersignale über einen ersten Signalport 30 in das Gerät 10 geführt und über einen zweiten Signalport 32 aus dem Gerät 10 herausgeführt werden. Wie hier bereits zu erkennen ist und später noch verdeutlicht wird, ist die Anordnung der Signalports 30, 32 so gewählt, dass bei zwei aneinandergrenzenden Geräten 10d, 10e der zweite Signalport 32 des einen Geräts 10d mit dem ersten Signalport 30 des anderen Geräts 10e in elektrischer oder optischer Verbindung steht.
2 zeigt eine Detailansicht von einem Verteiler 80 gemäß einer zweiten Ausführungsform eines Energieverteilungssystems. Dabei gelten im Wesentlichen die Ausführungen zu 1. Hier sind aber die Steuergeräte 88 dahingehend erweitert, dass nun auch ein Anschluss an ein Bus-System 100, 102 realisiert ist.
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Geräts 10 mit hoher Leistungsaufnahme, hier ein Frequenzumformer. Das Gerät 10 ist dafür ausgebildet, eine Netzspannung U als Primärspannung UP aufzunehmen und als Sekundärspannung US abzugeben, wobei sich die Primärspannung UP von der Sekundärspannung US im Hinblick auf Frequenz, Amplitude oder Phasenlage unterscheidet.
Ein Stromleiter 12 ist hier durch das Gerät 10 hindurchgeführt, wobei die Spannungen zum Betrieb des Geräts 10 mittels eines Anschlussstücks 14 abgegriffen werden. Die Primärspannung UP liegt dann zunächst in einem Bereich 44 vor den Sicherungen bzw. Sicherungsautomaten 16 an. Danach wird die Spannung aus einem Bereich 46 nach den Sicherungen über einen Hauptschalter 18 in einen Bereich 48 nach dem Hauptschalter 18 geführt. Das Gerät 10 weist einen Leistungsteil 22 auf, der für die Umwandlung der Primärspannung UP in die Sekundärspannung US ausgebildet ist und dabei Wärme abgibt. Ferner weist das Gerät 10 einen Versorgungsteil 15 auf, der zumindest dafür ausgebildet ist, die Primärspannung UP zum Leistungsteil 22 zu führen. Das Gerät 10 weist außerdem einen Anschlussteil 17 auf, der eine elektrische Schnittstelle 13 aufweist, die dafür ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zu mindestens einem benachbarten weiteren Gerät 10 mit hoher Leistungsaufnahme herzustellen.
Die Primärspannung UP gelangt über ein Netzfilter 20 zum Leistungsteil 22. Hier wird die Primärspannung UP in eine Sekundärspannung US umgesetzt, die dann über einen weiteren Filter über die Motorzuleitungen 50 zum Motor 26 gelangt.
Zusätzlich zu der Leistungsseite des Geräts 10 ist das Gerät 10 außerdem mit einer Steuerungsseite ausgestattet. Im Zentrum steht eine Steuerungs- und Kommunikationszentrale 28. Nachfolgend werden die Funktionen der Steuerungs- und Kommunikationszentrale 28 dargelegt. Es sei aber darauf hingewiesen, dass die einzelnen Funktionen unabhängig voneinander implementiert oder weggelassen werden können. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuerungs- und Kommunikationszentrale 28 nur für eine Steuerung oder nur für eine Kommunikation einzusetzen. Die Kommunikationszentrale 28 kann ihre Spannungsversorgung auch direkt aus der Primärspannung UP beziehen, ggf. durch eine eigene Sicherung abgesichert. Vorteilhafterweise gibt die Kommunikationszentrale 28 ein Signal ab, das anzeigt, dass sie funktionstüchtig ist (”Lebensbit”), und das von der Steuereinheit 110 ausgewertet werden kann.
Über zwangsgeführte Schalter 38 und 40, deren jeweiliger Zustand über die Leitungen 42 gemeldet wird, erkennt die Steuerungs- und Kommunikationszentrale 28 den Zustand der Sicherungen bzw. des Hauptschalters. Die Steuerungs- und Kommunikationszentrale 28 kann über die Sende-/Empfangseinrichtung 34 und/oder über die Signalports 30, 32 Steuersignale 36 senden/empfangen. Außerdem kann die Steuerungs- und Kommunikationszentrale 28 über Signalleitungen 52 den Zustand eines Schalters 54, z. B. eines Endschalters, und Werte eines elektronischen Sensors 56, z. B. eines Initiators (z. B. PT100), überwachen.
Die Steuerungs- und Kommunikationszentrale 28 hat ferner die Besonderheit, dass, ihre Verarbeitungseinheit 220, gegebenenfalls über einen zwischengeschalteten Signalumformer, der eventuell mit einem Filter gekoppelt ist, Signale an einen Einspeisepunkt 228 über eine Signalleitung 226 senden kann. Die Signale, die von der Verarbeitungseinheit 220 derart gesendet werden, können von anderen Geräten 10 empfangen und ausgewertet werden.
