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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlelement für eine Drossel oder einen Transformator
mit einer Außenseite
und einer Innenseite, wobei die Innenseite zum Anliegen an einer
Oberfläche
eines Kerns der Drossel oder des Transformators oder einer Oberfläche einer
ersten Wicklung der Drossel oder des Transformators vorgesehen ist,
wobei das Kühlelement
ferner wenigstens einen entlang der Außen- und Innenseite verlaufenden
Kanal aufweist, der zur Durchströmung
mit einem Kühlmittel
vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Drossel
und einen Transformator mit einem solchen Kühlelement, das zwischen einem
Kern der Drossel oder des Transformators und einer Wicklung der Drossel
oder des Transformators vorgesehen ist, insbesondere mit vier Kühlelementen.
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Ein
großes
Problem bei Drosseln und Transformatoren stellt die Abfuhr der beim
Betrieb entstehenden Verlustleistung dar. Bei bekannten Produkten,
wie beispielsweise der in 1 gezeigten
einphasigen Drossel, wird die durch die Verlustleistung entstehende
Wärme oft über eine
reine Luftkühlung abgeführt, wobei
ein Luftstrom Luftkanäle
zwischen Wicklungsteilen durchströmt. Um eine möglichst
große
Oberfläche
für die
Kühlung
zur Verfügung
zu haben, wird die Wicklung dabei bisweilen in mehrere Wicklungsteile
unterteilt, so dass mehrere geschichtete Luftkanäle entstehen.
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Nachteilig
bei der Luftkühlung
ist insbesondere die Anfälligkeit
der Drosseln oder Transformatoren für Umwelteinflüsse, da
bei dieser technischen Lösung
Frischluft aus der Umgebung benötigt
wird. Insbesondere salz- und säurehaltige
oder mit Schmutzpartikeln durchsetzte Umgebungsluft, sowie Eiskristalle
können
die Lebensdauer des Produktes stark verringern. Bei notwendiger
Zwangsbelüftung ist
außerdem
noch ein nicht unerheblicher technischer und kostenintensiver Aufwand
durch die anzubringenden Ventilatoren erforderlich.
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Durch
Verwendung einer Flüssigkeitskühlung hingegen
können
Drosseln und Transformatoren gegen die Umgebung nahezu hermetisch
abgeschottet werden, da die entstehende Verlustleistung zu einem
großen
Teil über
die Kühlflüssigkeit
abtransportiert werden kann. Dabei werden bei bekannten Ausführungen
die Kühlkörper als
Kühlbarren
zwischen Eisenblechkern und Wicklung eingebracht.
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Problematisch
stellen sich hierbei die Befestigung der Kühlbarren auf dem Kern und vor
allem das Umlenken der Wicklung an den Kanten der Kühlkörper dar.
Die Wicklung wird, wie in 3 gezeigt, um
eine Kante des Kühlbarrens
geführt,
wobei die Gefahr besteht, dass die Wicklungsisolation durch den
Wickelzug an der Kante des Kühlkörpers durchgedrückt und
damit beschädigt
wird. Es besteht zudem die Gefahr, dass die Kühlkörper und die Kühlflüssigkeit – und somit
das gesamte Kühlsystem – unter
Spannung gesetzt werden. Insbesondere in der Nähe der Kanten des Kühlbarrens
kann es außerdem jederzeit
zu einem Verrutschen von dort vorgesehenen Kanalleisten kommen,
da durch das abrupte Umlenken der Wicklung hinter der Kante des
Kühlkörpers die
Kanalleiste durch die Wicklung nicht mehr genügend stark an den Kern gepresst
wird. Verrutscht die Kanalleiste, wird die Wicklung instabil und sackt
ab. Hierdurch kann auch der Kühlkörper verrutschen.
Bei der in 1 dargestellten bekannten luftgekühlten Drossel
besteht dieses Problem nur in geringerem Ausmaß, da sich die Kanal- und Kanaleckleisten
durch ihre Anordnung und den Wickelzug abstützen können.
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Ferner
tritt über
dem Kühlkörper infolge
der Balligkeit der Wicklung eine weitere Schwierigkeit dahingehend
auf, dass die Wicklung nicht vollständig und fest an der Oberfläche des
Kühlkörpers anliegt, womit
sich eine reduzierte und nicht-optimale Wärmekopplung zum Abtransport
der Verlustleistung ergibt. Wie in 3 gezeigt,
bildet sich ein Hohlraum zwischen Wicklung und Kühlkörper. Das hat zur Folge, dass
die Joule'sche Verlustwärme der
Wicklung nicht mehr direkt über
den Kühlkörper und
die Kühlflüssigkeit
abgeführt werden
kann, sondern größtenteils über stark
wärmeisolierende
Luft geführt
werden muss. Die Wicklung heizt sich ungewollt auf.
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Es
gibt bereits bekannte Ansätze,
die oben geschilderten Probleme bei flüssigkeitsgekühlten Drosseln
und Transformatoren anzugehen.
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Ein
Verrutschen der Kühlkörper kann
vermieden werden, indem diese mit dem Eisenkern verschraubt werden.
Dieser Ansatz macht allerdings gelochte Bleche und gebohrte Kühlkörper sowie
zusätzliche
Teile zur Verschraubung nötig,
was außer
dem höheren
Material- bzw. Bearbeitungsaufwand auch die Montagezeiten und somit
die Kosten für
das Produkt nachteilig in die Höhe
treibt.
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Ein
Verrutschen der Kanalleisten kann auch erschwert werden, indem diese
am Kern verklebt, oder aber teurere Kanalleisten mit Kanalblechen
verwendet werden, so dass die Kanalbleche die Kanalleisten abstützen können. Durch
die Wickelzugkräfte besteht
beim Wickeln jedoch die Gefahr, dass der Kleber die Kanalleisten
nicht halten kann, bzw. diese brechen können, so dass die Wicklung
absacken würde.
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Das
Durchdrücken
der Wicklungsisolation wird bisher dadurch minimiert, dass die Kühlkörper an
den Kanten mit leichten Radien versehen werden. Des Weiteren kann
der Einfluss der Balligkeit der Wicklung am Kühlkörper durch Anschrägen der
Kühlkörperprofile
verringert werden.
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Ein
zusätzliches
Problem ergibt sich bei den zuvor beschriebenen Ausführungen,
bei denen die Kühlkörper auf
den Ober- bzw. Unterseiten der den Kern bildenden Blechpakte angeordnet
sind, darin , dass der Kern der Drossel oder des Transformators u.
U. nur ungenügend
gekühlt
wird, wenn die Kühlkörper nur
jeweils auf dem obersten bzw. untersten Blech aufliegen. Die Lackisolierung,
die auf bzw. zwischen den Elektroblechen zur Vermeidung von Wirbelströmen aufgebracht
wird, behindert den Wärmeabtransport
durch die Bleche hindurch zum oberen oder unteren Kühlkörper. Um
auch verstärkt
die Verlustwärme
aus den mittleren Blechen des Eisenkern ziehen zu können, werden
bisher ebenfalls Kühlbarren
links und rechts des Eisenkerns angeordnet. Zur Vermeidung von Wirbelstromschleifen
im Eisenblechkern werden diese zusätzlichen Kühlbarren mit einer elektrischen
Isolationsschicht versehen an den Stirnflächen der Eisenbleche positioniert.
