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Die Erfindung betrifft einen Kondensator, aufweisend ein becherförmiges Gehäuse mit mindestens einem stirnseitigem Anschlussterminal und Kondensatorwickel, wobei das becherförmige Gehäuse einen einstückig mit dem Gehäuse gebildeten Gehäuseboden aufweist, gemäß Anspruch 1.
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Aus der
EP 1 678 993 B1 ist ein Gehäusebecher für ein elektronisches Bauteil mit integriertem Kühlkörper vorbekannt. Der diesbezüglich beschriebene Gehäusebecher soll die Wärmeabgabefähigkeit eines elektronischen Bauteils verbessern. Hierfür wird ein Kühlkörper in den Gehäusebecher integriert. Der Kühlkörper umfasst eine Vielzahl von Vorsprüngen, die im Wesentlichen in Axialrichtung des Gehäusebechers von dem Becherboden abstehen. Bei weiteren Varianten sind diese Vorsprünge wahlweise stiftartig, prismenförmig oder lamellenartig ausgebildet. Die Grundform des Gehäusebechers ist im Wesentlichen zylindrisch. Der vorbekannte Gehäusebecher ist einseitig offen, wobei die Anschlüsse des im Becher befindlichen elektronischen Bauelements, insbesondere eines Kondensators, durch einen einsetzbaren Gehäusedeckel hindurchgeführt werden. Der Becherboden selbst bildet die Grundfläche des einstückig mit dem Gehäusebecher ausgebildeten Kühlkörpers.
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Bei der Kondensatorbefestigungsvorrichtung nach
DE 10 2006 012 402 A1 wird ein Kondensator als komplettes Bauteil in einen Becher eingesetzt, wobei der Boden des Bechers zwei Bohrungen besitzt. In der Nähe des Einführungsbereichs des Bechers sind zwei Befestigungslaschen angeformt, um den Becher auf einer Montageplatte zu fixieren.
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Ein insbesondere Gleichspannungskondensator soll in den Becher ohne großen Kraftaufwand einführbar sein. Notwendigerweise muss der Kondensator vom Becher eng umschlossen und verliersicher in diesem angeordnet werden.
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Die vom Kondensator erzeugte Wärme wird an den Becher abgegeben und über die Becherwandung sowie eine thermisch leitfähige Folie an die Montageplatte weitergeleitet.
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Mit einer derartigen Konstruktion ist es nicht möglich, spannungsfeste Leistungskondensatoren insbesondere in niederinduktiver Ausführungsform zu realisieren.
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Aus der
CH 205 660 A ist ein Wickelkondensator bekannt, bei welchem die Windungen der Kondensatorbelegungen an den Stirnseiten der Wickel miteinander verbunden sind. Bei diesem Kondensator handelt es sich um einen selbstinduktionsfreien Wickelkondensator, wobei die Kondensatorbelegung nicht zu erden ist.
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Bei der Lehre nach
DE 42 14 121 A wird von einem Kunststoffbecher ausgegangen, der einen Wickelkondensator aufnimmt. Der Kunststoffbecher selbst besteht aus verschiedenen miteinander verschweißten Teilen mit Kontaktdurchführungselementen, die in die Kernrohre des dortigen Wickels eingesteckt werden, bevor die Umhüllung fertiggestellt wird.
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In der
US 2003/0117764 A1 wird ein Wickelkondensator gezeigt, der in klassischer Weise in einen Becher eingeschoben wird und über entsprechende Anschlussterminals auf der offenene Becherseite verfügt. Ein dort vorgesehenes wärmeleitfähiges Element wird in den Wickelkern eingeschoben, steht jedoch in thermischer Verbindung mit der Bodenseite des becherförmigen Gehäuses.
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Beispielsweise ist aus der
DE 486 919 A ein Papierwickelkondensator für Magnetzünder bekannt, welcher in eine völlig abgedichtete Metallkapsel eingebaut ist.
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Bei dem Gehäuseteil für einen Kondensator nach
DE 10 2005 038 409 B4 umfasst das Gehäuseteil ein rohrförmiges Profil mit polygonalem Außenumriss und wenigsten einen sich in Längsrichtung erstreckenden Aufnahmeraum für den Kondensator. Weiterhin ist wenigstens eine Kühlkammer oder ein Kühlkanal im Gehäuse vorhanden. Der Kondensatorwickel wird in das Gehäuseteil eingebracht, wobei stirnseitig ein Anschlussbolzen ausgebildet ist.
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Ober- und unterseitig wird dann das Gehäuseteil mit einem Kondensatordeckel bzw. einem Kondensatorboden verschlossen.