4 zeigt einen Ausschnitt aus einem dritten Ausführungsbeispiel eines Energieverteilungssystems 1, das zusätzlich mit eine Kommunikationseinheit 200 ausgestattet wurde. Der Kommunikationseinheit 200 ist es möglich, Signale des Steuergeräts 88 mittels eines Steuergeräts 202 zu generieren und an einem Einspeisepunkt 206 in einen Stromleiter 12 zu führen, optional durch einen Filter. Wenn die Geräte 10 dafür ausgebildet sind, Signale von einem Stromleiter 12 abzugreifen, besteht auf diesem Wege die Möglichkeit, dass das Steuergerät 88 mit den Geräten 10 kommuniziert, und gegebenenfalls umgekehrt.
5 zeigt einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Energieverteilungssystems 1. Bei diesem System sollen die Gesamtmöglichkeiten einer Kommunikation über den Stromleiter 12 dargestellt werden. Dabei ist zum einen vereinfacht die Möglichkeit dargestellt, dass das Gerät 10 Signale aus der Verarbeitungseinheit 220 auf einer Phase des Stromleiters 12 senden kann. Dies ist im Detail in der 3 dargestellt. Zum anderen ist die Möglichkeit dargestellt, dass das Steuergerät 88 mittels der Kommunikationseinheit 200 Signale auf einer Phase des Stromleiters 12 sendet. Dies ist im Detail in der 4 dargestellt.
Zusätzlich ist hier nun die Möglichkeit gezeigt, dass die Signale auf dem Stromleiter 12 an einem Empfänger 240 ausgekoppelt werden, der über eine Verbindung 242 mit einem Eingang 244 der Steuervorrichtung 110 in Verbindung steht. Dieser Aufbau ermöglicht eine besonders komfortable Kommunikation zwischen den Bauteilen des Energieverteilungssystems 1, ohne dass ein zusätzlicher Kommunikationsbus erforderlich ist. Der Empfänger 240 kann auch mit einem Filter ausgerüstet sein.
6 zeigt einen Schnitt durch ein Gerät 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform weist der Versorgungsteil 15 Kontaktstifte 314 und der Anschlussteil 17 Kontaktaufnahmen 311 auf, wobei der Versorgungsteil 15 derart auf den Anschlussteil 17 gesetzt werden kann, dass die Kontaktstifte 314 in die Kontaktaufnahmen 311 eingeführt sind. Die Kontaktierung erfolgt dabei auf einer Stromschiene 320, die in einem Stromschienenhalter mit einem Oberteil 308 und einem Unterteil 310 gehalten ist. Die Kontaktierung des Kontaktstifts 314 wird zudem durch eine Feder 312 unterstützt.
Um den Anschlussteil 17 abzuschirmen und zulassungstechnisch sicher zu machen, sind die Stromschienen in einem Gehäuse 302 angeordnet, das mit einem Deckel bzw. einer Basisplatte 306 verschlossen wird. Die Abdichtung gegenüber der Umgebung wird durch die Dichtungen 304 erzielt.
Um den Versorgungsteil 15 gegenüber der Umgebung abzuschirmen, ist ein Gehäusedeckel 316 vorgesehen, der über Befestigungselemente 317, insbesondere Schrauben, an dem Anschlussteil 17 befestigt wird und den Versorgungsteil 15 im Wesentlichen umgibt. Mittels einer Dichtung 318 wird die Abdichtung zwischen dem Gehäusedeckel 316 und dem Gehäuse 302 sichergestellt. Lediglich zur Verdeutlichung der Möglichkeiten ist außerdem eine Kommunikationsschnittstelle 200 dargestellt, deren einer Signalport 30 über einen Anschluss 322 im Anschlussteil 17 nach außen geführt ist.
7 zeigt eine Reihenanordnung 400 von mindestens einem ersten und einem zweiten Gerät 10a, 10b, hier: fünf Geräte 10a, 10b, 10c, 10g, 10h, wobei die Geräte 10 mit ihren Anschlussteilen 17 relativ zueinander derart angeordnet sind, dass ein erster Anschlussteil des ersten Geräts 10a in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Anschlussteil 17 des zweiten Geräts 10b steht. Außerdem weisen die Geräte 10 Kühlteile 19 auf, die relativ zueinander derart angeordnet sind, dass eine Mündung 402 des mindestens einen Kanals 404 im Kühlteil 19 des ersten Geräts 10a an einer Mündung 406 des mindestens einen Kanals 404 im Kühlteil 19 des zweiten Geräts 10b mündet.