Die Isolationsschicht ist hierbei mit wenigen zehntel Millimetern deutlich
geringer, als die Schichtdicke der Lackisolierung der Eisenbleche
in Summe, so dass der Wärmeübergang zu
den seitlichen Kühlbarren
weiterhin effektiv ist. Beträgt
beispielsweise bei einem 80 mm hohen Kernpaket der Füllfaktor
ca. 97%, so gehen ca. 2,4 mm Eisenhöhe durch die Isolationsschichten ”verloren”. Die mittleren
Bleche müssten
ihre Verlustwärme
also durch mindestens den halben Weg durch Isolationsschichten,
entsprechend 1,2 mm, zum oberen oder unteren Kühlkörper hindurch transportieren. Weist
die Isolationsschicht zwischen den seitlichen Barren und den Kernstirnflächen hingegen
nur beispielsweise 0,4 mm, so lässt
sich damit eine günstigere
thermische Ankopplung der mittleren Eisenbleche an die seitlichen
Barren erreichen.
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Die
Montage seitlicher Kühlkörper gestaltet sich
jedoch extrem schwierig, da eine Fixierung mittels Bohrung hier
aufgrund der Stapelrichtung der Bleche gerade nicht möglich ist.
Zudem werden zumeist weiterhin Eckleisten verwendet, um die Wicklung
umzulenken. Wird eine solche Leiste beschädigt, besteht wiederum die
Gefahr, dass die Wicklung in sich zusammen sackt und hierdurch nicht
mehr optimalen Kontakt auf die Kühlbarren
hat. Es kann zur thermischen Überhitzung
kommen, die zur Zerstörung
des gesamten Produktes führt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben aufgeführten Nachteile
aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder zumindest zu vermindern.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Kühlelement
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der eine gute Stabilität, eine
geringe Gefahr des Verrutschens von Bauelementen und eine gute Wärmeabführung, insbesondere
ein gutes Anliegen der Wicklung am Kühlelement, erreicht werden,
ohne dass damit ein besonderer Material- oder Montageaufwand zur
Erreichung dieser Ziele nötig
würde.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Kühlelement
für eine
Drossel oder einen Transformator mit einer Außenseite und einer Innenseite, wobei
die Innenseite zum Anliegen an einer Oberfläche eines Kerns der Drossel
oder des Transformators oder einer Oberfläche einer ersten Wicklung der Drossel
oder des Transformators vorgesehen ist, wobei das Kühlelement
ferner wenigstens einen entlang der Außen- und Innenseite verlaufenden
Kanal aufweist, der zur Durchströmung
mit einem Kühlmittel vorgesehen
ist, adressiert, bei dem das Kühlelement einen
ersten und einen zweiten Schenkel aufweist, wobei eine dem ersten
Schenkel zugehörige
erste Teilinnenfläche
der Innenseite und eine dem zweiten Schenkel zugehörige zweite
Teilinnenfläche
der Innenseite miteinander einen Winkel zur Aufnahme des Kerns oder
der ersten Wicklung einschließen.
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Zudem
wird erfindungsgemäß eine Drossel oder
ein Transformator mit einem solchen Kühlelement vorgeschlagen, das
zwischen einem Kern der Drossel oder des Transformators und einer
Wicklung der Drossel oder des Transformators, insbesondere an einer
Kante der Kerns, vorgesehen ist, wobei insbesondere vier Kühlelementen
an gegenüberliegenden
Kanten des Kerns vorgesehen sind.
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Ein
erfindungsgemäßes Kühlelement
für eine
Drossel oder einem Transformator mit einem typischen quaderförmigen Kern
hat im Querschnitt entsprechend eine L-Form, mit einem inneren (genauen oder
nahezu) rechten Winkel zwischen den beiden Schenkeln. Diese Anordnung
der Schenkel erreicht eine Sicherung gegenüber einem Verrutschen, da jeweils
der eine Schenkel den anderen Schenkel von einem Verrutschen in
Richtung der Mitte der jeweiligen Oberfläche des Kerns schützt. Die über die
Außenseite
des Kühlelements
geführte
Wicklung drückt durch
die Wickelkräfte
einerseits das Kühlelement
an den Kern und leistet einen weiteren Beitrag zur Fixierung des
Kühlelements.
Andererseits wird die Wicklung selbst durch die Wickelkräfte an die
Außenseite des
Kühlelements
angelegt, wodurch die Schwierigkeit einer Beabstandung zwischen
Wicklung und Kühlelement
infolge einer Balligkeit vermieden oder zumindest reduziert wird.
Da erfindungsgemäß allein durch
die grundsätzliche
Form des Kühlelements
im Einbauzustand insbesondere eine gute Stabilität und ein gutes Anliegen der
Wicklung am Kühlelement
erreicht wird, kann damit auf zusätzliche Maßnahmen zur Erreichung einer
Beständigkeit
der Drossel oder des Transformators gegenüber einem Verrutschen und zur
besseren Wärmeabfuhr
verzichtet werden. Da das erfindungsgemäße Kühlelement im Einbaustand automatisch
an zwei benachbarten Außenflächen des
Kerns anliegt, ergibt sich zudem eine verbesserte Wärmeabfuhr
gegenüber
einer entsprechenden Anordnung, bei der ein Kühlkörper lediglich an einer Ober-
oder Unterseite des Kerns anliegt, ohne dass der bei an den Stirnflächen des
Kerns anzuordnenden Kühlkörpern Zusatzaufwand
zur Fixierung der Kühlkörper an
den Stirnfläche
(Kleben o. ä., siehe
oben) nötig
wäre.
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Bei
einem Kern, dessen Geometrie von der typischen quaderförmigen Geometrie
abweicht, ergibt sich zum Aufnehmen des Kerns (oder der ersten Wicklung)
zwischen den Schenkel ein entsprechend anderer Winkel. Zudem ist
auch bei einem quaderförmigen
Kern die vorliegende Erfindung nicht auf einen exakten rechten Winkel
zwischen den Schenkeln beschränkt.
Beispielsweise kann durch Vorsehen eines Winkels, der etwas kleiner
als 90° ist,
erreicht werden, dass das Kühlelement
sich beim Aufbringen auf den Kern mit diesem verklammert und so
eine gesonderter Fixierung des Kühlelements
vor und bei dem Wickelvorgang unnötig wird.
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Wie
bei den bekannten barrenförmigen,
d. h. flachen oder ebenen, Kühlkörpern ist
das erfindungsgemäße Kühlelement
mit wenigstens einem längs durchlaufenden
Kanal zur Führung
von Kühlmittel versehen,
so dass eine im wesentlichen von den Umgebungsbedingungen abgekoppelte
Kühlung
der Drossel oder des Transformators erreicht werden kann.