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In der
GB 607 240 A wird ein Kondensator beschrieben, der in Heimelektronikgeräten Verwendung findet und dessen Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial besteht. Des Weiteren weist der Kondensator einen den Boden verschließenden Einsatz auf.
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Ein klassischer Becherkondensator mit Kondensatorwickel ist in der
DE 10 2008 049 357 A1 gezeigt. Der Becher besitzt einen Verschluss, der Durchführungslöcher für elektrische Zuleitungen zum Kondensatorwickel besitzt. Der Verschluss kann z. B. elektrisch isolierend, insbesondere als Gummistopfen ausgeführt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Verschluss mit einem Vorsprung oder einer Nase zu versehen, welche über die Ebene einer ausgeführten Bördelung hinaus absteht, um hiermit den Kondensator auf einer Leiterplatte abzustützen und mechanische Schwingungen aufzunehmen.
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Durch die notwendige geometrische Ausbildung insbesondere Dicke des Verschlussstopfens ergeben sich große räumliche Abstände zwischen der Außenseite und der Innenseite des entsprechenden elektrischen Anschlusses, so dass eine bei Leistungskondensatoren gewünschte niedrige Induktivität im Anschlussbereich nicht realisiert werden kann. Um das Problem einer zu erreichenden niederinduktiven elektrischen Verbindung zu lösen, ist nach
DE 10 2008 049 357 A1 vorgeschlagen worden, ein überstehendes Ende einer Wickelfolie des Kondensatorwickels, welche den ersten Pol trägt, mit dem Gehäuseboden elektrisch zu kontaktieren. Dabei ist bevorzugt, dass das entsprechende Ende der Folie umgebogen wird, um dabei möglichst flächig auf der Innenseite des Gehäusebodens anliegen zu können. Eine solche Variante setzt jedoch voraus, dass das Gehäuse grundsätzlich elektrisch leitfähig ist und damit potentialbehaftet ausgeführt werden muss. Es verbleibt aber auch bei einer solchen Lösung durch die erforderliche zweipolige Ausbildung der Anschlussterminals eine an sich zu vermeidende Induktivität.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Kondensator in becherartiger Gehäuseausführung mit stirnseitigem Anschlussterminal und Kondensatorwickel anzugeben, wobei einerseits die Herstellungstechnologie zu vereinfachen ist sowie andererseits niederinduktive Anschlussverhältnisse vorliegen.
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Je nach Applikations- bzw. Einsatzfall des Kondensators soll die Möglichkeit bestehen, für geeignete Kühlmaßnahmen zu sorgen, wobei auf ein einheitliches konstruktives Grundkonzept mit minimierter Lagerhaltung der Einzelteile abzustellen ist.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Kondensator in becherartiger Gehäuseausführung mit stirnseitigem Anschlussterminal gemäß Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
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Es wird demnach von einem Kondensator, aufweisend ein becherförmiges Gehäuse mit mindestens einem stirnseitigem Anschlussterminal und mindestens einem Kondensatorwickel ausgegangen, wobei das becherförmige Gehäuse einen einstückig mit dem Gehäuse gebildeten Gehäuseboden aufweist.
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Bevorzugt weist der Gehäusebecher eine hohlzylindrische Form mit integralem Boden auf.
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Der erfindungsgemäße Lösungsansatz sieht vor, von einem vom klassischen Becherkondensator umgekehrten Prinzip auszugehen.
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Der Gehäuseboden wird nicht geschlossen gehalten, sondern mit mindestens einer Durchführung für ein Anschlussterminal versehen. Der entsprechende Kondensatorwickel kann dann von der offenen Seite des Bechers in diesen eingebracht und wickelstirnseitig mit dem hineinragenden Ende des Anschlussterminals eng benachbart kontaktiert werden, was für die gewünschte Niederinduktivität der Gesamtanordnung sorgt.
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Die offene Seite des Bechers kann dann dem an sich bekannten Einbringen eines Gießharzes oder einer Gasfüllung dienen. Die offene Seite wird in einem anschließenden technologischen Schritt mit einem passenden Einsatz verschlossen. Dieses Verschließen kann durch einen Bördelvorgang form- und kraftschlüssig vorgenommen werden.
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Erfindungsgemäß besteht das Gehäuse aus einem metallischen Material, wobei ausgehend von der dem Inneren des Gehäuses zugewandten Seite des Einsatzes sich ein zum Kondensatorwickel erstreckender oder in diesen eintauchender Kühlfinger vorhanden ist und zwischen der Öffnung im Gehäuseboden und dem Anschlussterminal Isolations- und Dichtmittel vorgesehen sind, wobei der Gehäuseboden außenseitig von einer Isolierkappe umgeben ist.
