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Die Erfindung betrifft ein Stromschienenteil, eine Stromschiene, eine Umrichteranordnung und eine Verwendung eines Stromschienenteils.
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Es ist allgemein bekannt, bei Starkstrom zur Stromführung anstatt von flexiblen Kabeln Stromschienen zu verwenden.
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Aus der
DE 10 2008 037 968 A1 ist eine Stromschienenvorrichtung bekannt, bei der die stromleitende Fläche auch zur Wärmeableitung an die Umgebung verwendet wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Umweltschutz zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Stromschienenteil nach den in Anspruch 1, Stromschiene nach den in Anspruch 10, Umrichteranordnung nach den in Anspruch 14 und Verwendung eines Stromschienenteils nach, den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Stromschienenteil sind, dass es am Stromschienenteil ein Kühlkörper vorgesehen ist, der, insbesondere der nur, vom Stromschienenteil und von Umgebungsluft begrenzt und/oder umgeben ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Entwärmung verbessert ist und somit die Temperatur des Stromschienenteils vermindert ist. Auf diese Weise ist der Widerstand klein und daher sind die Energieverluste gering. Somit ist der Ressourcenverbrauch für Energieerzeugung vermindert und der Umweltschutz verbessert. Der Kühlkörper ist dabei dadurch definiert, dass er nur zum Abführen von Wärme des Stromschienenteils an die Umgebung vorgesehen ist. Deshalb ist der Kühlkörper an einem ersten Oberflächenabschnitt mit dem Stromschienenteil wärmeleitend verbunden und an seinem restlichen Oberflächenabschnitt mit Luft. Dabei sind der Luft zugewandt Kühlrippen angeordnet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stromschienenteil ein sich von einem Kontaktbereich zum Einleiten von elektrischem Strom zu einem Kontaktbereich zum Ausleiten von elektrischem Strom erstreckendes, insbesondere gerade erstreckendes, Blechteil. Von Vorteil ist dabei, dass der Kühlkörper, also die Kühlvorrichtung, sich seitlich von der geradlinigen Stromführung erstreckt und somit die Stromführung ungestört vom Kühlkörper ausführbar ist. Nicht Strom sondern nur Wärme wird an den Kühlkörper weitergeleitet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Kühlkörper quer zur Stromrichtung des Stromschienenteils vom Stromschienenteil weg. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum die Stromführung ungestört verläuft.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Stromrichtung von einem ersten Kontaktbereich des Stromschienenteils zu einem zweiten Kontaktbereich des Stromschienenteils gerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass der Stromverlauf auf dem kürzesten Weg zwischen erstem und zweitem Kontaktbereich erfolgt, insbesondere ohne zwischengeschaltetem Kühlkörper.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kühlkörper keine Kontaktbereiche zum Einleiten oder Ausleiten von elektrischem Strom auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Kühlkörper nicht die Funktion der Durchleitung von Strom sondern nur die Funktion der Ableitung von Warme an die Umgebung aufweist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kühlkörper keine Kontaktbereiche für Einleitung oder Ausleitung von Strom auf, insbesondere so dass keine Ohmsche Wärme zusätzlich zur durchgeleiteten erzeugt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine effektive Entwärmung und eine möglichst große Oberfläche durch den Kühlkörper vorsehbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Stromschienenteil und der Kühlkörper einstückig ausgeführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Wärmeübergangswiderstand vom Stromschienenteil zum Kühlkörper, also Kühlvorrichtung, gering ist. insbesondere ist dabei eine nur passive Ehtwärmung ausgeführt, so dass ein Lüfter verzichtbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Stromschienenteil und/oder der Kühlkörper aus Kupferhaltigem Material, insbesondere aus Kupfer hergestellt. Von Vorteil ist dabei, dass ein nur geringer Ohmscher Widerstand auftritt und somit die Ohmschen Verluste gering sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stromschienenteil und/oder der Kühlkörper als Stanz-Biegeteil oder als lasergeschnittenes Teil hergestellt. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Herstellung einer großen Oberfläche ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper aus Kühlfingern oder Kühlrippen gebildet, insbesondere sich vom Stanzbiegeteil weg erstrecken. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme an die Umgebung gut ableitbar ist und ein möglichst großer Abstand zum nächsten Kühlkörper eines benachbarten Stromschienenteils herstellbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stromschienenteil langgestreckt ausgeführt ist, insbesondere dünnwandig ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Stromschienenteil plattenförmig, also quasi-zweidimensional, ausgeführt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Stromschienenteil an zwei gegenüberliegenden Endbereichen jeweils eine Ausnehmung auf, insbesondere ein Rundloch, zur Schraubverbindung mit einer jeweiligen zu verbindenden Stromschiene. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Verbindungstechnik verwendbar ist, insbesondere mittels Verbindungsschrauben.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Stromschienenteil eine Drehsymmetrie von 180° um eine erste Mittelachse und eine Drehsymmetrie von 180° um eine zweite Mittelachse auf,
wobei die erste Mittelachse in Längsrichtung, insbesondere also in der langgestreckten Richtung, ausgerichtet ist und durch den Schwerpunkt des Stromschienenteils führt,
wobei die zweite Mittelachse zur ersten Mittelachse senkrecht ausgerichtet ist und durch den Schwerpunkt des Stromschienenteils führt, insbesondere wobei die zweite Mittelachse in de Plattenebene des plattenförmig ausgeführten Stromschienenteils liegt. Von Vorteil ist dabei, dass zwei oder mehr, gleichartig aufgebaute Stromschienenteile zu einer Stromschiene zusammensetzbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kühlvorrichtung aus der Plattenebene des Stromschienenteils herausgebogen angeordnet, insbesondere in einem Winkel zwischen 10° und 80°, insbesondere in einem Winkel zwischen 30° und 60°, insbesondere in einem Winkel von 45°. Von Vorteil ist dabei, dass in Umfangsrichtung der Stromschiene ein möglichst großer Abstand erreicht ist.