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Sind
mehrere Kanäle
in einem Kühlelement vorgesehen,
so kann wahlweise auch einer oder mehrere der Kanäle nicht
zur Führung
von Kühlmittel verwendet
werden, solange die gewünschte
Wärmeabfuhr
auch durch das Kühlelement
als solches oder durch den verwendeten Kanal bzw. die verwendeten Kanäle erreicht
werden kann. Die nicht für
die Kühlmittelführung benutzen
Kanäle
haben dabei die Funktion von Aussparungen, um die Wirbelströme und das
Gewicht des Kühlelements
zu minimieren.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen.
Durch die L-Form können die
erfindungsgemäßen Kühlelemente
ohne Verschraubungen an den Kanten eines quaderförmigen Eisenblechkerns einer
Drossel oder eines Transformators angelegt werden. Durch die Wicklung
und den bestehenden Wickelzug werden diese dann fest an den Kern
gepresst. Der Wickelzug sichert ebenfalls einen guten Kontakt zur
Wicklung hin. Die Kühlelemente
werden somit rutschsicher und mit sehr guter thermischer Ankopplung
an Wicklung und Kern in der Drossel oder dem Transformator positioniert.
Da im Grundsatz keine weiteren Anbauteile wie Kanalleisten oder
Kanalbleche zur Abstützung
der Wicklung mehr notwendig sind, reduziert sich der Montageaufwand,
sowie die Anzahl der Bauteile erheblich, wodurch Material- und Montagezeitkosten
sinken.
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Die
erfindungsgemäßen Kühlelemente
können
in vorteilhafter Weise einer einzigen Ausführung für nahezu beliebige Kernquerschnitte
verwendet werden, ohne dass zusätzliche
Bauteile zur Abstützung
der Wicklung verwendet werden müssen.
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Da
die erfindungsgemäßen Kühlelemente ähnlich zu
konventionell eben bzw. flach ausgeführten Kühlbarren weiterhin kostengünstig im
Strangpressprozess etwa aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
(z. B. AlMgSi) hergestellt werden können, ergibt sich im Vergleich
zur Herstellung von konventionellen Kühlbarren kein oder ein nur
unwesentlicher zusätzlicher
Aufwand bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlelemente.
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Zusätzlich zu
den oben angeführten
Vorteilen wurde gefunden, dass erfindungsgemäße Kühlelemente überraschenderweise trotz einer
höheren Masse
im Vergleich zu entsprechenden herkömmlichen Kühlanordnungen im Kern deutlich
geringere parasitäre
Wirbelstromverluste durch magnetische Streufelder verursachen.
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Durch
die vergrößerte Oberfläche ist
zudem die Abfuhr der Verlustwärme
deutlich günstiger,
als bei einem konventionellen ebenen Kühlkörper.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenseite des Kühlelements
als Auflagefläche
für eine
zweite Wicklung der Drossel oder des Transformators ausgestaltet.
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Mit
dem Vorsehen einer definierten Außenform des Kühlelements,
die zur Führung
einer Wicklung ausgelegt ist, ist eine gezielte Einstellung der Umlenkung
der Wicklung im Einbauzustand möglich, womit
insbesondere Knickstellen oder Krümmungsbereiche, in denen die
Wicklung nicht von dem Kühlelement
gestützt
und geführt
wird, vermieden werden. Die Bezeichnung „zweite Wicklung” dient
hier lediglich der Abgrenzung gegenüber der zuvor erwähnten ersten
Wicklung und ist nicht als Angabe hinsichtlich einer Reihenfolge
oder Anordnung der Wicklung in Bezug auf andere Wicklungen zu verstehen.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind eine dem ersten Schenkel
zugehörige
erste Teilaußenfläche der
Außenseite
und eine dem zweiten Schenkel zugehörige zweite Teilaußenfläche der
Außenseite
durch eine Führungsfläche zur
Führung
der zweiten Wicklung vom ersten Schenkel zum zweiten Schenkel verbunden,
insbesondere durch eine gekrümmte
Führungsfläche, wobei
die Krümmung
der Führungsfläche insbesondere
konstant ist.
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Durch
einen Radius, der die äußeren Kanten der
beiden Schenkel des erfindungsgemäßen Kühlelements miteinander verbindet,
wird die Wicklung optimal umgelenkt. Insbesondere lässt sich
durch die Wahl der Krümmung
und der Krümmungsform
zudem eine besondere Anpassung an das Wicklungsmaterial erreichen.
Zudem sind Kanaleckleisten oder sonstige zusätzliche Teile zum Umlenken
der Wicklung im Vergleich zu den bekannten Lösungen nicht mehr notwendig.
Somit ist auch die Gefahr verrutschender oder brechender Kanalleisten,
die zum Absacken der Wicklung und somit zu einem Totalausfall des
Produktes führen
können,
gänzlich
gebannt.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenseite
des Kühlelements
derart ausgestaltet, dass eine erste Tangentenfläche an einem der Führungsfläche gegenüberliegenden
Ende der Teilaußenfläche des
ersten Schenkels und eine zweite Tangentenfläche an einem der Führungsfläche gegenüberliegenden
Ende der Teilaußenfläche des
zweiten Schenkels einander gegenüber
der Führungsfläche in einem
Winkel schneiden, der größer als
der Winkel ist, den die Teilinnenflächen der Innenseite einschließen.
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Sind
die Teilaußenflächen der
Schenkel bereits an ihren jeweiligen Ende gegenüber den Teilinnenflächen verkippt,
so ist es möglich,
im Einbauzustand eine über
die Außenfläche des
Kühlelements geführte Wicklung
mit einer Krümmung
vorzusehen, die sich über
einen Bereich erstreckt, der größer ist als
der des Kühlelements.
So ist bei einem quaderförmigen
Kern bei dieser Ausgestaltung der Winkel zwischen den Endbereichen
der Außenseite
größer als 90° und das
Kühlelement
unterstützt
die Wicklung im Einbauzustand in einem Bereich, in dem die Wicklung
nicht mehr parallel zu der Kernflächen verläuft.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Schenkel
und der zweite Schenkel miteinander durch ein Verbindungselement
verbunden, das zur Einstellung des Winkels zwischen der ersten Teilinnenfläche und
der zweiten Teilinnenfläche
verformbar, insbesondere verbiegbar, ausgestaltet ist.
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Die
Einstellmöglichkeit
des Winkels, den die Teilinnenflächen
der Schenkel miteinander einschließen, erlaubt eine größere Flexibilität hinsichtlich
der Geometrie des einzuschließenden
Kern bzw. der Wicklung, auf die das Kühlelement aufgesetzt wird.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kühlelement
ein Kanalelement, das den Kanal aufweist, und ein ein- oder mehrstückiges Trennelement
zur Anordnung zwischen dem Kanalelement und wenigstens einer Oberfläche des
Kerns auf, wobei das Trennelement insbesondere als nichtmagnetisches
Blechelement mit einer elektrischen Leitfähigkeit ausgebildet ist, die
geringer ist als die des Materials des Kanalelements, und eine Wärmeleitfähigkeit
aufweist, die größer ist
als die Wärmeleitfähigkeit
von Luft, wobei das Trennelement bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit
von nicht weniger als 0,5 W/(m·K), besonders
bevorzugt von nicht weniger als 1/3 der Wärmeleitfähigkeit des Materials des Kanalelements,
aufweist.
