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Die Erfindung betrifft einen Schaltschrank für eine elektrische Umrichterbaugruppe.
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Aus dem Stand der Technik sind Baugruppen für Umrichter bekannt, beispielsweise unter der Bezeichnung „Stacks“ oder „Inverterstacks“. Unter einem Umrichter wird dabei jede gesteuerte elektrische und/oder elektronische Schaltung verstanden, die eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung oder Wechselspannung umwandelt, oder eine Wechselspannung in eine andere Wechselspannung oder Gleichspannung umwandelt. Bei einer derartigen Schaltung kann es sich beispielsweise, aber nicht ausschließlich, um einen Direktumrichter, einen Matrixumrichter, einen Wechselspannungswandler, einen Gleichspannungswandler, einen geschalteten Brückenwechselrichter, einen geschalteten Brückengleichrichter oder dergleichen handeln. Ein Umrichter kann auch eine interne galvanische Trennung vorsehen. Umrichter können für hohe elektrische Leistungen, beispielsweise Leistungen im Bereich von etwa 100 kW bei einer Gleichspannung von 850 V bzw. 300 kVA Wechselstromleistung, ausgebildet sein.
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Umrichter können für industrielle Anwendungen, wie Fertigungsstraßen, elektrische Antriebe, Inselnetze und unterbrechungsfreie Stromversorgungen, für Prüfstände von Fahrzeugen oder für vielfältige andere Anwendungen eingesetzt werden. Die konkrete schaltungstechnische Realisierung der Umrichter ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich.
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Umrichterbaugruppen hoher elektrischer Leistung sind üblicherweise in einem Schaltschrank angeordnet. Neben der eigentlichen Umrichterbaugruppe beherbergen bekannte Schaltschränke auch weitere elektrische Bauteile wie Magnetdrosseln, Kondensatoren, Schaltbretter und dergleichen. Um Platz zu sparen, werden diese Bauteile in den Schaltschränken möglichst kompakt angeordnet.
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In der Regel wird bei der Montage derartiger Baugruppen zunächst der Schaltschrank montiert, und danach werden die Gleich- oder Wechselstromleitungen in den Schaltschrank eingebracht. Dabei stellt sich das Problem, dass die Gleich- oder Wechselstromleitungen bei der Anwendung für hohe elektrische Leistungen, insbesondere Leistungen im Bereich von 100 kW, sehr massiv sind und nur mit hohem Aufwand in den Schaltschrank eingeleitet werden können. Eine Montage ist in der Regel nur mit Spezialwerkzeug möglich.
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Es besteht somit ein Bedarf nach kompakten Schaltschränken, die sich einfach und nach Möglichkeit ohne Spezialwerkzeug an die Gleich- oder Wechselstromleitungen vor Ort anschließen lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schaltschrank gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßer Schaltschrank umfasst eine Rahmenkonstruktion mit einer Abdeckplatte, eine Umrichterbaugruppe mit einer Gleichspannungsseite und einer Wechselspannungsseite, und Gleichstromschienen sowie Wechselstromschienen, die mit der Gleichspannungsseite bzw. Wechselspannungsseite verbunden sind.
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Erfindungsgemäß ist in der Abdeckplatte zumindest eine Durchführung zum Durchführen von elektrischen Leitungen angeordnet. Vorzugsweise können mehrere Durchführungen zum Durchführen von mehreren Leitungen vorgesehen sein. Dabei kann es sich insbesondere um Gleichstromleitungen handeln, nämlich Pluspole und Minuspole von Gleichstromleitungen.
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An der Abdeckplatte ist ein nach innen vorspringender Träger vorgesehen, auf dem zumindest eine, vorzugsweise mehrere voneinander isolierte metallische Koppelschienen angeordnet sind. Diese Koppelschienen dienen zum Anschluss der durch die Durchführungen geführten elektrischen Leitungen.
