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Die Erfindung betrifft eine Gleitkontaktkomponente für eine Induktionsheizvorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils, mit zumindest einem Gleitkontaktkörper, welcher wenigstens eine Gleitfläche aufweist, an welcher die Gleitkontaktkomponente stromleitend gegenüber wenigstens einer Gegenkontaktkomponente abstützbar und relativ zu der Gegenkontaktkomponente verschiebbar ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Induktionsheizvorrichtung mit einer derartigen Gleitkontaktkomponente sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitkontaktkomponente.
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Derartige Gleitkontaktkomponenten dienen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen relativ zueinander bewegten Teilen. So werden bekannter Maßen beispielsweise bei Potentiometern oder Schleifringsystemen Gleitkontakte gebildet, um eine Stromübertragung zwischen relativ zueinander bewegten Teilen zu ermöglichen. Je nach zu übertragender, elektrischer Leistung erwärmen sich Gleitkontaktelemente bedingt durch einen elektrischen Widerstand bei der Stromübertragung teilweise besonders stark.
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Aus der
EP 2 364 580 B1 ist ein Stromrichtermodul mit zwei Leistungshalbleitermodulen bekannt, welche thermisch leitend mit einem Flüssigkeits-Kühlkörper mechanisch verbunden sind. Die Leistungshalbleitermodule sind mittels einer Verschienung, welche zwei mittels einer Isolationsschicht voneinander isolierte Stromschienen aufweist mit Anschlüssen des Stromrichtermoduls elektrisch leitend verknüpft. Die Isolationsschicht umfasst zwei Isolierschichten, welche stoffschlüssig miteinander verbunden sind, sodass zwischen diesen Isolierschichten ein Hohlraum vorhanden ist, welcher flüssigkeitsmäßig mit dem Flüssigkeits-Kühlkörper verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2015 110 428 A1 ist ein Gleitkontaktelement zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen zwei Gleitpartnern des Gleitkontaktelements bekannt. Das Gleitkontaktelement umfasst ein Kontaktelement welches direkt mittels einer Kühlflüssigkeit kühlbar ist. Durch die direkte Kühlung kann ein bei einer Gleitbewegung entstehender Abrieb abtransportiert werden.
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Die
US 8119908 B2 beschreibt eine Vorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie, welche mehrere elektrisch leitende Elemente umfasst. Die leitenden Elemente weisen zwei Segmente auf, die durch eine Verbindung aus flexiblen, elektrisch leitenden, weiteren Elementen getrennt sind. Die flexiblen, weiteren Elemente sind als metallische Rohre ausgebildet, welche auf die Segmente des leitenden Elements gelötet sind. Die Rohre sind mit Kühlkanälen verbunden und dadurch mit einem Kühlmedium durchströmbar.
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Aus der
WO 2004/047236 A1 ist ein Stromabnehmersystem mit einem elektrisch leitenden Schleifring bekannt. Der Schleifring steht in elektrischem Kontakt mit Schleifring-Kontaktelementen, welche in einem Wechselstrom-Hochspannungsstrom-Ringkanal montiert sind. Das Stromabnehmersystem umfasst des Weiteren eine Quelle, welche ein Fluid in den Ringkanal lenkt um ein Kühlen und Reinigen der Schleifring-Kontaktelemente durchzuführen.