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Es
wurde gefunden, dass die direkte Montage der Kühlbarren auf dem Kern Wirbelstromverluste erzeugt,
da diese großflächig direkt über dem Luftspalt
verlaufen, wo hohe magnetische Streufelder Wirbelströme in die
Kühlbarren
induzieren können.
Mit dem Vorsehen eines Trennelements kann ein Einfluss dieser Streufelder
weiter reduziert werden.
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Bei
einer spezielleren Ausgestaltung der Erfindung ist das Trennelement
dazu ausgestaltet, sich im Einbauzustand über einen Kontaktbereich mit dem
Kanalelement hinaus entlang der Oberfläche des Kerns zu erstrecken.
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Mit
einem Trennelement, bei dem beispielsweise die Auflagefläche auf
dem Kern größer ist,
als die Fläche
der Innenseite des Kanalelements, kann eine verbesserte Wärmeabfuhr
aus Bereichen erreicht werden, die nicht direkt unter dem Kanalelement
liegen. Das sich über
das Kanalelement hinaus erstreckende Trennelement wirkt somit als
eine Art Kühlfinger
und transportiert Wärme
zum Kanalelement hin.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kühlelement
eine Vielzahl von entlang der Außen- und Innenseite verlaufenden
Kanälen
auf, die zur Durchströmung
mit einem Kühlmittel vorgesehen
sind, wobei wenigstens zwei der Kanäle innerhalb des Kühlelements
miteinander verbunden sind.
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Das
erfindungsgemäße Kühlelement
ist nicht auf das Vorsehen lediglich eines einzelnen Kanals beschränkt. Je
nach den speziellen Gegebenheiten und Anforderungen eines Einsatzes
können
auch mehrere Kanäle
vorgesehen werden, die einerseits eine größere Kühlmittelmenge führen können und
mit denen andererseits der Wärmetransportweg
durch das Material des Kühlelements
selbst reduziert werden kann.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kühlelement
einen Mittelteil zwischen dem ersten und zweiten Schenkel auf, wobei
der erste Schenkel einen ersten Kanal, der zweite Schenkel einen
zweiten Kanal und der Mittelteil einen dritten Kanal aufweisen,
wobei in einem Zuführbereich
des dritten Kanals jeweils eine Verbindung zum ersten und zweiten
Kanal und in einem Abführbereich
des dritten Kanals jeweils eine Verbindung zum ersten und zweiten
Kanal vorgesehen sind.
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Bei
einer spezielleren Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindung
im Zuführbereich
und die Verbindung im Abführbereich
als Bohrungen ausgestaltet, die teilweise durch das Kühlelement
führen und
mit einem Blindstopfen verschlossen sind.
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Profile
mit Kanälen
oder Bohrungen direkt im Eckbereich ermöglichen eine interne Verbindung
der Einzelkanäle,
so dass die Durchflussmengen ggf. den entsprechenden Anforderungen
angepasst werden können
und die Aufwendungen für
eine externe Verschlauchung somit reduziert werden.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wobei ein Schenkel
mit einer Isolierschicht zur elektrischen Isolierung gegenüber einer
Stirnseite des Kerns versehen, insbesondere mit einer Isolierschicht
aus Isolierlack.
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Das
Vorsehen der elektrischen Isolierung, beispielsweise in Form einer
Isolierschicht aus Isolierlack, auf der Innenseite wenigstens (und
bevorzugt genau) eines Schenkels vermeidet, dass durch einen elektrischen
Kontakt zwischen dem Kernmaterial, das typischerweise in Form Blechpaketen
vorgesehen ist, und dem Material des Schenkels des Kühlelements
Wirbelströme
auftreten, die zu unerwünschten
Verlusten führen
würden.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kühlelement
wenigstens zwei Teilkühlelemente
auf, die insbesondere formschlüssig miteinander
verbunden sind.
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Bei
einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung weist ein erstes Teilkühlelement
einen Vorsprung und ein zweites Teilkühlelement eine Ausnehmung zur
Aufnahme des Vorsprungs auf, wobei das erste und zweite Teilkühlelement,
die miteinander verbunden sind, zwischen sich eine sich zumindest teilweise
durch das Kühlelement
erstreckende Aussparung einschließen.
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Es
ist erfindungsgemäß möglich, das
Kühlelement
in modularer Weise aus einzelnen Teilelementen zusammenzusetzen,
was zu einer größeren Flexibilität im Einsatz
der Modulelemente führt,
etwa beispielsweise bei der Anpassung an verschiedene Drossel- bzw. Transformatorgeometrien.
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Im
Folgenden werden bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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Hierbei
zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch die Schenkel und die Wicklung einer
typischen konventionellen luftgekühlten Drossel,
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2 einen
schematischen Querschnitt durch die Schenkel und die Wicklung einer
wassergekühlten
Drossel mit Kühlbarren
ober- und unterhalb des Schenkelpakets.
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3 eine
Illustration der Problemzonen, die bei der Verwendung ebener Kühlbarren
bei einer Drossel auftreten, wie sie in 2 dargestellt
ist.
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4 eine
Abwandlung der in 3 und 4 dargestellten
konventionellen Kühlbarren.
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5 einen
schematischen Querschnitt durch den Schenkel einer Drossel, bei
der vier Kühlbarren
um den Kern gruppiert sind.
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6 einen
schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Drossel
mit erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegen-den Erfindung.
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7 einen
schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Drossel
mit erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegen-den Erfindung.
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8 eine
schematische Perspektivansicht einer Anordnung mit einem Kern und
erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegen-den Erfindung.
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9 eine
schematische Perspektivansicht der in 7 illustrierten
Drossel entsprechend der Ansicht von 8.
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10 einen
schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Drossel
mit erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegen-den Erfindung.
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11a und 11b jeweils
schematische Perspektivansichten von erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 einen
schematischen Querschnitt durch zwei erfindungsgemäße Kühlelemente
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13 eine
schematische Perspektivansicht von erfindungsgemäßen Kühlelementen gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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14 einen
schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement
gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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15 einen
schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement
gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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16 einen
schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement
gemäß einer
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Bei
den verwendeten Bezugszeichen beziehen sich ähnliche Bezugszeichen in unterschiedlichen
Ausführungsformen
aufeinander entsprechende Elemente, wobei bei der detaillierten
Beschreibung unterschiedliche Ausführungsformen teilweise eine
Beschreibung bereits vorher diskutierter Elemente bzw. deren Entsprechungen
ausgelassen wird.