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Der Einsatz bildet in seiner geometrischen Ausführungsform, seiner Dimensionierung und/oder seiner Materialwahl eine Wärmesenke für aus dem Becherinneren abzuführende am oder im Kondensatorwickel bei Betrieb des Kondensators entstehender Wärme.
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Darüber hinaus kann am Einsatz ein Befestigungsmittel, z. B. ein Bolzen oder dergleichen Gewindestift vorhanden sein, um den Leistungskondensator mechanisch zu fixieren.
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Bei der vorstehend geschilderten Ausführungsform wird die mechanische Befestigung von der elektrischen Kontaktierung getrennt realisiert.
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Bei einer Variante der Erfindung besteht die Möglichkeit, über den Einsatz ein fluides Kühlmittel in das Kondensatorinnere einzubringen oder hindurchzuführen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern.
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Der Gehäusebecher besteht aus einem metallischen Material. Dabei ist es nicht zwingend, dass das Material des Gehäusebechers selbst maßgeblich zur Wärmeabfuhr beiträgt, da über den Einsatz für den offenen Teil des Bechers die notwendige Kühlung realisierbar ist.
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Ausgehend von der dem Becherinneren zugewandten Seite des Einsatzes erstreckt sich ein Finger, der zum Kondensatorwickel reicht oder in diesen eintaucht. Dabei bildet der Finger eine Wärmesenke zum Zweck der Wärmeübertragung zum Einsatz hin und zur Wärmeabfuhr in die Umgebung.
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Das mindestens eine Anschlussterminal durchdringt Öffnungen im Gehäuseboden und steht becherinnenseitig mit dem Kondensatorwickel in Kontakt. Der Kondensatorwickel ist zum Anschlussterminal eng benachbart angeordnet, um die notwendige Niederinduktivität zu gewährleisten.
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Die dem Gehäuseboden gegenüberliegende Becherseite wird mit dem vorerwähnten Einsatz verschlossen, der je nach Kondensatorwickelausführung und den gewünschten Kühl- und Befestigungsaspekten anpassbar ist.
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Der Einsatz kann eine Wärmesenke aufweisen, wobei der Einsatz zum Befestigen des Leistungskondensators dient, indem am Einsatz ein z. B. Gewindebolzen vorhanden ist.
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Alternativ kann der Einsatz einen Rücksprungabschnitt mit einem Innengewinde zur Aufnahme einer Befestigungsschraube oder dergleichen Mittel besitzen.
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In Weiterbildung der Erfindung kann im Inneren des Gehäusebechers mit dem Kondensatorwickel in thermischem Kontakt stehend ein wärmeleitfähiges Material eingebracht werden, welches dann wiederum in thermischen Kontakt mit dem Einsatz bringbar ist.
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Zwischen den Öffnungen im Gehäuseboden und dem Anschlussterminal sind erfindungsgemäß Isolations- und Dichtmittel vorgesehen, wobei der Boden außenseitig mit einer Isolierkappe umgeben ist.
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Auch das Anschlussterminal kann becherinnenseitig in mindestens einen Abschnitt des Kondensatorwickelkerns hineingeführt werden und dort eine Wärmesenke bilden. In diesem Fall übernimmt das Anschlussterminal zumindest teilweise das Abführen von im Betrieb des Kondensators entstehender thermischer Energie.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Kondensators mit einem metallischen Gehäusebecher und einem modularen, anpassbaren Boden mit optionaler Befestigungs- und/oder Kühlvorrichtung;
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2 eine Längsschnittdarstellung eines Kondensators in becherartiger Gehäuseausführung und zweipoligen, axial gegenüberliegenden Anschlusselementen, die insgesamt das Anschlussterminal bilden, und
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3 eine Längsschnittdarstellung eines Kondensators mit Kunststoffbecher, wobei das Kunststoffgehäuse optional fremdgekühlt werden kann und eine modulare Bauweise durch eine frei anpassbare Terminalstruktur mit elektrischem Anschluss und optionaler Kühlvorrichtung vorliegt.
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Bei dem Kondensator in becherartiger Ausführung gemäß 1 ist ein stirnseitiges Anschlussterminal mit zwei Anschlussbolzen 1 und 2 vorgesehen.
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Im Inneren des Gehäusebechers 3 ist ein, im gezeigten Beispiel zweiteiliger, Kondensatorwickel 4 eingebracht.
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Der obere Kondensatorwickel 4 ist eng benachbart zur Innenseite des Gehäusebodens befindlich, so dass nur ein kurzer elektrischer Weg zum jeweiligen inneren Ende des entsprechenden Anschlussterminals 1 oder 2 zurückzulegen ist.