Die Reihenanordnung 400 weist ferner ein Zentralelement 408 auf, an das das erste Gerät 10a angeschlossen ist, und ein Abschlusselement 415, das an das letzte Gerät 10h der Reihe angeschlossen ist. Das Zentralelement 408 weist eine Rückführschleife 410, Anschlüsse für ein Bus-System 100, 102 und einen Stromanschluss 412 auf. Das Abschlusselement 415 weist hier eine Pumpe 414 und einen Wärmetauscher 416 auf, wobei der Wärmetauscher 416 eine Wärmeenergie E aus einem Kühlfluid 418 abführen kann. Ausgehend von der Pumpe 414, über die ersten Kanäle 404, die Rückführschleife 410, die zweiten Kanäle 405 und den Wärmetauscher 416, ergibt sich ein geschlossener Kreislauf für das Kühlfluid 418, das insbesondere Wasser sein kann. Die aus den Leistungsteilen 22 der Geräte 10 abgeführte Energie wird außerhalb der Reihenanordnung 400 durch den Wärmetauscher 416 abgeführt und kann so genutzt werden.
Eine alternative Ausgestaltung zum Abführen der Wärmeenergie aus den Geräten 10 ist in 8 dargestellt. Hier wird als Kühlfluid 418 Luft verwendet, die durch einen im Abschlusselement 415 angeordneten Ventilator 420 durch einen Kanal 404 der Geräte 10 geführt wird. Zum Zweck einer besseren Wärmeabfuhr weist jeder Kanal 404 Kühlrippen 422 auf. Das Zentralelement 408 weist hier statt einer Rückführschleife ein Abluftrohr 424 auf, das die erwärmte Luft, also das Kühlfluid 416, abführt. Die erwärmte Luft kann entweder direkt zum Erwärmen anderer Bereiche verwendet werden oder ihr wird in einem Wärmetauscher Wärme entzogen oder sie wird ins Freie geführt.
Die Ausführungsbeispiele gemäß der 7 und 8 bieten außerdem den Vorteil, dass für die Wärmeabfuhr in der Fertigungsstätte weniger Luftdurchsatz erforderlich ist, so dass weniger Belästigung für das Personal entsteht.
9 zeigt einen Querschnitt durch ein Gerät 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei dieser Darstellung ist besonders gut die Trennung zwischen dem elektrischen Anschlussteil 17 und dem mit Kühlfluid 418 gefülltem Kühlteil 19 zu erkennen, in dem vier Kanäle 404, 405, 404', 405' angeordnet sind. Im Anschlussteil 17 sind hier außerdem Kontaktschienen 440 dargestellt, an denen jeweils eine elektrisch leitende Feder 442 angeordnet ist. Eine genaue Darstellung diesbezüglich befindet sich in der folgenden Figur.
Die Trennung des elektrischen Anschlussteils 17 vom Kühlteil 19 macht den Betrieb des Geräts 10 besonders sicher. Zudem ist es bevorzugt, bei einer Installation den Kühlteil 19 unterhalb des Anschlussteils 17 anzuordnen, damit im Falle eines Lecks das Kühlfluid 418, sofern es sich um eine Flüssigkeit handelt, der Schwerkraft folgend nach unten tropft und nicht zum Anschlussteil 17, zum Versorgungsteil 15 oder zum Leistungsteil 22 gelangt.
Um die Funktionsweise der Kontaktschienen 440 zu verdeutlichen, sind in 10 jeweils eine Kontaktschiene 440 aus jeweils einem Gerät 10a, 10b, 10c dargestellt, einmal in der Seitenansicht (oben) und einmal in der Draufsicht (unten). Dabei ist zu erkennen, dass die Feder 442 des Geräts 10a die Kontaktschiene 440 des Geräts 10b kontaktiert, und dass die Feder 442 des Geräts 10b die Kontaktschiene 440 des Geräts 10c kontaktiert.
In 11 ist dargestellt, wie man auf einfache Weise ein Kühlfluid 418 von einem Kanal 404 eines ersten Geräts 10a in einen Kanal 404 eines zweiten Geräts 10b überführen kann. Dabei weist zunächst jeweils ein Kanalende 460 einen gegenüber dem Kanal 404 vergrößerten Durchmesser auf. In das jeweilige Kanalende 460 ist eine Hülse 462 mit zwei Dichtringen 464, 464' eingesetzt. Die Dichtringe 464, 464' liegen gegen die Wand des Kanalendes 460 an. Die Abdichtung kann weiter verbessert werden, wenn noch weitere Dichtringe, insbesondere vier Dichtringe, verwendet werden.
Mit anderen Worten ist im Übergangsbereich der Mündung 466 des einen Kanals 404 im Kühlteil 19 des ersten Geräts 10a und der Mündung 466 des einen Kanals 404 im Kühlteil 19 des zweiten Geräts 10b die Hülse 462 eingesetzt, wobei der erste Dichtring 464 die Hülse 462 gegenüber der Mündung 466 im Kühlteil 19 des ersten Geräts 10a und der zweite Dichtring 464' die Hülse 462 gegenüber der Mündung 466 im Kühlteil 19 des zweiten Geräts 10b abdichtet. Die Hülse 462 ist in der Art eines Zylinders mit einer Hohlbohrung ausgeführt. An der Hülse 462 sind außen Nuten 468 eingebracht, in denen die Dichtringe 464, 464' besonders gut gehalten werden.