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch die Schenkel und die Wicklung
einer typischen konventionellen luftgekühlten Drossel 10. Zum
Zwecke der einfacheren Diskussion sind allerdings in 1 zwei
unterschiedliche Ansätze
zur Positionierung von Kanalleisten bzw. Kanaleckleisten dargestellt.
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Der
durch geschichtete Eisenbleche aufgebaute Kern 120 wird
von der Wicklung 125 umschlossen. Diese ist zwecks Vergrößerung der
Oberfläche in
drei Wicklungsteile 125 unterteilt, so dass insgesamt drei
den Kern 120 umlaufende Luftkanäle entstehen. Die Wicklungsteile
werden dabei durch sogenannte Kanalleisten 15 bzw. Kanaleckleisten 20 aus Hartfaserglasgewebe
(HGW) gegeneinander und gegenüber
dem Eisenblechkern abgestützt,
so dass der Luftstrom nahezu ungehindert hindurch strömen und die
an die Umgebung abgegebene Verlustleistung der Drossel 10 abtransportieren
kann. In der hier gezeigten Ausführung
sind im linken Teil der Figur zwischen den Kanalleisten 15 noch
Kanalbleche 25 aus nichtmagnetischem Stahl eingeführt, die
die Wicklungsteile 125 besser abstützen sollen.
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2 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch die Schenkel und die Wicklung
einer wassergekühlten
Drossel mit Kühlbarren
ober- und unterhalb des Schenkelpakets. Wiederum sind bei der in 2 dargestellten
Drossel 2 leicht voneinander abweichende Ausgestaltungen
bekannter Drosseln gemeinsam dargestellt. Oberhalb und unterhalb des
durch aufeinander geschichtete Eisenbleche gebildeten Kerns 120 sind
Kühlbarren 30 angeordnet, durch
die hindurch Kühlkanäle 35 führen, die
zur Durchströmung
mit einem Kühlmittel,
beispielsweise Wasser, ausgestaltet sind. Die Wicklung 125 umschließt den Kern 120 und
die Kühlbarren 30.
Im linken Teil von 2 ist dargestellt, dass die
Kühlbarren 30 durch
eine sich durch den Kern 120 erstreckende Verschraubung 40 miteinander
verbunden und fixiert sind. Eine Alternative zu der im linken Teil
dargestellten Verschraubung stellt eine Verklebung dar, bei der sich
eine Anordnung ergibt, wie sie im rechten Teil von 2 dargestellt
ist. Im rechten Teil von 2 sind zudem im rechten Teil
zusätzlich
zu den oberhalb und unterhalb des Kerns angeordneten Kühlbarren 30 Kanalleisten 15 vorgesehen,
deren Zweck es ist, die Wicklung 125 abzustützen.
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Bei
DC-Anwendungen ist mit einem deutlichen Vorteil der flüssigkeitsgekühlten Drosseln
zu rechnen, da keine Wirbelströme
induziert und die Wicklungen gleichzeitig kompakter ausgeführt werden
können,
wodurch der ohmsche Widerstand sinkt.
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3 zeigt
eine Illustration der Problemzonen, die bei der Verwendung ebener
Kühlbarren
bei einer Drossel auftreten, wie sie in 2 dargestellt ist,
insbesondere entsprechend der Darstellung des rechten Teils von 2.
Bei der bekannten Verwendung ebener Kühlbarren treten insbesondere
drei Schwierigkeiten auf bzw. ergeben sich drei Nachteile. Im mit
Bezugszeichen 45 bezeichneten Bereich liegt die Wicklung
nicht optimal am Kühlkörper 30 an,
womit sich ergibt, dass zum Wärmeübertrag
von der Wicklung 125 auf den Kühlbarren 30 zum Teil
eine Wärmeübertragung
durch die Luft hindurch erfolgen muss, womit die Wärmekopplung
zwischen der Wicklung 125 und dem Kühlbarren 30 gegenüber einer
direkten Kontaktierung deutlich verschlechtert wird. Zudem kann
es bei der Führung
der Wicklung um die Kanten des Kühlbarrens
herum (Bezugszeichen 50) dazu kommen, dass die Kanten beim
Vorgang des Wickelns, bei dem starke Kräfte auf die Wicklung ausgeübt werden,
in die Isolierung der Wicklung einschneiden und diese beschädigen, wodurch
es später
zu Kurzschlüssen
oder Verlustströmen
kommen kann.
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Zudem
besteht bei der Anordnung von Kanalleisten, wie sie hier vorgesehen
wird, um die Wicklung gegenüber
einem Zusammenfallen oder Einsacken abzustützen, das Problem der Fixierung
der Kanalleisten (Bezugszeichen 55). Die Kanalleisten können insbesondere
beim Wickeln, beim Transport oder beim späteren Betrieb verschoben werden,
beispielsweise durch Vibrationen, womit es zu einem Führungsverlust
für die
Wicklung kommen kann, der zu einem unerwünschten Absacken der Wicklung führt. Zudem
müssen
bereits beim Vorgang des Wickelns besondere Anstrengungen unternommen werden,
um die Kanalleisten an der gewünschten
Position anzuordnen.
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4 zeigt
eine Abwandlung der in 3 und 4 dargestellten
konventionellen Kühlbarren. Der
Kühlbarren 60,
der ebenfalls Kühlkanäle 35 aufweist,
ist an seiner Außenseite,
d. h. an der Seite, die im Einbauzustand dem Kern gegenüber liegt,
mit Abschrägungen 65 versehen,
die beispielsweise durch Abfräsen
erzeugt werden können,
um den negative Einfluss der Balligkeit der Wicklung (siehe obige
Problemzone 45) zu reduzieren.
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5 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Schenkel einer Drossel,
bei der vier Kühlbarren
um den Kern gruppiert sind. Wie bereits weiter oben diskutiert,
ist die Anordnung von Kühlbarren 30 lediglich
oberhalb und unterhalb des Kerns 120 insofern unbefriedigend,
dass insbesondere aus dem Mittelbereich des Kerns abzuführende Wärme einen
vergleichsweise langen Weg zu den außen (d. h. oberhalb und unterhalb)
angeordneten Kühlbarren 30,
wie sie in den 2 und 3 gezeigt
sind, zurücklegen
muss. Die Wärmeankopplung
des Mittelbereichs des Kerns 120 wird in der in 5 dargestellten
Anordnung dadurch verbessert, dass zusätzlich zu den unterhalb und
oberhalb des Kerns 120 angeordneten Kühlbarren 30 zusätzliche
Kühlbarren 30 auf
den Stirnflächen
des Kerns 120 angeordnet sind, um auch seitlich Wärme aus
dem Kern 120 abzuführen.