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Aus der
DE 60 2005 004 497 T2 ist eine Verbindungsanordnung für Abschirmungen von supraleitenden Kabeln bekannt, wobei jedes Kabel einen mittleren Supraleiter, einen Nichtleiter, welcher den mittleren Supraleiter umgibt, eine Abschirmung, welche den Nichtleiter umgibt und einen Kryostat, der die Abschirmung umgibt, aufweist. Der Kryostat enthält eine kryogene Flüssigkeit. Die Verbindungsanordnung umfasst ein supraleitendes Verbindungskabel zwischen den Abschirmungen, wobei das Verbindungskabel einen Verbindungs-Supraleiter und einen kryogenen Kabelmantel aufweist, welcher den Verbindungs-Supraleiter umgibt. Jedes der beiden Enden des Verbindungs-Supraleiters ist durch elektrisch und thermisch leitende Verbindungselemente mit einer der Abschirmungen verbunden. Die Verbindungselemente umfassen ein Verbindungsteil, welches einerseits mit dem Ende des Verbindungs-Supraleiters und andererseits mit der Abschirmung verbunden ist. Das Verbindungsteil ist mit Hilfe eines Zwischenstücks mit der Abschirmung verbunden, wobei das Zwischenstück mit Hilfe eines elektrischen Gleitkontakts mit der Abschirmung verbunden ist. Der Gleitkontakt besteht aus Metalllamellen, welche zwischen das Verbindungsteil und das Zwischenstück eingeschoben sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gleitkontaktkomponente sowie eine Induktionsheizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche eine elektrische Leistungsübertragung mit besonders hohem Wirkungsgrad erfolgen kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitkontaktkomponente, durch welche eine elektrische Leistungsübertragung mit besonders hohem Wirkungsgrad erfolgen kann, bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Gleitkontaktkomponente mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Induktionsheizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Gleitkontaktkomponente für eine Induktionsheizvorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils, mit zumindest einem Gleitkontaktkörper, welcher wenigstens eine Gleitfläche aufweist, an welcher die Gleitkontaktkomponente stromleitend gegenüber wenigstens einer Gegenkontaktkomponente abstützbar und relativ zu der Gegenkontaktkomponente verschiebbar ist. Die Gleitkontaktkomponente kann zur Versorgung einer Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung mit elektrischer Energie dienen. Die Gleitkontaktkomponente ermöglicht eine Verlagerung der Induktionsspule, mittels welcher eine Bauteilerwärmung erfolgen kann.
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Um eine elektrische Leistungsübertragung mit besonders hohem Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gleitkontaktkomponente wenigstens eine integrierte Kühlkanalanordnung umfasst, durch welche ein Kühlmedium führbar ist und welche zumindest einen sich wenigstens bereichsweise durch den Gleitkontaktkörper erstreckenden Kühlkanal umfasst, durch welchen das Kühlmedium zumindest bereichsweise entlang der wenigstens einen Gleitfläche sowie in einem Abstand zu dieser führbar ist. Dies ist von Vorteil, da durch die integrierte Kühlkanalanordnung eine direkte Wärmeübertragung zwischen der Gleitfläche, einem Material, aus welchem zumindest der Gleitkontaktkörper gebildet ist und dem Kühlmedium erfolgen kann. Die wenigstens eine Gleitfläche und die wenigstens eine Kühlkanalanordnung können somit durch das Material, beispielsweise Kupfer, aus welchem zumindest der Gleitkontaktkörper gebildet sein kann, wärmeleitend verbunden sein. Dadurch kann eine besonders wirksame Kühlung erzielt werden, wobei auf etwaige, das Kühlmedium führende Rohrelemente, welche die Wärmeübertragung beeinträchtigen, verzichtet werden kann.
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Dadurch, dass sich der Kühlkanal zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig entlang der wenigstens einen Gleitfläche in dem Abstand zu dieser erstreckt, ist eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr im Bereich der Gleitfläche beim Betrieb der Gleitkontaktkomponente, also bei einer Stromübertragung über die Gleitfläche ermöglicht.