Statt der Hülse mit den Dichtringen 464, 464 ist es auch möglich, die Mündungen 466 in ihrer Tiefe zu verringern und eine Flachdichtung einzulegen. Werden die zwei Geräte 10a, 10b dann gegen einander gedrückt, so entsteht auch eine gute Abdichtung.
12 zeigt einen Ausschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels eines Energieverteilungssystems 1. Dabei ist hier das Konzept einer Zwischensicherung 500, 500' gezeigt. Das Konzept beruht auf der Erkenntnis, dass weitere Kosten eingespart werden können, wenn die Absicherung für die Stromleiter und die Geräte jeweils so gewählt wird, wie es tatsächlich erforderlich ist. Betrachtet man die Kabelverbindung, die vom Gerät 10 zum Gerät 10' führt, so ist zu erkennen, dass sie für eine geringere Stromlast ausgelegt werden kann als die Kabelverbindung, die zum Gerät 10 führt, denn ein Teil des Stroms wird ja zum Gerät 10 geführt. Die Kabelverbindung zwischen Gerät 10 und Gerät 10' kann also insbesondere mit einem geringeren Leitungsdurchmesser ausgeführt werden. Um den geringeren Leitungsdurchmesser abzusichern, sind die Zwischensicherungen 500, 500' vorhanden.
Für ein Beispiel bedeutet dies konkret: Angenommen das Gerät 10 habe eine maximale Stromaufnahme von 20 A, das Gerät 10' habe eine maximale Stromaufnahme von 10 A und eine weiteres – nicht gezeigtes – Gerät 10'' eine maximale Stromaufnahme von 9 A. Die Sicherung 86 muss die gesamte maximale Stromaufnahme absichern, also 20 A + 10 A + 9 A = 39 A, und das Kabel muss für 39 A ausgelegt sein. Nach dem Gerät 10 beträgt die maximale Stromaufnahme nur noch 10 A + 9 A = 19 A. Die Zwischensicherung 500 wird nun für 19 A ausgelegt, so dass das Kabel zwischen Gerät 10 und 10' auch nur noch für 19 A ausgelegt sein muss. Schließlich wird in gleicher Weise die Zwischensicherung 500' nur noch für die verbleibenden 9 A ausgelegt.
13 zeigt eine erste Ausführungsform einer Sicherung 510 für mindestens ein Gerät 10. Die Sicherung 510 hat einen Sicherungsteil 512, einen Aktuator 514, einen Detektionsteil 516 und einen Signaleingang 518. Die Sicherung 510 ist mit einer Kommunikationszentrale 28 verbunden.
Der Aktuator 514 ist dafür ausgebildet ist, in Reaktion auf ein Signal am Signaleingang 518 die Sicherung 510 vom ausgelösten in den eingeschalteten Zustand zu überführen. Die Kommunikationszentrale 28 ist mit der Sicherung 510 verbunden und dafür ausgebildet, den Signaleingang 518 der Sicherung 510 mit einem Signal zum Einschalten der Sicherung 510 zu beaufschlagen und wobei die Kommunikationszentrale 28 hier mit einer Steuervorrichtung 110 verbunden ist.
Die Kommunikationszentrale 28 kann außerdem mit einem Bus oder einer externen Spannungsversorgung 520 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Kommunikationszentrale 28 über einen Trafo 522 und/oder einen Akku 524 mit Energie versorgt werden.
Wir von der Steuervorrichtung 110 ein entsprechendes Signal an die Kommunikationszentrale 28 gesendet, kann diese den Signaleingang 518 der Sicherung 510 mit einem Signal zum Einschalten der Sicherung 510 zu beaufschlagen. Dabei ist es auch möglich, dass das Signal von der Steuervorrichtung 110 direkt auf den Signaleingang 518 durchgeschleift wird.
Der Aktuator 514 wird dann aktiviert und schaltet die Sicherung 510, genauer das Sicherungsteil 512, ein. Der Schließer 526 des Detektionsteils 516 ist mit dem Sicherungsteil 512 zwangsgeführt und öffnet. Wenn die Kommunikationszentrale 28 ein erneutes Schließen des Schließers mittels des Detektionsteils 526 erkennt, zeigt dies an, dass die Sicherung 510 ausgelöst hat. Ein entsprechender Hinweise kann dann an die Steuervorrichtung 110 gesendet oder von dieser abgefragt werden.
14 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kühlsystems 550 für mindestens einen Motor 26 und/oder mindestens ein Gerät 10, hier die Frequenzumformer 10a, 10c, 10d und der Softstarter 10b. Das Kühlsystem 550 hat eine erste Messeinrichtung 552 zur Erfassung der Raumtemperatur und eine Temperiereinrichtung 554 zum Temperieren eines Kühlfluids 418, das zu den Geräten 10 und zu den Motoren 26 geführt wird. Das Kühlsystem 550 hat ferner eine Temperatursteuereinrichtung 556, die dafür ausgebildet ist, die Temperiereinrichtung 554 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur so anzusteuern, dass eine Kondensation von Raumluft an den Geräten 10 und an den Motoren 26 verhindert wird.