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Die dem Gehäuseboden gegenüberliegende Becherseite ist mit einem je nach Kondensatorwickelausführung anpassbaren Einsatz 5 verschlossen. Dieser Einsatz 5 ist mit dem Bechermaterial bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig in Verbindung stehend. Der Einsatz 5 stellt eine Wärmesenke dar und besitzt diesbezüglich weitere geeignete wärmeleitfähige Komponenten, insbesondere ausgebildet als in den Kern des Kondensatorwickels 4 hineinreichende Kühlung 6, z. B. ausgebildet als Kühlfinger.
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Am Einsatz 5 ist eine Befestigungsvorrichtung, insbesondere ausgebildet als Gewindebolzen 7 vorhanden.
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Dieser Gewindebolzen 7 stellt ebenfalls eine Wärmesenke dar.
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Bei der Ausführungsform des Kondensators nach 1 ist der elektrische Anschluss über das Anschlussterminal 1; 2 getrennt von der mechanischen Befestigung des Kondensators mit Hilfe des Gewindebolzens 7.
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Die gezeigte Ausführungsform ermöglicht einen niederinduktiven Aufbau aufgrund der geringen Abstände zwischen den äußeren Terminals und den Kondensatorwickeln. Der Gehäusebecher ist oben geschlossen und weist in der 1 erkennbare Gehäusedurchführungen auf. Ergänzend ist eine Isolierkappe 8 aufgesetzt, um die gewünschten Trennungsabstände im Bereich der Anschlussterminals 1; 2 zu gewährleisten.
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Der Einsatz 5 nebst Gewindebolzen ist an die jeweilige Ausführungsform des Kondensators leicht anpassbar und kann diesbezüglich individualisiert werden. Es ergibt sich durch den individuell ausgestaltbaren Einsatz 5 auch die Möglichkeit angepasster Kühlmöglichkeiten, z. B. mit Hilfe eines Kühlfingers direkt im Inneren des Kondensatorwickels 4.
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Der Gehäusebecher 3 ist bei der Variante nach 1 als elektrisch voll isoliertes Metallgehäuse mit separater mechanischer Befestigung mit Hilfe des Bolzens 7 ausgebildet und kann optional fremdgekühlt werden.
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Die Bauweise stellt sich als modular dar, und zwar durch den frei anpassbaren Einsatz.
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Der Gehäusebecher kann mit einer Harzfüllung vergossen werden oder eine Gasfüllung aufweisen.
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Gemäß der Längsschnittdarstellung eines Kondensators in becherartiger Gehäuseausführung nach 2 besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Einsatz 5 mit Gewindebolzen 7 als elektrischen Anschluss, d. h. potentialbehaftet auszubilden.
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Der Gehäusebecher weist bei dieser Ausführungsform ein besonders isoliertes Anschlussterminal 9 auf, welches eine Schraubkontaktierung ermöglicht. Der das Terminal 9 umgebende Isolator verbessert den Trennungsabstand und führt zu einer erhöhten Isolationsfähigkeit der Gesamtanordnung.
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Die Bauformen gemäß den 1 und 2 sind auch für den Betrieb in isolierenden oder zur direkten äußeren Kühlung vorgesehenen flüssigen Medien, z. B. Öl oder Kühlwasser geeignet.
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Bei dem nicht erfindungsgemäßen Kondensator mit Kunststoffbecher nach 3 liegt ein zweipoliger Anschluss mit den Terminals 1 und 2 vor, die sich axial gegenüberliegen. Das Kunststoffgehäuse ist vollisoliert und kann optional über die Mittel 6 fremdgekühlt werden. Die Terminalstruktur ist frei anpassbar und z. B. ausgebildet als thermisch gut leitender Bolzen, welcher elektrisch isoliert in das Kondensatorinnere reicht und Verlustwärme abführt.
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Die in der 3 gezeigten Kondensatoren können sehr einfach parallel geschaltet werden, und zwar unter Rückgriff auf (bedarfsweise gekühlte) leitfähige Trägerplatten. Hierdurch sind hohe Leistungsdichten realisierbar und es ist die gewünschte niedrige Induktivität gegeben.
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Die Kühlung über die Mittel 6 kann individuell bedarfsweise ein- oder beidseitig, d. h. von oben und/oder unten vorgenommen werden.
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Der Kunststoffbecher 3 nach 3 kann über die obere Öffnung vergossen werden.
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Der Einsatz ist bei dem Kondensator nach 3 als Bodenterminal 11 ausgebildet, in der gezeigten Form als Flansch mit einem auch nach innen reichenden Bolzen zur Bildung einer Wärmesenke.
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Der Bolzen bzw. die bolzenartigen Terminals 1 und 2 können eine Hohlbohrung besitzen, um Kühlflüssigkeit oder ein anderes geeignetes Kühlmedium durch die Becheranordnung zu führen.