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Dem Gleitkontaktkörper kommt dabei eine Doppelfunktion zu, da dieser einerseits über dessen Gleitfläche die Stromübertragung ermöglicht und andererseits unmittelbar mit dem Kühlmedium beaufschlagt werden kann. Der Gleitkontaktkörper und damit das Material, aus welchem der Gleitkontaktkörper gebildet ist, verhindert also, dass das Kühlmedium mit der Gleitfläche in Berührung kommt. Dadurch kann gefahrlos eine Kühlflüssigkeit als das Kühlmedium durch den Gleitkontaktkörper geführt werden, ohne dass hierdurch ein Kurzschluss zu befürchten ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein besonders guter Wärmeübergang dadurch erzielt werden kann, wenn eine Wärmeübertragung über möglichst wenige Einzelelemente erfolgt. Dadurch, dass die Kühlkanalanordnung in die Gleitkontaktkomponente integriert ist und der Gleitkontaktkörper somit unmittelbar mit dem Kühlmedium benetzt werden kann, wird eine so genannte Kontaktwärmeübertragung zwischen mehreren Festkörpern innerhalb der Gleitkontaktkomponente unterbunden. Zu einer derartigen, hinsichtlich der Wärmeübertragung ungünstigen, Kontaktwärmeübertragung kann es beispielsweise bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen kommen, bei welchen Kühlflüssigkeit mittels eines isolierenden Rohres an ein Gleitkontaktelement herangeführt wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Gleitkontaktkomponente einteilig ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders effektive Wärmeübertragung zwischen der Gleitfläche und dem durch den Kühlkanal strömenden Kühlmedium erfolgen kann. Durch die einteilige Ausbildungen der Gleitkontaktkomponente können etwaige, in nachteiliger Weise isolierend wirkende Luftspalte vermieden werden, welche zwischen aneinander angrenzenden Teilen bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen vorliegen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Gleitkontaktkomponente wenigstens einen Schaftkörper, welcher mit dem Gleitkontaktkörper verbundenen ist, wobei der zumindest eine Gleitkontaktkörper den wenigstens einen Schaftkörper zumindest in einer Erstreckungsrichtung der Gleitkontaktkomponente überragt. Dies ist von Vorteil, da durch das Überragen in der Erstreckungsrichtung ein geführtes Gleiten relativ zu der Gegenkontaktkomponente erfolgen kann. Die Gegenkontaktkomponente kann allgemein beispielsweise als Schiene ausgebildet sein, welche mit einem, den Schaftkörper in der Erstreckungsrichtung überragenden Gleitkontaktkörperbereich des Gleitkontaktkörpers beispielsweise einen Formschluss bilden kann. Der Schaftkörper kann zum Halten des Gleitkontaktkörpers dienen.
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Vorzugsweise überragt der Gleitkontaktkörper den Schaftkörper in einander entgegengesetzten Richtungen der zumindest einen Erstreckungsrichtung. Der Gleitkontaktkörper kann somit zwei Gleitkontaktkörperbereiche umfassen, welche den Schaftkörper in unterschiedlichen Richtungen überragen. So können der Gleitkontaktkörper und der Schaftkörper beispielsweise gemeinsam einen T-förmigen Querschnitt ausbilden. Dadurch ist ein besonders verliersicheres Gleiten entlang der Gegenkontaktkomponente ermöglicht, wenn diese beispielsweise als Führungsschiene ausgebildet ist, in welcher der Gleitkontaktkörper formschlüssig, beispielsweise an den Gleitkontaktkörperbereichen, gehalten sein kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich zumindest ein Überströmkanal der Gleitkontaktkomponente, über welchen die wenigstens eine Kühlkanalanordnung mit dem Kühlmedium versorgbar ist, durch den wenigstens einen Schaftkörper. Dies ist von Vorteil, da der Schaftkörper, welcher allgemein zum Halten des Gleitkontaktkörpers dienen kann, einen Strom des Kühlmediums in die Kühlkanalanordnung ermöglicht, wodurch eine besonders effiziente Wärmeabfuhr gegeben ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Gleitkontaktkomponente wenigstens eine, in die wenigstens eine Kühlkanalanordnung integrierte, von dem Kühlmedium umströmbare Turbulenzerzeugungsstruktur, zur Beaufschlagung des Kühlmediums mit Turbulenzen, auf. Dies ist von Vorteil, da mittels der Turbulenzerzeugungsstruktur ein verbesserter Wärmeübergang in Folge von durch die Turbulenzerzeugungsstruktur zumindest lokal erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten erzielt werden kann. Dadurch ist eine besonders wirksame Kühlung anhand des Kühlmediums ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die wenigstens eine Turbulenzerzeugungsstruktur eine Mehrzahl an, mit dem Kühlmedium umströmbare Turbulenzerzeugungselementen, insbesondere Turbulatoren, auf, welche regelmäßig verteilt in der wenigstens einen Kühlkanalanordnung angeordnet sind. Dies ist von