Außerdem hat das 550 eine zweiten Messeinrichtung 558 zur Erfassung der Raumfeuchtigkeit, eine Volumenstrom-Kontrolleinheit 560 und ein Regelventil 562.
Um das Kühlfluid 518 temperieren zu können weist die Temperiereinrichtung 554 eine Vorheizung 564, einen Lufterhitzer 566 und einen Luftkühler 568 auf. Zur Überwachung und Regelung der Temperiereinrichtung 554 sind mehrere Thermometer 570a, 570b, 570c, 570d angeordnet. Eine Umwälzpumpe 572 versorgt sämtliche Bauteile mit dem Kühlfluid 518, welches leitend oder nicht leitend sein kann.
Zuerst wird die Temperatur der Flüssigkeit mittels des Thermometers 570a gemessen. Diese Temperatur wird in der Temperatursteuereinrichtung 556 im Hinblick auf die Raumtemperatur die Raumfeuchte ausgewertet. Wenn zu befürchten ist, dass Schwitzwasser entsteht, wird das Kühlfluid 518 erwärmt. Hierzu stehen die Vorheizung 572 und der Lufterhitzer 566 zur Verfügung, mit dem Wärme z. B. an den Raum abgegeben werden kann.
Ist das Kühlfluid 518 kühler als die Raumtemperatur, kann zuerst die Wärmeaufnahme aus dem Raum erfolgen (Umkehrung des Prinzips). Damit kann elektrische Energie für die Vorheizung 564 gespart werden. Erreicht der Lufterhitzer 566 die Temperaturen nicht, muss mit elektrischer Energie aus 564 nachgeheizt werden.
Schlussendlich muss die Vorlauftemperatur im Kühlkreislauf stimmen, so dass keine Taupunktgefahr besteht.
Vor der Startphase der Geräte 10 und der Motoren 26 zirkuliert das Kühlfluid 518 im Kreislauf über Leitung 572, wobei das Regelventil 562 den Wasserfluss in die richtige Richtung steuert. Sobald die Vorlauftemperatur die gewünschte Solltemperatur hat, wird der volle Kühlwasser-Volumenstrom in Richtung der Geräte 10 und der Motoren 26 geführt. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass sich Elektronik und Motoren vorher nicht einschalten lassen.
Anhand der Volumenstrom-Kontrolleinheit 560 kann der Volumenstrom überwacht werden. Sollte der Volumenstrom unter einen vorgegebenen Wert fallen, kann vorgesehen werden, dass die Geräte 10 und die Motoren 26 ausgeschaltet werden.
Gerade in der warmen Jahreszeit wird es oft erforderlich sein, dass während des Betriebes das Kühlfluid 418 abgekühlt werden muss. Bei dem hier gezeigten Kühlsystem 550 kann entschieden werden, ob die Wärme an den Raum abgeführt oder ins Freie geleitet wird.
Bspw. kann mit dem Lufterhitzer 566 die Wärme an den Raum abgegeben werden. Mittels des Luftkühlers 568 kann die Wärme ins Freie geführt werden. Im Sommer hat es keinen Sinn, die Wärme in den Raum abgeben, da es sowieso schon heiß genug ist. Dies hat den Vorteil, dass im Raum keine unnötige Lüftung notwendig werden muss. Jede zusätzliche Temperaturbelastung im Sommer belastet Mitarbeiter und Maschinen. In vielen Fällen muss dies durch aufwendige Lüftungsanlagen oder auch Klimaanlagen realisiert werden.
Zur Beheizung und Kühlung der Vorheizung 564, des Lufterhitzers 566 und des Luftkühlers 568 kann jedes beliebige Heiz- oder Kühlmedium verwendet werden. Auch könnte man sich vorstellen, auf verschiedene Bauteile 564, 566, 568, 570 zu verzichten. Eine Wärmeabgabe ins Freie ist bei kleineren Anlagen nicht unbedingt erforderlich. Dies spart Investitionsaufwand.
Wenn die Geräte 10 und die Motoren 26 schwitzwasserfest ausgeführt werden, kann auf die Vorwärmephase vollständig verzichtet werden. Dann könnte die Vorheizung 564 entfallen.
Diese Anordnung stellt nur eine der möglichen Anordnungen dar, um das Kühlwasser auf die richtige Temperaturkondition zu bringen. Gleichzeitig kann die Wärme dorthin geführt werden, wo sie sinnvoll ist. Die überzeugende Wirkungsweise kann anhand eines Beispiels anschaulich verdeutlichet werden: Angenommen vier Motoren haben je einen Frequenzumformer 250 kW. Das ergibt eine Leistungsaufnahme von bis zu 1000 kW. Bei einem Wirkungsgrad von 96% bei den Frequenzumformern und 92% bei den Motoren, ergibt sich eine Wärmeabgabe von fast 120 kW. Damit können komplette Büros, Lagerhallen, Fabrikhallen beheizt werden.