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Wichtige Merkmale bei dem Stromschiene sind, dass die Stromschiene aus zwei oder mehr Stromschienenteilen zusammengesetzt ist,
insbesondere wobei ein erstes zu einem zweiten der Stromschienenteile um 180° gedreht und um ein n-faches der Wandstärke linear versetzt, insbesondere in Richtung der Wandausdehnung, angeordnet ist, wobei n eine ganze Zahl und größer Null ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass je nach geforderter Stromtragfähigkeit eine gewünschte Anzahl von Stromschienenteile zusammensetzbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Stromschienenteile schraubverbunden, insbesondere wobei die jeweilige Verbindungsschraube auch ein zu verbindende Stromschiene an die Stromschienenteile verbindet. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige Verbindung herstellbar ist.
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Wichtige Merkmale bei der Umrichteranordnung sind, dass sie einen ersten und einen zweiten Umrichter aufweist,
wobei jeder der Umrichter einen Zwischenkreis aufweist,
insbesondere aus dem ein Wechselrichter gespeist wird und dem Energie aus einem Gleichrichter zuführbar ist und der einen Zwischenkreiskondensator aufweist,
wobei zumindest eine Stromschiene zur Verbindung eines zugeordneten Zwischenkreispotentials des ersten Umrichters mit einem zugeordneten Zwischenkreispotential des zweiten Umrichters zwischen den Umrichtern angeordnet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein möglichst kleiner Widerstand vorhanden ist und somit geringe Energieverluste.
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Wichtige Merkmale bei der Verwendung sind, dass das Stromschienenteil als Shunt-Widerstand verwendet wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders gute Entwärmung erreichbar ist und somit wegen der geringen Temperatur ein niedriger Widerstand erreichbar ist. Auf diese Weise ist der Spannungsabfall bei hohen Strömen gering haltbar.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist eine Anordnung von zwei Paaren von Stromschienenteilen 1 gezeigt.
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In der 2 ist eine einzelne Stromschiene 1 gezeigt.
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In der 3 ist eine Anordnung mit vier zusammengesetzten Stromschienenteilen 1 gezeigt.
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In der 4 ist ein alternativ zusammengesetztes und verbundenes Paar von Stromschienenteilen 1 gezeigt.
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Dabei ist ein Stromschienenteil 1 als rechteckförmige Platte ausgeführt, die an ihren jeweiligen Endbereichen in Längsrichtung eine jeweilige Ausnehmung, insbesondere ein ausgestanzter oder ausgebohrtes Rundloch, aufweist.
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Seitwärts ist an dem Stromschienenteil 1 eine Kühlvorrichtung 2, insbesondere Kühlkörper, angeordnet. Dabei besteht die Kühlvorrichtung aus Kühlrippen oder Kühlfingern, die zueinander parallel ausgerichtet sind und zur restlichen Stromschienenteil 1 eine Winkel zwischen 0° und 90° aufweisen, insbesondere ungefähr 45°.
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In 1 sind im ersten Bildteil zwei solche Stromschienenteile 1 mit ihren jeweiligen Kühlvorrichtungen 2 als Paar zusammengesetzt, so dass die Stromschienenteile parallel aneinander liegen und die Ausnehmungen, insbesondere Löcher jeweils in Deckung gebracht sind.
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Die Kühlvorrichtung 2 des ersten Stromschienenteils 1 steht nun ungefähr rechtwinklig von der Kühlvorrichtung 2 des zweiten Stromschienenteils 1 ab.
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Hierzu sind die Stromschienenteile spiegelsymmetrisch zu den Mittelachsen des Rechtecks ausgeführt oder zumindest geht bei Drehung des Stromschienenteils 1 um 180° das Lochbild und/oder das Stromschienenteil in sich selbst über. Daher ist in 1 im oberen Teil das erste an die zweite gleichartig aufgebaute Stromschienenteil 1 ansetzbar und verbindbar.
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Ebenso sind zwei weitere Stromschienenteile 1 zusammensetzbar und um die andere Mittelachse, also die längere Mittelachse des Rechtecks drehbar.