Vorteil, da durch die regelmäßige Verteilung der Turbulenzerzeugungselemente eine besonders gleichmäßige Kühlung ermöglicht ist, sodass eine besonders homogene Temperaturverteilung an der Gleitfläche erzielt werden kann. Bevorzugt sind die Turbulenzerzeugungselemente als Turbulatoren ausgebildet, durch welche Verwirbelungen des Kühlmediums erzeugt werden können und eine laminare Grenzschichtströmung in eine turbulente Strömung überführt werden kann. Durch eine turbulente Strömung kann in kürzester Zeit eine besonders große Wärmemenge an das Kühlmedium übertragen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der zumindest eine Kühlkanal wenigstens bereichsweise ringförmig durch den zumindest einen Gleitkontaktkörper. Dies ist von Vorteil, da durch das ringförmige Erstrecken des Kühlkanals eine besonders gleichmäßige Kühlung sowie eine Führung des Kühlmediums durch den Gleitkontaktkörper unter besonders effizienter Wärmeübertragung erfolgen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der zumindest eine Kühlkanal zumindest bereichsweise einen vieleckigen, insbesondere rechteckigen, Strömungsquerschnitt auf. Dies ist von Vorteil, da durch den vieleckigen Strömungsquerschnitt im Gegensatz zu einem kreisrunden Strömungsquerschnitt besonders hohe Turbulenzen beim Durchströmen des Kühlkanals mit dem Kühlmedium auftreten können. Dementsprechend kann eine besonders wirksame Wärmeübertragung erzielt werden. Bevorzugt weist der Kühlkanal dabei einen rechteckigen Strömungsquerschnitt auf. Ein derartiger, rechteckiger Strömungsquerschnitt kann sich besonders platzsparend durch die Gleitkontaktkomponente beziehungsweise den Gleitkontaktkörper erstrecken.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der zumindest eine Kühlkanal wenigstens bereichsweise mäanderförmig durch den zumindest einen Gleitkontaktkörper. Dies ist von Vorteil, da durch eine derartige Mäanderform eine besonders häufige Strömungsumlenkung des Kühlmediums bei dessen Strömung durch den Kühlkanal erfolgt. Einerseits können durch die Mäanderform besonders große Bereiche des Gleitkontaktkörpers gekühlt werden, und andererseits können durch die Strömungsumlenkungen den Wärmeübergang verbessernde Turbulenzen erzeugt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die wenigstens eine Kühlkanalanordnung zumindest einen Zusatzkühlkanal, welcher sich wenigstens bereichsweise durch den zumindest einen Gleitkontaktkörper erstreckt. Dies ist von Vorteil, da durch den Zusatzkühlkanal eine zusätzliche Kühlung der Gleitkontaktkomponente bewirkt werden kann, wodurch besonders große Wärmemengen beim Betrieb der Gleitkontaktkomponente, also beim Übertragen von elektrischer Energie mittels der Gleitkontaktkomponente, abgeführt werden können.
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Der Zusatzkühlkanal kann sich wenigstens bereichsweise ringförmig durch den zumindest einen Gleitkontaktkörper erstrecken. Des Weiteren kann sich der Zusatzkühlkanal zumindest bereichsweise mäanderförmig durch den zumindest einen Gleitkontaktkörper erstrecken. Zudem kann der Zusatzkühlkanal einen vieleckigen, insbesondere rechteckigen, Strömungsquerschnitt aufweisen. Allgemein gelten den wenigstens einen Kühlkanal betreffende Ausgestaltungen beziehungsweise Weiterbildungen auch für den zumindest einen Zusatzkühlkanal.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Zusatzkühlkanal fluidisch von dem zumindest einen Kühlkanal getrennt. Dies ist von Vorteil, da der zumindest eine Zusatzkühlkanal und der zumindest eine Kühlkanal somit von jeweiligen, unterschiedlichen Kühlkreisläufen und unabhängig voneinander mit Kühlmedium versorgbar sind. Dadurch kann eine gezielte Kühlung bewirkt werden, wobei unterschiedliche Temperaturen an jeweils unterschiedlichen Bereichen des Gleitkontaktkörpers und damit der Gleitkontaktkomponente vorgegeben werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der zumindest eine Kühlkanal und der zumindest eine Zusatzkühlkanal zumindest bereichsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Hierbei können der Kühlkanal und der Zusatzkühlkanal zumindest näherungsweise gleicht weit von der Gleitfläche beabstandet sein. Dadurch kann eine besonders effiziente, abschnittsweise Kühlung erfolgen und Temperaturspitzen beim Betrieb der Gleitkontaktkomponente wirksam unterbunden werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung, insbesondere für eine Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils, mit wenigstens einer Gleitkontaktkomponente gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und mit wenigstens einer Gegenkontaktkomponente, an welcher die wenigstens eine Gleitkontaktkomponente abstützbar und relativ zu der wenigstens einen Gegenkontaktkomponente verschiebbar