Da zwar in der Regel zwischen den einzelnen Blechen des Kerns 120 Isolierungsmaterial
vorgesehen ist, um Wirbelströme
innerhalb des Kerns 120 zu reduzieren, die Stirnflächen des
Kernpakets 120 allerdings normalerweise nicht isoliert
sind, ist hierbei eine Isolationsschicht 70 zwischen den
seitlichen Kühlbarren 30 und
den Blechelementen des Kerns 120 vorzusehen, um einen Kurzschluss
zwischen den Blechpaketen über
den Kühlbarren 30 zu
vermeiden. Nachteilig an der in 5 dargestellten
Anordnung ist insbesondere, dass eine sichere Fixierung der seitlich
angeordneten Kühlbarren 30 kaum
möglich
ist.
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6 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Drossel
mit erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegen den Erfindung. Jeweils um einen Kern 120 der
Drossel 105 sind vier erfindungsgemäße Kühlelemente 100 angeordnet,
und zwar derart, dass ein erster Schenkel 135 und ein zweiter
Schenkel 140 des Kühlelementes 100 eine Ecke
bzw. Kante des Kerns 120 einschließen. Die erfindungsgemäßen Kühlelemente
weisen jeweils eine Innenseite 115 und eine Außenseite 110 auf,
wobei in der Darstellung von 6 die Innenseite
der Kühlelemente 100 jeweils
an den Außenflächen des
Kerns 120 anliegt, und über
die Außenseite 110 eine
Wicklung 125 der Drossel 105 geführt wird.
Die Kühlelemente 100 weisen
in ihrem Inneren zwei Kanäle 130 auf,
die in der Darstellung von 6 im Wesentlichen senkrecht
zur Zeichnungsebene durch das Kühlelement 100 hindurchführen. Genauer
ist einer der Kanäle 130 im
ersten Schenkel 135 und der zweite der Kanäle 130 im
zweiten Schenkel 140 angeordnet.
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In
diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass auch abweichend von den
in den Figuren dargestellten Ausführungsformen andere Anordnungen beispielsweise
der Kanäle
möglich
sind. Zudem kann in Abhängigkeit
von der gewünschten
Kühlwirkung auch
lediglich einer der hier in 6 dargestellten zwei
Kanäle
pro Kühlelement
verwendet werden, wobei der zweite Kanal 130 damit lediglich
die Funktion einer Aussparung annimmt, mit der insbesondere das
Gewicht des Kühlelements
reduziert wird.
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Um
die erfindungsgemäßen Kühlelemente 100 herum
verläuft
jeweils eine Wicklung 125 der Drossel 105, wobei
die Kühlelemente 100 infolge
der beim Wicklungsvorgang in die Wicklung 125 eingebrachten
Zugspannung an den Kern 120 gepresst werden.
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Zu
einer entsprechenden Passung und damit verbundenen Kontaktierung
zwischen dem Kern 120 und dem jeweiligen Kühlelement 100 weisen
die in 6 dargestellten Kühlelemente 100 einen
rechten Winkel zwischen dem ersten Schenkel 135 und den zweiten
Schenkel 140 auf. In alternativen Ausgestaltungen kann
allerdings ebenfalls vorgesehen sein, in Abhängigkeit von der Geometrie
des Kerns von einem rechten Winkel abzuweichen. Zudem kann auch bei
einem wie in 6 dargestellten im wesentlichen quaderförmigen Kern
vorgesehen sein, dass der Winkel zwischen dem ersten Schenkel 135 und
dem zweiten Schenkel 140 kleiner als 90° ist, wobei bei einer Montage
der Kühlelemente 100 mit
einem derartigen gegenüber
dem rechten Winkel, insbesondere geringfügig, verkleinertem Winkel ein
Einklemmen des Kerns 120 im jeweiligen Kühlelement 100 und eine
dementsprechende Fixierung des Kühlelements 100 am
Kern 120 erreicht werden kann.
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Zudem
ist nicht auszuschließen,
dass eine (geringfügige)
Vergrößerung des
Winkels zwischen den Schenkeln 135, 140 des Kühlelements 100 über den
rechten Winkel hinaus unter bestimmten Bedingungen von Vorteil sein
kann.
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An
der Innenseite des ersten Schenkels 135 der jeweiligen
Kühlelemente 100 ist
jeweils eine Isolierschicht 185 vorgesehen, um eine elektrische
Kontaktierung zwischen den Blechen des Kerns 120 und dem
Kühlelement 100 zu
vermeiden.
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Die
Kühlelemente 100 sind
jeweils an einer Kante des Kerns 120 vorgesehen und werden
insbesondere durch die Wicklung 125 gegenüber einer
Bewegung entgegen der Wicklung gesichert. Mit den gegeneinander
verwinkelten Schenkeln 135, 140 ist zudem ein
Verrutschen der Kühlelemente
in Richtung der Mitte der Ober- bzw. Unterseite bzw. der Mitte des
Kerns ausgeschlossen.
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Im
Betrieb nehmen die Kühlelemente 100 durch
die Innenseite 115 (bzw. durch die Isolierung 185 hindurch)
Wärme aus
dem Kern auf und leiten diese dem durch wenigstens einen Kanal eines
Kühlelements
strömenden
Kühlmittels
zu. Entsprechend nehmen die Kühlelemente 100 auch
aus der umlaufenden Wicklung 125 durch die Außenseite 110,
an der die Wicklung 125 entlangläuft, Wärme auf, um diese über das
durch einen oder mehrere Kanäle 130 strömende Kühlmittel
aus der Drossel 105 abzuführen.
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7 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Drossel
mit erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 7 dargestellte
zweite Ausführungsform
mit erfindungsgemäßen Kühlelementen 200 entspricht weitgehend
der Ausführungsform,
die in 6 dargestellt ist. Der wesentliche Unterschied
der Kühlelemente 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform
gegenüber
den Kühlelementen 100 der
ersten Ausführungsform
besteht darin, dass die Kühlelemente 200 mit
jeweils einem Kanalelement 165 und einem Trennelement 170 zweiteilig
ausgestaltet sind. Das Trennelement 170 befindet sich zwischen
dem Kanalelement 165 und der Kern 120 und erstreckt
sich in der in 7 dargestellten Ausführungsform
zudem wenigstens teilweise über
das Kanalelement 165 hinaus am Kern 120 entlang.
Wie auch das erfindungsgemäße Kühlelement
der ersten Ausführungsform
ist das Kanalelement 165 der zweiten Ausführungsform bevorzugt
mittels eines Strangpressverfahrens aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
wie beispielswiese AlMgSi hergestellt. Die Herstellung des Kühlelements
bzw. zumindest des Kanalelements 165 aus Aluminium bzw.
einer Aluminiumlegierung mittels eines Strang pressverfahrens stellt
eine besonders kostengünstige
Möglichkeit
dar, die erfindungsgemäßen Kühlelemente
bzw. Kanalelemente herzustellen. Das Vorsehen des Trennelements 170, das
insbesondere als nichtmagnetisches Blechelement mit einer elektrischen
Leitfähigkeit
ausgebildet ist, die geringer ist als die des Materials des Kanalelements 165,
stellt eine Möglichkeit
dar, ein besser an gewisse Leistungsdaten bzw. an bestimmte Bedingungen
im Zusammenhang mit der Spule bzw. dem Transformator angepasstes
Kühlelement
bereitzustellen. Ist beispielsweise das Kanalelement 165 aus Aluminium
bzw. einer Aluminiumlegierung wie AlMgSi hergestellt, so kann in
vorteilhafter Weise das Trennelement aus Zink oder einem nichtmetallischen Stahl
hergestellt werden, womit der folgende Vorteil erreicht wird: Da
das Trennelement aus Zink im Vergleich mit Aluminium eine geringere
elektrische Leitfähigkeit
bzw. dementsprechend einen höheren
elektrischen Widerstand aufweist, ergeben sich damit auch bei ansonsten
gleichbleibenden Bedingungen geringere Wirbelströme und damit geringere Verluste der
Drossel bzw. des Transformators, bei der ein erfindungsgemäßes Kühlelement,
wie es beispielsweise in 7 gezeigt ist, verwendet wird.