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Auch dieses weitere Paar ist an das erste Paar zusammensetzbar, wobei dasselbe Lochbild vorhanden ist, also die Löcher in Deckung gebracht sind. Auf diese Weise sind also die vier Stromschienenteile 2 zusammensetzbar zu einer aus vier Platten zusammengesetzten Stromschiene, deren Stromtragfähigkeit somit verbessert ist.
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Außerdem stehen die Kühlvorrichtungen von der so gebildeten Stromschiene in vier unterschiedlichen Richtungen ab, insbesondere in ungefähr jeweils in einem Winkel von 90°, 180° oder 270° zueinander. Durch die Beabstandung der Kühlvorrichtungen in Umfangsrichtung ist die Entwärmung verbessert und somit wird die Temperatur der Stromschiene möglichst gering gehalten, da die Ohmsche Wärme möglichst gut abgeführt wird. Da der für den durchgeleiteten Strom wirksame Widerstand infolge der niedrigeren Temperatur klein bleibt, sind die Ohmschen Verluste gering und somit auch wiederum die Temperatur. Die Kühlvorrichtungen vermindern also die Energie-Verluste beim Durchleiten von Strom durch die Stromschiene.
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Durch die Ausnehmungen, insbesondere Löcher, ist ein Durchführen einer Schraube ermöglicht, so dass beidseitig eine Stromschiene anschraubbar ist.
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Statt der vier Stromschienenteile sind auch nur drei oder zwei verwendbar, wenn keine höheren Ströme übertragen werden sollen. Somit ist sozusagen ein Baukasten bereitstellbar, aus welchem abhängig vom Bedarf eine entsprechend tragfähige Stromschiene herstellbar ist, also aus einer entsprechend großen Anzahl von Stromschienenteilen.
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Beispielsweise ist als Stromschiene jeweils eine Stromschiene anschraubbar, die das Zwischenkreispotential eines jeweiligen Umrichters verbindet, wobei die Umrichter auf diese Weise über ihre Zwischenkreise zusammengeschaltet sind und somit Energie austauschbar ist. Somit sind die Zwischenkreise gegenseitig abpufferbar, indem von einem der Umrichter in generatorischen Betrieb erzeugte Energie dem Zwischenkreis des anderen Umrichters zuführbar ist. Für beide Zwischenkreispotentiale, also das obere und das untere, ist jeweils eine Stromschiene nach 1 oder aus dem Baukasten, also mit ein, zwei oder drei Stromschienenteilen, ausführbar. Für Ströme zwischen 10 und 1000 Ampere sind somit je nach Bedarf durchleitbar.
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Vorzugsweise ist das Stromschienenteil einstückig mit dem Kühlvorrichtung ausgeführt. Besonders kostengünstig ist hierbei ein Herstellen als Laser-geschnittenes Bauteil oder als Stanz-Biegeteil. Dabei sind insbesondere dünnwandige Kühlfinger ausformbar aus dem hierbei verwendeten Werkstück.
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Ein weiterer Vorteil der Stromschiene ist, dass sie als Shuntwiderstand zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes und somit zur Bestimmung des durch die Stromschiene durchgeleiteten Stromes verwendbar ist. Infolge der Kühlvorrichtung ist eine besonders niedrige Temperatur und somit ein möglichst niedriger Widerstand auch bei hohen Stromwerten einhaltbar.
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Vorzugsweise ist das Stromschienenteil 1 samt Kühlvorrichtung 2 jeweils aus Kupfer ausgeführt oder aus Kupfer-haltigem Material.
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Die Kühlvorrichtung 2 ist somit an einem ersten Oberflächenabschnitt mit dem Stromschienenteil 1 verbunden und an ihrem restlichen Oberflächenabschnitt mit Luft der Umgebung. Somit ist die Wärme vom Stromschienenteil über die Kühlvorrichtung 2 an die Luft ableitbar. Jedoch wird in der Kühlvorrichtung keine Wärme zusätzlich zur durchgeleiteten erzeugt, da kein elektrischer Strom durch die Kühlvorrichtung 2, also Kühlkörper, durchgeleitet wird und somit keine entsprechende Ohmsche Wärme erzeugt wird.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind statt der in 1 gezeigten Kühlfinger andere Kühlelemente an dem Stromschienenteil angebracht und/oder ausgeformt, wie beispielsweise Kühlrippen Außerdem sind ist auch eine geringere Anzahl von Kühlfingern vorsehbar als in 1 gezeigt. Die Kühlvorrichtung ist sogar als plattenförmiges Teil ausführbar, also mit einer Kühlfinger-Anzahl Eins. Je größer allerdings die Anzahl der Kühlfinger ist, desto größer ist die Oberfläche der Kühlvorrichtung und somit die Entwärmung.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die metallische Spur als geschlossene Leiterschleife ausgeführt, wobei die in den 1 bis 3 gezeigte metallische Spur 1 der Hinleiter der Schleife ist und der Rückleiter beabstandet vom Hinleiter verlegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromschienenteil
- 2
- Kühlvorrichtung, insbesondere Kühlkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008037968 A1 [0003]
- DE 4020026 A1 [0004]
- DE 2739242 C2 [0005]
- DE 19910787 C1 [0006]