ist. Dies ist von Vorteil, da mittels der Induktionsheizvorrichtung somit eine elektrische Leistungsübertragung mit besonders hohem Wirkungsgrad erfolgen kann, da durch die effiziente Kühlung der Gleitkontaktkomponente eine übermäßige Erwärmung der Gleitkontaktkomponente unterbunden und damit ein starker, temperaturbedingter Anstieg eines Innenwiderstands der Gleitkontaktkomponente verhindert werden kann. Die sich aus dem zweiten Aspekt der Erfindung ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts der Erfindung zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts und umgekehrt anzusehen sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Gegenkontaktkomponente formschlüssig mit der wenigstens einen Gleitkontaktkomponente gekoppelt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders unterbrechungsfreie Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Gegenkontaktkomponente und der Gleitkontaktkomponente ermöglich ist. Die Gegenkontaktkomponente kann beispielsweise als Stromschiene ausgebildet sein, in welche die Gleitkontaktkomponente eingehakt beziehungsweise eingeschuht sein kann.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitkontaktkomponente gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Erfindungsgemäß wird als das Verfahren ein additives Herstellverfahren verwendet, wodurch die Kühlkanalanordnung besonders einfach integriert werden kann. Bei dem additiven Herstellverfahren kann es sich beispielsweise um ein selektives Laserschmelzen (selective laser melting; SLM) handeln. Die sich aus dem dritten Aspekt der Erfindung ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Aspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts und umgekehrt anzusehen sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Dabei zeigen:
- 1a eine schematische Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer Induktionsheizvorrichtung, welche eine Gegenkontaktkomponente und eine formschlüssig mit der Gegenkontaktkomponente in Eingriff stehende Gleitkontaktkomponente umfasst;
- 1b eine Schnittdarstellung der Gleitkontaktkomponente gemäß einer in 1a gezeigten Schnittlinie B-B;
- 1c eine Schnittdarstellung der Gleitkontaktkomponente gemäß einer Schnittebene, welche parallel zu einer, durch eine Längserstreckungsrichtung und eine Quererstreckungsrichtung der Gleitkontaktkomponente aufgespannten Ebene orientiert ist; wobei eine Variante einer Kühlkanalanordnung der Gleitkontaktkomponente gezeigt ist;
- 1d eine weitere Schnittdarstellung der Gleitkontaktkomponente gemäß der Schnittebene, wobei eine weitere Variante der Kühlkanalanordnung gezeigt ist, in welcher ein Kühlkanal der Kühlkanalanordnung in Hocherstreckungsrichtung der Gleitkontaktkomponente bereichsweise mäanderförmig ausgebildet ist;
- 2a eine weitere Schnittdarstellung der Gleitkontaktkomponente, wobei eine weitere Variante einer Kühlkanalanordnung gezeigt ist, in welcher sich der Kühlkanal bereichsweise mäanderförmig in Längserstreckungsrichtung der Gleitkontaktkomponente durch den Gleitkontaktkörper erstreckt;
- 2b eine Seitenansicht auf die Gleitkontaktkomponente gemäß einer in 2a gezeigten Ansichtsrichtung A;
- 2c eine Schnittdarstellung der in 2a gezeigten Variante der Gleitkontaktkomponente gemäß der Schnittebene, welche parallel zu der, durch die Längserstreckungsrichtung und Quererstreckungsrichtung aufgespannten Ebene orientiert ist;
- 3a eine weitere Schnittdarstellung einer Variante der Gleitkontaktkomponente, wobei der Kühlkanal einen rechteckigen Strömungsquerschnitt aufweist;
- 3b eine Schnittdarstellung der in 3a gezeigten Gleitkontaktkomponente gemäß einer in 3a gezeigten Schnittlinie C-C;
- 3c eine weitere Schnittdarstellung der in 3a gezeigten Variante der Gleitkontaktkomponente gemäß der Schnittebene, welche parallel zu der, durch die Längserstreckungsrichtung und Quererstreckungsrichtung aufgespannten Ebene orientiert ist;
- 3d eine weitere Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene, welche eine Variante der Kühlkanalanordnung zeigt, in welcher eine Turbulenzerzeugungsstruktur mit einer Mehrzahl an mit dem Kühlmedium umströmbaren Turbulenzerzeugungselementen gezeigt ist, wobei die Turbulenzerzeugungselemente regelmäßig verteilt in der Kühlkanalanordnung angeordnet sind;
- 3e eine weitere Schnittdarstellung, welche die Turbulenzerzeugungselemente in einer Seitenansicht zeigt;
- 4a eine weitere Schnittdarstellung der Gleitkontaktkomponente, welche eine weitere Variante der Kühlkanalanordnung zeigt, in welcher der Kühlkanal und ein Zusatzkühlkanal der Kühlkanalanordnung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und fluidisch voneinander getrennt sind; und
- 4b eine Schnittdarstellung der Gleitkontaktkomponente gemäß einer in 4a gezeigten Schnittlinie D-D.