Eine entsprechende Reduktion der Wirbelströme ließe sich zwar auch dadurch erreichen,
dass das Kühlelement
vollständig
aus einem Material wie Zink hergestellt würde, womit sich dann allerdings
deutlich erhöhte
Materialkosten, ein höheres
Gewicht der Kühlelemente und
Schwierigkeiten bei der Herstellung ergeben würden, da Zink nicht im Rahmen
eines Strangpressprozesses verarbeitet werden kann. Das Vorsehen des
Kanalelements, das damit weiterhin aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung
besteht, erlaubt damit gegenüber
einem vollständig
aus Zink oder einem ähnlichen
Material hergestellten Kühlelement ein
geringeres Gewicht, geringere Kosten und ein einfacheres Herstellungsverfahren.
Um einen gewünschten
Wärmeübergang
vom Kern 120 in das Kühlelement 200 zu
erreichen, ist allerdings zu beachten, dass das Material des Trennelementes
eine entsprechende Wärmeleitfähigkeit
aufweist.
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Das
Trennelement 170 erstreckt sich im Vergleich zum Kanalelement 165 über einen
größeren Bereich
des Kerns 120, so dass auch aus Bereichen, die dem Kanalelement 165 nicht
direkt benachbart sind, Wärme
aus dem Kern 120 mittels des Trennelements 170 abgeführt werden
kann.
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In
der in 7 dargestellten Ausführungsform entspricht die Außengeometrie
des Kühlelementes 200 – abgesehen
von den sich weiter erstreckenden Trennelementen 170 – der Geometrie
der Kühlelemente 100 aus
der in 6 dargestellten Ausführungsform. Die in 6 dargestellte
Ausführungsform
kann allerdings auch in einfacher Weise in die zweite Ausführungsform,
wie sie in 7 dargestellt ist, überführt werden,
indem die Kühlelemente 100 aus 6 mit
zusätzlichen
Trennelementen entsprechend den Trennelementen 170 aus 7 versehen
werden, so dass ein Kühlelement 100 aus 6 die
Funktion eines Kanalelements 165 aus 7 übernehmen
kann.
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8 zeigt
eine schematische Perspektivansicht einer Anordnung mit einem Kern
und erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 8 ist zu
erkennen, dass die erfindungsgemäßen Kühlelemente 200 um
den Kern 120 gruppiert sind und sich entlang des Kerns
erstrecken. Zwischen den Kanalelementen 165 und dem Kern 120 sind
die oben beschriebenen Trennelemente 170 angeordnet, wobei
sich die Trennelemente ebenfalls in Längsrichtung über das
Ausmaß der
Kanalelemente 165 hinaus entlang dem Kern 120 erstrecken,
um somit als „Wärmefinger” zu fungieren.
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Die
erfindungsgemäßen Kühlelemente 200 der
zweiten Ausführungsform
machen die bekannten Kanalleisten und Kanaleckleisten zur Abstützung der Wicklung überflüssig. Die
im Profil ausgestalteten Kühlelemente
können
für nahezu
jeden beliebigen Querschnitt des Kerns verwendet werden. Einerseits stellt
die spezielle Geometrie der erfindungsgemäßen Kühlelemente eine Stabilisierung
insbesondere der Position der Kühlelemente
gegenüber
dem Kern und entsprechend auch gegenüber der Wicklung dar, andererseits
stabilisieren die erfindungsgemäßen Kühlelemente
auch ihrerseits die aufeinandergeschichteten Eisenbleche des Kerns,
wodurch sowohl die Montage als auch die Stabilität der erfindungsgemäßen Drossel
bzw. des erfindungsgemäßen Transformators
verbessert wird. Neben der erhöhten
Stabilität
wurde zudem gefunden, dass die Verlustwärme auch besser aus dem Kern
und der Wicklung abgeführt
wird. Das vorstehende gilt im Übrigen
nicht nur für
die zuvor beschriebene zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, sondern für
die erfindungsgemäßen Kühlelemente
und für
die Erfindung als Ganzes.
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9 zeigt
eine schematische Perspektivansicht der in 7 illustrierten
Drossel entsprechend der Ansicht von 8. Die in 9 dargestellte
einphasige Drossel 105 umfasst den Kern 120, um den
jeweils an seinen Ecken die Kühlelemente 200 mit
jeweils einem Kanalelement 165 und einem zwischen dem Kanalelement 165 und
dem Kern 120 angeordneten Trennelement 170 vorgesehen
sind. Die Kühlelemente 200 werden
ihrerseits von der Wicklung 125 eingeschlossen. Die Darstellung
von 9 entspricht somit weitgehend einer einsatzfähigen bzw.
sich im Einsatz befindlichen Drossel 105, wobei lediglich
der Übersichtlichkeit
halber die Kontaktierungen der Wicklung und die Um- bzw. Abführung von
Kühlmittel
sowie weitere Zusatzelemente nicht dargestellt sind.
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10 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäßen Drossel
mit erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wiederum entspricht die Darstellung
der 10 weitgehend der Darstellungen der 6 und 7, wobei 10 hier
lediglich einen Teilausschnitt zeigt. 10 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Form von modular aufgebauten Kühlelemente 300,
die in ihrer Form so ausgestaltet sind, dass sie durch Ineinanderstecken
miteinander verbunden werden können.
Die einzelnen Teilkühlelemente 301 weisen
jeweils einen Vorsprung 302 auf, der passend zur Aufnahme
in eine Ausnehmung 303 eines weiteren Teilkühlelementes
ausgestaltet ist. Die Teilkühlelemente 301,
die in 10 dargestellt sind, weisen
mit Ausnahme eines Eckelementes jeweils einen Kanal 130 auf,
der wahlweise als Aussparung zur Gewichtsreduktion oder als Durchleitung
für Kühlmittel
verwendet werden kann. Zusätzlich
zu den Kanälen
weisen die zusammengesteckten Teilkühlelemente zwischeneinander
jeweils noch eine Aussparung 304 auf, die sich durch das
Zusammenstecken der Teilkühlelemente
ergibt und durch das Kühlelement 300 erstreckt.