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Ferner ist die Abdeckplatte über Befestigungsmittel lösbar mit der Rahmenkonstruktion verbunden. Folglich kann die Abdeckplatte leicht entfernt werden, um den Anschluss der Leitungen an die Koppelschienen zu ermöglichen. Es kann auch eine Führung vorgesehen sein, um die Abdeckplatte linear nach oben oder unten zu verschieben, sodass ein leichterer Zugriff auf die Koppelschienen ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zur Verbindung der Gleichstromschienen oder Wechselstromschienen mit den Koppelschienen flexible Anschlussleitungen vorgesehen sind, die mit den Koppelschienen elektrisch leitend verbunden, beispielsweise verschraubt, sind. Diese Anschlussleitungen können im Schaltschrank im Wesentlichen fixiert sein.
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Der Träger kann aus einem isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, sein oder dieses Material umfassen. Der Träger kann in einem Winkel von im Wesentlichen 90° von der Abdeckplatte nach innen vorspringen.
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Am Träger können zwei oder mehr metallische Koppelschienen angeordnet sein. Insbesondere können zum Anschluss der Gleichstromschienen zwei Koppelschienen vorgesehen sein. In anderen Ausführungsformen können zum Anschluss der Wechselstromschienen drei oder mehr Koppelschienen vorgesehen sein.
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Die Koppelschienen können in unterschiedlichem Normalabstand vom Träger angeordnet sein. Mit anderen Worten, die Koppelschienen können in unterschiedlichen Ebenen vorgesehen sein. Dadurch wird ein einfacherer Anschluss der externen Zuleitungen und auch der internen Anschlussleitungen an die Koppelschienen ermöglicht; diese Leitungen müssen nicht verbogen oder geknickt werden. Dies ist bei Leitungen mit großem Querschnitt sehr vorteilhaft.
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Zur Sicherstellung des unterschiedlichen Normabstands der Koppelschienen kann zumindest eine der Koppelschienen vorzugsweise über einen oder mehrere isolierende Distanzhalter am Träger befestigt sein. Die Distanzhalter sorgen in diesen Ausführungen der Erfindung dafür, dass die Koppelschienen in unterschiedlichen Ebenen zueinander bleiben, auch wenn massive Kupferleitungen an die Koppelschienen angeschlossen werden.
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In der Abdeckplatte können mehrere Durchführungen vorgesehen sein, die derart in unterschiedlichem Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Leitungen in gerader Linie, also ohne Knicke oder Biegungen, von außen durch die Durchführungen in den Schaltschrank auf die innenliegenden Koppelschienen führbar sind. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Koppelschienen in unterschiedlichen Ebenen, also mit unterschiedlichem Normalabstand zum Träger, angeordnet sind. Die Durchführungen für die elektrischen Leitungen sind dann fluchtend, also in einer Linie bzw. Ebene, mit den Koppelschienen ausgebildet.
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Pro Koppelschiene können mehrere, vorzugsweise drei oder mehr, Durchführungen vorgesehen sein. An den Koppelschienen können eine entsprechende Anzahl an elektrischen Verbindungsmitteln, beispielsweise Kabelschuhe, vorgesehen sein. Dies ist dann vorteilhaft, wenn statt eines Einzelkabels mit großem Durchmesser mehrere Kabel mit geringerem Durchmesser verwendet werden sollen.
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Weitere erfindungsgemäße Ausführungen ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, aus den Figuren und aus den nachfolgenden Patentansprüchen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines nicht-ausschließlichen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltschranks;
- 2 ein Detail aus 1;
- 3 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltschranks und ein Detail aus dieser Darstellung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Abdeckplatte für einen erfindungsgemäßen Schaltschrank.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltschranks 1 und Schnittansichten dieses Schaltschranks. In der Mitte dieser Figur ist eine Draufsicht des Schaltschranks 1 gezeigt, links davon ein Schnitt entlang der Linie A-A, und rechts davon ein Schnitt entlang der Linie B-B. Der Schaltschrank 1 ist im Wesentlichen quaderförmig und umfasst eine Umrichterbaugruppe 4 mit Gleichstromschienen 5 und Wechselstromschienen 6. Auf der Oberseite des Schaltschranks 1 befindet sich eine Abdeckplatte 3; die Wände des Schaltschranks 1 werden durch eine Rahmenkonstruktion 2 gehalten. Die Rahmenkonstruktion 2 ist derart mit Verbindungsmitteln, nämlich Längsnuten, ausgebildet, dass aneinander angeordnete Schaltschränke an ihren Rahmenkonstruktionen miteinander verbunden werden können. Die Verbindungsmittel können beispielsweise in Form von Schrauben oder Federn ausgebildet sein, die in korrespondierende Nuten der Rahmenkonstruktion eingeschraubt oder eingeführt werden.