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1a zeigt eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer Induktionsheizvorrichtung 100, welche eine Gleitkontaktkomponente 10 und eine formschlüssig mit der Gleitkontaktkomponente 10 gekoppelte Gegenkontaktkomponente 102 umfasst. Die Gegenkontaktkomponente 102 ist dabei vorliegend als Gleitschiene ausgebildet, entlang welcher die Gleitkontaktkomponente 10 gleiten kann.
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1a zeigt des Weiteren ein Koordinatensystem, mit jeweiligen Achsen x, y, z, welche parallel zu jeweiligen Erstreckungsrichtungen der Gleitkontaktkomponente 10 und senkrecht zueinander orientiert sind. Die Achse x entspricht dabei einer Längserstreckungsrichtung, die Achse y einer Quererstreckungsrichtung und die Achse z einer Hocherstreckungsrichtung der Gleitkontaktkomponente 10. Dementsprechend ist die Gleitkontaktkomponente 10 bei der in 1a gezeigten Induktionsheizvorrichtung 100 in Quererstreckungsrichtung y entlang der Gegenkontaktkomponente 102 verschiebbar gelagert. Dabei bilden jeweilige, einander gegenüberliegend angeordnete Gleitkontaktkörperbereiche 24 eines Gleitkontaktkörpers 20 der Gleitkontaktkomponente 10 einen Formschluss mit der Gegenkontaktkomponente 102.
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Die aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich in 1a gezeigte Induktionsheizvorrichtung kann in einer Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils eingesetzt werden. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung des Bauteils ist vorliegend nicht weiter dargestellt. Um ein induktives Heizen mittels der Induktionsheizvorrichtung zu bewirken, kann eine Induktionsspule (nicht gezeigt) der Induktionsheizvorrichtung 100 mit einem Schaftkörper 12 der Gleitkontaktkomponente 10 stromleitend verbunden sein. Die Gleitkontaktkomponente 10 ist vorliegend einteilig ausgebildet, sodass der Schaftkörper 12 mit dem Gleitkontaktkörper 20 dementsprechend einteilig verbunden ist. Der Gleitkontaktkörper 20 überragt dabei den Schaftkörper 12 in einer entgegengesetzten, parallel zur Längserstreckungsrichtung x orientierten Richtung, wie in 1a erkennbar ist. Die Gleitkontaktkomponente 10 weist an dem Gleitkontaktkörper 20 eine Gleitfläche 22 auf, an welcher beim Betrieb der Induktionsheizvorrichtung 100 eine Stromübertragung zwischen der Gegenkontaktkomponente 102 und der Gleitkontaktkomponente 10 erfolgt. An der Gleitfläche 22 ist die Gleitkontaktkomponente 10 dementsprechend stromleitend gegenüber der Gegenkontaktkomponente 102 der Induktionsheizvorrichtung 100 abstützbar und relativ zu der Gegenkontaktkomponente 102 entlang der Quererstreckungsrichtung y verschiebbar.