Der Vorspruch 302 und die Ausnehmung 303 sind
dabei bevorzugt so ausgestaltet, dass die bei Ineinanderstecken
auftretenden Reibungskräfte
eine ausreichende Fixierung der Teilkühlelemente 301 gegeneinander
gewährleisten.
Ein besonderer Vorteil der in 10 gezeigten
Ausführungsform
liegt darin, dass durch Hinzufügen
bzw. von Teilkühlelementen
das erfindungsgemäße Kühlelement 300 an
unterschiedliche Geometrien von Kernen bzw. Drosseln oder Transformatoren
angepasst werden. Durch das Vorsehen von vorliegend im wesentlichen
zwei unterschiedlichen Grundformen der Teilkühlelemente 301 werden
die Herstellungskosten insofern reduziert, dass eine Anzahl von
unterschiedlichen Formen für
ein Strangpressverfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Kühlelementen
reduziert wird.
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Die 11a und 11b zeigen
jeweils schematische Perspektivansichten von erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 11a und 11b gezeigten Kühlelemente 300 unterscheiden
sich einerseits von den Kühlelementen
der zuvor diskutierten Ausführungsformen
dadurch, dass sie im Gegensatz zu den vorherigen kreisrunden Kanalquerschnitten
einen sechseckigen Querschnitt der Kanäle 330 aufweisen.
Zudem sind die in 11a und 11b dargestellten
Kühlelemente 300 durch
Kombination von zwei Teilkühlelementen
aufgebaut, wobei ein Teilkühlelement
den ersten Schenkel 135 mit einem Kanal 330 bildet
und ein weiteres Teilkühlelement
durch den zweiten Schenkel 140 zusammen mit einem Übergangsstück dargestellt
wird.
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Das
Vorsehen von Kanälen
in Kühlelementen
bzw. Kühlköpern als
solches ist dem Fachmann wohl vertraut, so dass auf eine detaillierte
Beschreibung zu den Einzelheiten der unterschiedlichen Kanäle bzw.
unterschiedlichen Kanalausführungen
verzichtet werden kann. Insbesondere die bekannten Möglichkeiten
Kühlmittelkanäle, die
sich wie insbesondere in 11a gezeigt
in Längsrichtung
durch das Kühlelement
erstrecken, in Form einer einfachen Bohrung bzw. eines einfachen
Kanals im Inneren des Kühlelements
vorzusehen oder diese Kanäle
durch Vorsehen von Rohren innerhalb entsprechender Ausnehmungen
im Inneren des Kühlelementes
zu realisieren, die insbesondere aus Kupfer oder Stahl hergestellt
sind, gelten auch für
die vorliegende Erfindung.
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12 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch zwei erfindungsgemäße Kühlelemente gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 12 ist
zu erkennen, dass die Innenseiten 110 des ersten Schenkels 135 und
des zweiten Schenkels 140 miteinander einen Winkel 142 einschließen, der
an die Geometrie des Kerns bzw. einer Wicklung angepasst sind, an
den bzw. auf die das erfindungsgemäße Kühlelement aufgesetzt wird.
Obgleich in den hier dargestellten Ausführungsformen der Winkel zwischen
dem ersten und zweiten Schenkel im wesentlichen als rechter Winkel
dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Winkel beschränkt, der
im wesentlichen einem rechten Winkel entspricht, insbesondere da
Geometrien des Kerns möglich
sind, die einen anderen Winkel zwischen dem ersten und zweiten Schenkel 135, 140 nötig machen.
In der Darstellung von 12 ist zudem die Führungsfläche 145 zwischen
dem ersten Schenkel 135 und dem zweiten Schenkel 140 zu
erkennen, die in ihrer Krümmung
derart ausgestaltet ist, dass sich eine möglichst optimale Kontaktierung und
Führung
zur Wicklung 125 ergibt.
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13 zeigt
eine schematische Perspektivansicht von erfindungsgemäßen Kühlelementen
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 14 einen
schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Durch das Kühlelement 100 der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erstrecken sich drei Kühlkanäle 130, 330,
wobei jeweils im ersten und zweiten Schenkel 135, 140 ein Kanal 130, 330 vorgesehen
ist. Zudem ist in einem Mittelteil 172 zwischen dem ersten
Schenkel 135 und dem zweiten Schenkel 140 ein
weiterer Kanal 130, 330 vorgesehen, der mit den
Kanälen 130, 330 des ersten
und zweiten Schenkels 135, 140 in Verbindung steht.
In einem Zuführbereich
zu dem Kühlelement
sind quer verlaufende Bohrungen 175 als Verbindungen zwischen
den Kanälen
vorgesehen, die jeweils mit Blindstopfen 180 gegen ein
Auslaufen von Kühlmittel
gesichert sind. Entsprechendes gilt für den Abführbereich. Zudem sind die in
den Schenkeln vorgesehenen Kanäle 130, 330 ebenfalls
mit Blindstopfen gegenüber
einem Austreten von Kühlmittel
abgesichert.
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Durch
eine derartige Verzweigung eines gemeinsamen Kühlmittelzulaufs und eines gemeinsamen
Kühlmittelablaufs
lässt sich
mit geringerem Aufwand hinsichtlich einer Montage dennoch eine ausreichende
und gewünschte
Durchströmung
des erfindungsgemäßen Kühlelementes
mit Kühlmittel
sicherstellen.
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15 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Kühlelement 100 in 15 zeichnet
sich beispielsweise gegenüber
dem in 12 dargestellten Kühlelement
dadurch aus, dass die Außenseite 110 und
die Innenseite 115 der Schenkel 135, 140 nicht
parallel zueinander verlaufen. Die Außenseite weist über ihren
kompletten Bereich ausgehend von einem Ende 150 des ersten Schenkels
zum Ende 155 des zweiten Schenkels eine Krümmung auf
in der Art, dass eine Tangentenfläche am Ende 150 der
Teilaußenfläche des
ersten Schenkels 135 in einem Winkel zu einer zweiten Tangentenfläche am gegenüberliegenden
Ende 155 der Talaußenfläche des
zweiten Schenkels 140 einen Winkel aufweist, der größer ist
als der Winkel der Teilinnenfläche
an der Innenseite 110 des ersten und zweiten Schenkels 135, 140.
Damit ist das erfindungsgemäße Kühlelement
nicht auf Ausgestaltungen beschränkt,
in denen die Wicklung nicht in einem Bereich auf das Kühlelement
stößt, in dem
die Wicklung parallel zu einer Kernfläche geführt wird.
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16 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement gemäß einer
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Kühlelement 100 gemäß der siebten
Ausführungsform,
die in 16 gezeigt ist, umfasst neben
dem ersten Schenkel 135 und dem zweiten Schenkel 140,
die jeweils mit einem Kanal 130 versehen sind, ein Verbindungselement 160,
das verformbar ausgestaltet ist, so das der Winkel zwischen den
Innenseiten 115 der Schenkel 135 und 140 durch
eine Verformung des Verbindungselements 160 eingestellt
werden kann.