Denkbar wäre auch, im Sommer aus Wärme Kalte zu machen. Es gibt es heute Anlagen, die dazu in der Lage sind (z. B. mit Absorptionskältemaschinen). Dies wäre besonders sinnvoll, da im Winter meist Wärme für die Raumheizung benötigt wird und im Sommer Kalte für die Klimatisierung von Büros oder Klimaanlagen.
15 zeigt einen Teil eines Energieverteilungssystems 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Das Energieverteilungssystem 1 hat eine erste und eine zweite Reihenschaltung 400a, 400b.
Die erste Reihenschaltung 400a hat ein Zentralelement 408a, drei Frequenzumformer 10a, 10b, 10c mit je 100 kW Leistungsaufnahme, eine Zwischensicherung 500, vier Frequenzumformer 10d, 10e, 10f, 10g mit je 10 kW Leistungsaufnahme, einen Stern/Dreiecks-Starter 10h mit 10 kW Leistungsaufnahme, einen Softstarter 10i mit 10 kW Leistungsaufnahme und ein Abschlusselement 415a. Die zweite Reihenschaltung 400b hat ein Zentralelement 408b, drei Frequenzumformer 10j, 10k, 10l mit je 10 kW Leistungsaufnahme, einen Stern/Dreiecks-Starter 10m mit 10 kW Leistungsaufnahme und ein Abschlusselement 415b.
Die erste und die zweite Reihenschaltung 400a, 400b sind über eine weitere Zwischensicherung 500' und eine Kabelverbindung oder Stromschiene 580 miteinander verbunden. Der Zweck der Zwischensicherungen 500, 500' wurde bereits im Zusammenhang mit der 12 erläutert. Auch hier können die Kabelquerschnitte nach der jeweiligen Zwischensicherung 500, 500' kleiner gewählt werden.
Eine weitere Besonderheit ist bei der erste Reihenschaltung 400a gegeben. Die Geräte 10 sind nämlich dort auf die Phasenstränge 581 aufgesteckt. Alternativ oder zusätzlich können auch die Zwischensicherungen 500, 500' gesteckt sein. Dies erleichtert die Installation. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn eine solche Steckverbindung nicht mehr gelöst werden kann. Dies erhöht die Sicherheit des Gesamtsystems trotz der vereinfachten Installation.
Darüber hinaus können hier auch neue Normungen entstehen oder ggfs. bestehende Normungen für diese neuartigen Verbindungssysteme angewendet werden. Dabei ist dann insbesondre der Grundanschluss ist genormt, so dass die Geräte nur noch aufgesteckt oder aneinandergereiht und verbunden werden müssen. Spezielle Verbindungsverkabelungen müssen dann nur noch in besonderen Fällen vorgenommen werden.
Es sei hier insbesondere darauf hingewiesen, dass verschiedene Geräte 10 in Reihe geschaltet werden können, insbesondere Motorschütze, Stern/Dreieck-Kombinationen, Softstarter, Thyristoren und Anschlüsse für Geräte für Bussysteme z. B. ASI, CAN-Bus, Profibus, Ethernet etc.
16 zeigt ein Gerät 10 mit hoher Leistungsaufnahme gemäß einer vierten Ausführungsform. Das Gerät 10 ist hier mit Dekorplatten 590 besetzt, die an dem Korpus bzw. Gehäusedeckel 316 befestigt sind. Außerdem ist eine Logoplatte 592 vorgese hen, die hier oberhalb eines Displays 594 angeordnet ist. Für die weiteren Erklärungen sei auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der 6 verwiesen bzw. der 7 im Zusammenhang mit den Kühlkanälen 404, 405.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist auch die Wanddichtung 596 eine Besonderheit, die eine Abdichtung zwischen dem Korpus bzw. Gehäusedeckel 316 und einer Wand 598 bereitstellt. In diesem Fall kann eine Reihenanordnung von die Frequenzumformern 10 bzw. die Kombination von verschiedenen Geräten 10 dicht und fast fugenlos zur Wand 598 abschließen. Dies bedeutet eine leichte Reinigung der Frequenzumformerbatterie bzw. der Kombination von Geräten 10 zur Umgebung. Bspw. kann in der Getränkeindustrie, Oberflächentechnik, Krankenhäusern etc. eine hohe Reinheit der Elektrik des Geräts 10 zur Umgebung erreicht werden.
17 zeigt das Gerät gemäß 16 in der Draufsicht, wobei im rechten Teil der Figur eine Ausschnittsvergrößerung des gezeigten linken oberen Ecke dargestellt ist.