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Die Gleitkontaktkomponente 10 umfasst eine Kühlkanalanordnung 40, durch welche ein Kühlmedium 42 führbar ist und welche einen sich durch den Gleitkontaktkörper 20 erstreckenden Kühlkanal 50 umfasst. Durch den Kühlkanal 50 ist das Kühlmedium 42 entlang der Gleitfläche 22, sowie in einem Abstand d zu dieser führbar. Der Kühlkanal 50 kann beispielsweise einen kreisrunden Strömungsquerschnitt 52 aufweisen, wie in 1b angedeutet ist. Die Kühlkanalanordnung 40 ist über mehrere Überströmkanäle 14, 16 der Gleitkontaktkomponente 10 mit dem Kühlmedium 42 versorgbar, wobei sich die Überströmkanäle 14, 16 durch den Schaftkörper 12 erstrecken. Über den Überströmkanal 14 kann ein Eintritt des Kühlmediums 42 in einer, durch einen Pfeil verdeutlichten Einströmrichtung 44 in die Kühlkanalanordnung 40 erfolgen. Über den Überströmkanal 16 kann ein Austritt des Kühlmediums 42 entsprechend einer, durch einen Pfeil verdeutlichten Ausströmrichtung 46 erfolgen.
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1c zeigt eine Variante der Kühlkanalanordnung 40, in welcher sich der Kühlkanal 50 zumindest bereichsweise ringförmig durch den Gleitkontaktkörper 20 erstreckt.
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1d zeigt eine Variante der Kühlkanalanordnung 40, in welcher sich der Kühlkanal 50 bereichsweise in Quererstreckungsrichtung y durch den Gleitkontaktkörper 20 erstreckt. Der sich bereichsweise mäanderförmig durch den Gleitkontaktkörper 20 erstreckende Kühlkanal 50 kann auch als Multipass-Kühlkanal bezeichnet werden.
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Die Kühlkanalanordnung 40 kann auch einen oder mehrere Zusatzkühlkanäle 60 umfassen, welche sich bereichsweise durch den Gleitkontaktkörper 20 erstrecken können, wie in 2a gezeigt ist. Die Zusatzkühlkanäle 60 sind dabei vorliegend parallel zueinander orientiert und mittels zweier, ebenfalls parallel zueinander orientierter Kühlkanäle 50 fluidleitend verbunden, wie in 2c erkennbar ist.
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Die Kühlkanäle 50 beziehungsweise die Zusatzkühlkanäle 60 sind idealerweise besonders konturnah entlang der Gleitfläche 12 welche zusammen mit einer in 1a gezeigten Gegenkontaktfläche 104 der Gegenkontaktkomponente 102 einen Gleitkontakt und damit eine elektrische Kontaktstelle ausbildet, geführt. Mit anderen Worten weist die Kühlkanalanordnung 40 und damit die jeweiligen Kühlkanäle 50 beziehungsweise Zusatzkühlkanäle 60, einen besonders geringen Abstand d, welcher beispielsweise 1 Millimeter oder 2 Millimeter betragen kann, zu der Gleitfläche 22 auf. Aus der Zusammenschau von 1c, 1c, 2a und 2c ist beispielsweise erkennbar, das die Kühlkanalanordnung 40 ein Kanalnetz oder Oberflächennetz aus den Kühlkanälen 50 beziehungsweise Zusatzkühlkanälen 60 ausbilden kann. Ist die Gleitfläche 22 gekrümmt, so kann die Kühlkanalanordnung 40 auch kranzförmig ausgebildet sein.
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Zur Verbesserung eines Wärmeübergangs zwischen der Gleitfläche 22 und dem Kühlmedium 42 kann der Strömungsquerschnitt 52 des Kühlkanals 50 zumindest bereichsweise vieleckig beziehungsweise vorliegend rechteckig ausgebildet sein, wie in 3b, 3c, 3d und 3e angedeutet ist. Hierdurch ist auf besonders einfache Art und Weise eine turbulente Strömung des die Kühlkanalanordnung 40 durchströmenden Kühlmediums 42 erreichbar. Um den Wärmeübergang noch weiter zu verbessern, kann die Gleitkontaktkomponente 10 eine in die Kühlkanalanordnung 40 integrierte und von dem Kühlmedium 42 umströmbare Turbulenzerzeugungsstruktur 70 zur Beaufschlagung des Kühlmediums 42 mit Turbulenzen aufweisen, wie exemplarisch in 3b, 3d und 3e gezeigt ist. Die Turbulenzerzeugungsstruktur 70 kann dabei eine Mehrzahl an mit dem Kühlmedium 42 umströmbaren Turbulenzerzeugungselementen 72, 74, 76, welche vorliegend als jeweilige Turbulatoren ausgebildet sein können, aufweisen. Die Turbulenzerzeugungselemente 72, 74, 76 können regelmäßig verteilt in der Kühlkanalanordnung 40 angeordnet sein, wie insbesondere in 3d erkennbar ist. 3e zeigt, dass die Turbulenzerzeugungselemente 72, 74, 76 auch als sich über die Höhe des Kühlkanals 50 erstreckende Stäbe ausgebildet sein können, welche als durchgängige Strömungsbrecher ausgebildet sein können. Die Turbulenzerzeugungsstruktur 70 kann allgemein ein Oberflächennetz aus den einzelnen Turbulenzerzeugungselemente 72, 74, 76 in der Kühlkanalanordnung 40 ausbilden, wodurch eine besonders ausgeprägte Turbulenzerzeugung ermöglicht ist.
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4a zeigt eine weitere Variante, in welcher der Zusatzkühlkanal 60 fluidisch von dem Kühlkanal 50 getrennt ist. Der Kühlkanal 50 und der Zusatzkühlkanal 60 sind dabei vorliegend in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wie in 4a erkennbar ist. Der Kühlkanal 50 und der Zusatzkühlkanal 60 können dabei unabhängig voneinander mit dem Kühlmedium 42 durchströmt werden, wobei der Kühlkanal 50 und der Zusatzkühlkanal 60 jeweils über zwei Überströmkanäle 14, 16, über welche das Kühlmedium 42 entsprechend der Einströmrichtung 44 eintreten beziehungsweise entsprechend der Ausströmrichtung 46 austreten kann, versorgt werden.
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Bei der vorliegenden Gleitkontaktkomponente 10 kann aufgrund der Kühlkanalanordnung 40 eine besonders gleichmäßige Kühlung der Gleitfläche 22, welche mit der Gegenkontaktfläche 104 die Kontaktstelle ausbildet, erzielt werden, wodurch eine gleichmäßige Auflage der Gleitkontaktkomponente 10 an der Gegenkontaktkomponente 102 begünstigt wird, zumal ein thermischer Verzug aufgrund der gleichmäßigen Kühlung mittels der Kühlmediums 42 zumindest weitgehend unterbunden werden kann. Durch die Kühlkanalanordnung 40 sind eine besonders hohe Kühlwirkung sowie eine Begrenzung einer maximalen Betriebstemperatur der Gleitkontaktkomponente 10 ermöglicht. Die Gleitkontaktkomponente 10 weist eine hohe Robustheit hinsichtlich der Stromübertragung sowie eine besonders hohe Lebensdauer auf.
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Die Gleitkontaktkomponente 10, welche allgemein als Schlitten ausgebildet sein kann, kann durch ein additives Herstellverfahren beispielsweise aus Kupfer (Cu) oder anderen Metallen hergestellt werden. Die Gleitkontaktkomponente 10 kann durch das additive Herstellverfahren, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen, besonders kompakt ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gleitkontaktkomponente
- 12
- Schaftkörper
- 14
- Überströmkanal
- 16
- Überströmkanal
- 20
- Gleitkontaktkörper
- 22
- Gleitfläche
- 24
- Gleitkontaktkörperbereich
- 40
- Kühlkanalanordnung
- 42
- Kühlmedium
- 44
- Einströmrichtung
- 46
- Ausströmrichtung
- 50
- Kühlkanal
- 52
- Strömungsquerschnitt
- 60
- Zusatzkühlkanal
- 70
- Turbulenzerzeugungsstruktur
- 72
- Turbulenzerzeugungselement
- 74
- Turbulenzerzeugungselement
- 76
- Turbulenzerzeugungselement
- 100
- Induktionsheizvorrichtung
- 102
- Gegenkontaktkomponente
- 104
- Gegenkontaktfläche
- d
- Abstand
- x
- Längserstreckungsrichtung
- y
- Quererstreckungsrichtung
- z
- Hocherstreckungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2364580 B1 [0003]
- DE 102015110428 A1 [0004]
- US 8119908 B2 [0005]
- WO 2004/047236 A1 [0006]
- DE 602005004497 T2 [0007]