Claims

Gerät (10) mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere Frequenzumformer, das dafür ausgebildet ist, eine Netzspannung (U) als Primärspannung (UP) aufzunehmen und als Sekundärspannung (US) abzugeben, wobei sich die Primärspannung (UP) von der Sekundärspannung (US) im Hinblick auf Frequenz, Amplitude oder Phasenlage unterscheidet, mit einem Leistungsteil (22), der für die Umwandlung der Primärspannung (UP) in die Sekundärspannung (US) ausgebildet ist und dabei Wärme abgibt, und mit einem Versorgungsteil (15), der zumindest dafür ausgebildet ist, die Primärspannung (UP) zum Leistungsteil (22) zu führen, ferner mit einem Anschlussteil (17), der eine elektrische Schnittstelle (13) aufweist, die dafür ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zu mindestens einem benachbarten weiteren Gerät (10) mit hoher Leistungsaufnahme herzustellen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der Versorgungsteil (15) mindestens ein Bauteil, bevorzugt alle Bauteile, aus der Gruppe bestehend aus Hauptschalter (18), Oberwellenfilter (20) und Sicherung (16) aufweist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anschlussteil (17) eine starre, gegen eine Federkraft verlagerbare Kontaktschiene (440) aufweist oder der Anschlussteil (18) eine fixierte Kontaktschiene aufweist, an der eine elektrisch leitende Feder (442) angeordnet ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Kühlteil (19), der dafür ausgebildet ist, Wärmeenergie (E) des Leistungsteils (22) aufzunehmen und aus dem Gerät (10) abzuführen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlteil (19) mindestens einen Kanal (404), bevorzugt mehrere Kanäle (404, 405, 404', 405'), aufweist, die dafür ausgebildet sind, ein Kühlfluid (418) zu führen, das die Wärmeenergie (E) des Leistungsteils (22) aufnimmt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung des mindestens einen Kanals (404) so gewählt ist, dass der Kanal (404) an einer ersten Seite des Geräts (10a) und an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden, Seite des Geräts (10a) mündet, und insbesondere so gewählt ist, dass bei zwei aneinandergrenzenden Geräten (10a, 10b) ein Ende eines Kanals (404) in dem einen Gerät (10a) an ein Ende eines Kanals (404) in dem anderen Gerät (10b) angrenzt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Kanalende (460) einen gegenüber dem Kanal (404) vergrößerten Durchmesser aufweist, so dass in das Kanalende (460) zumindest teilweise eine Hülse (462) mit mindestens einem Dichtring (464) eingesetzt werden kann, wobei der Dichtring (464) gegen die Wand des Kanalendes (460) anliegt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal (404) Kühlrippen (422) aufweist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Versorgungsteil (15) Kontaktstifte (314) und der Anschlussteil (17) Kontaktaufnahmen (311) aufweist, wobei der Versorgungsteil (15) derart auf den Anschlussteil (17) gesetzt werden kann, dass die Kontaktstifte (314) in die Kontaktaufnahmen (311) eingeführt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gerät (10) eine Empfangseinrichtung (34) aufweist, die dafür ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen, die einen gewünschten Betriebszustand des Geräts (10) signalisieren können.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gerät (10) eine Steuereinrichtung (31) aufweist, die dafür ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen und auszuwerten, wobei die Steuersignale über einen ersten Signalport (30) in das Gerät (10) geführt und über einen zweiten Signalport (32) aus dem Gerät (10) herausgeführt werden, wobei die Anordnung der Signalports (30, 32) insbesondere so gewählt ist, dass bei zwei aneinandergrenzenden Geräten (10d, 10e) der zweite Signalport (32) des einen Geräts (10d) mit dem ersten Signalport (30) des anderen Geräts (10e) in elektrischer oder optischer Verbindung steht.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Versorgungsteil (15) unter einem Deckel (316) angeordnet ist, der direkt oder mittelbar an dem Anschlussteil (17) anliegt, wobei insbesondere zwischen dem Deckel (316) und dem Anschlussteil (17) eine Dichtung (318) angeordnet ist.
Reihenanordnung (400) von mindestens einem ersten und einem zweiten Gerät (10a, 10b), jeweils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geräte (10a, 10b) mit ihren Anschlussteilen (17) relativ zueinander derart angeordnet sind, dass ein erster Anschlussteil (17) des ersten Geräts (10a) in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Anschlussteil (17) des zweiten Geräts (10b) steht.
Reihenanordnung nach Anspruch 13, wobei die Geräte (10) mit ihren Kühlteilen (19) relativ zueinander derart angeordnet sind, dass eine Mündung (402) des mindestens einen Kanals (404) im Kühlteil (19) des ersten Geräts (10a) an einer Mündung (406) des mindestens einen Kanals (404) im Kühlteil (19) des zweiten Geräts (10b) mündet.
Reihenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Übergangsbereich der Mündung (466) des mindestens einen Kanals (404) im Kühlteil (19) des ersten Geräts (10a) und der Mündung (406) des mindestens einen Kanals (404) im Kühlteil (19) des zweiten Geräts (10b) eine Dichtung oder eine Hülse (462) eingesetzt ist, die zwei durchmessergrößere Dichtringe (464) aufweist, wobei der erste Dichtring (464) die Hülse (462) gegenüber der Mündung (466) im Kühlteil (19) des ersten Geräts (10a) und der zweite Dichtring (464) die Hülse (462) gegenüber der Mündung (466) im Kühlteil (19) des zweiten Geräts (10b) abdichtet.
Reihenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Zentralelement (408), an das das erste Gerät (10a) angeschlossen ist.
Reihenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Abschlusselement (415), an das das letzte Gerät (10g, 10h) angeschlossen ist, wobei das Abschlusselement (415) dafür ausgebildet ist, das Kühlfluid (418) durch die Reihenanordnung (400) zu bewegen.
Reihenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus einem Kühlteil (19) das Kühlfluid (418) zu mindestens einem Motor (26) geleitet wird, um den Motor (26) zu kühlen.
Energieverteilungssystem (1), mit einem Verteiler (80), mit einem Netzanschluss (92), mit mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Gerät (10a, 10b, 10d, 10e) mit hoher Leistungsaufnahme, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die jeweils dafür ausgebildet sind, eine Netzspannung (U) als Primärspannung (UP) aufzunehmen und als Sekundärspannung (US) abzugeben, und mit mindestens einem ersten und einem zweiten länglichen Stromleiter (12a, 12b) für große Stromstärken, wobei sich die Primärspannung (UP) von der Sekundärspannung (US) im Hinblick auf Frequenz, Amplitude oder Phasenlage unterscheidet, wobei die Geräte (10a, 10b, 10d, 10e) außerhalb des Verteilers (80) angeordnet sind und jeweils einen elektrischen Anschluss (14) aufweisen, die Stromleiter (12a, 12b) an einem jeweiligen Gerät (10a, 10b, 10d, 10e) angeschlossen sind, so dass das Ge rät (10a, 10b, 10d, 10e) mit dem Netzanschluss (92) elektrisch verbunden ist, und die Stromleiter (12a, 12b) bevorzugt jeweils zumindest entlang eines Abschnitts (60) als Stromkabel ausgebildet sind, und die elektrischen Anschlüsse (14) des ersten und des zweiten Geräts (10a, 10b) entlang des ersten Stromleiters (12a) und die elektrischen Anschlüsse (14) des dritten und des vierten Geräts (10d, 10e) entlang des zweiten Stromleiters (12b) angeordnet sind.
Energieverteilungssystem nach Anspruch 19, wobei das Energieverteilungssystem eine Signalisiervorrichtung (202; 220) aufweist, die den Stromleiter (12) mit einem Signal beaufschlagen kann, und wobei das Signal an den Geräten (10) zur Auswertung ausgekoppelt werden kann.
Energieverteilungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Aktuator oder Sensor (54, 56) integriert ist, der mit einer Kommunikationszentrale (28) und/oder mit einer Steuereinheit (110) kommuniziert.
Energieverteilungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stecker des Energieverteilungssystems (1), insbesondere der Geräte (10), genormt sind, so dass eine Verbindung der einzelnen Komponenten besonders einfach erfolgen kann.
Sicherung (510) für mindestens ein Gerät (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Sicherungsteil (512), mit einem Aktuator (514), einem Detektionsteil (516) und einem Signaleingang (518), wobei der Aktuator (514) dafür ausgebildet ist, in Reaktion auf ein Signal am Signaleingang (518) die Sicherung (510) vom ausgelösten in den eingeschalteten Zustand zu überführen.
Sicherung nach Anspruch 23, wobei die Sicherung (510) mit einer Kommunikationszentrale (28) verbunden ist, die dafür ausgebildet ist, den Signaleingang (518) der Sicherung mit einem Signal zum Einschalten der Sicherung (510) zu beaufschlagen und wobei die Kommunikationszentrale (28) insbesondere mit einer Steuervorrichtung (110) verbunden ist.
Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationszentrale (28) über mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus einem Trafo (522), einem Bus-System (100), einer externen Stromversorgung (520) und einem Akku (524) mit Energie versorgt ist.
Kühlsystem (550) für mindestens einen Motor (26) und/oder mindestens ein Gerät (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ersten Messeinrichtung (522) zur Erfassung der Raumtemperatur, mit einer Temperiereinrichtung (554) zum Temperieren eines Kühlfluids (418), das zum Gerät (10) und/oder zum Motor (26) geführt wird und mit einer Temperatursteuereinrichtung (556), die dafür ausgebildet ist, die Temperiereinrichtung (554) in Abhängigkeit von der Raumtemperatur so anzusteuern, dass eine Kondensation von Raumluft an dem Gerät (10) und/oder dem Motor (26) verhindert wird.
Kühlsystem nach Anspruch 26, ferner mit einer zweiten Messeinrichtung (558) zur Erfassung der Raumfeuchtigkeit.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperiereinrichtung (554) mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus Vorheizung (564), Lufterhitzer (566) und Luftkühler (568) aufweist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit mindestens einer Dekorplatte (690).
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit mindestens einer Wanddichtung (596), die eine Abdichtung zwischen einem Gehäusedeckel (316) des Geräts (10) und einer Wand (598) bereitstellt.