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Im Inneren des Schaltschranks 1 verlaufen zwei Anschlussleitungen 10 von oben angebrachten Zuleitungen 13 zu den Gleichstromschienen 5, die mit der Gleichspannungsseite der Umrichterbaugruppe 4 verbunden sind. Die Umrichterbaugruppe 4 ist ferner mit drei Paaren von Wechselstromschienen 6 verbunden, die jeweils an einen Anschlussbalken geführt sind. Die Gleichstromschienen 5 und Wechselstromschienen 6 sind vorzugsweise aus Kupfer oder umfassen Kupfer. Jede der drei Phasen der Wechselspannung wird also an einen Anschlussbalken geführt, der ebenfalls aus Kupfer ist, um geringe elektrische Verluste zu gewährleisten. Vom Anschlussbalken führen winkelige Strombügel an Schaltbretter. Alternativ kann eine anders geartetes Kupfer-Verbindungselement verwendet werden. Unter den Wechselstromschienen 6 sind (nicht bezeichnete) Magnetdrosseln angeordnet, die in dieser Ausführungsform als Interleavingdrosseln für die drei Phasen des Umrichters ausgebildet sind.
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In der Abdeckplatte 3 sind mehrere Durchführungen 7 zum Durchführen von elektrischen Leitungen 13 angeordnet.
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In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um Gleichstromleitungen, die über die internen Anschlussleitungen 10 an die Gleichstromschiene 5 und in Folge an die Umrichterbaugruppe 4 geleitet werden.
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An der Abdeckplatte 3 ist ein nach innen vorspringender Träger 8 vorgesehen. Der Träger 8 ist aus Kunststoff. Am Träger 8 sind zwei voneinander isolierte metallische Koppelschienen 9 angeordnet, die jeweils mit einer der Anschlussleitungen 10 elektrisch leitend verbunden, nämlich verschraubt, sind. Die Abdeckplatte 3 ist über Befestigungsmittel lösbar mit der Rahmenkonstruktion 2 verbunden.
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2 zeigt ein Detail aus der Schnittdarstellung A-A in 1. Es ist ersichtlich, dass der Träger 8 in einem Winkel von etwa 90° zur Abdeckplatte 3 nach innen vorspringt. Ferner ist ersichtlich, dass die Durchführungen 7 für die Leitungen 13 in zwei Gruppen angeordnet sind, die voneinander beabstandet sind. Fluchtend zu diesen zwei Gruppen der Durchführungen 7 befinden sich am Träger 8 zwei gleichermaßen beabstandete Koppelschienen 9, sodass die Koppelschienen 9 von den Leitungen 13 kontaktiert werden können, ohne dass die Leitungen 13 dazu verbogen werden müssen. Die Koppelschienen 9 sind also in unterschiedlichem Normalabstand vom Träger 8 angeordnet, wobei zur Sicherstellung des Normalabstands eine der Koppelschienen 9 über isolierende Distanzhalter 11 am Träger 8 befestigt sind. Die Distanzhalter 11 sind vorzugsweise aus Kunststoff und ausreichend massiv, um einer Verformung der Koppelschienen 9 beim Anschluss der massiven Leitungen 13 und Anschlussleitungen 10 entgegenzuwirken.
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Auf den beiden Koppelschienen sind ferner Kabelschuhe 12 angeordnet, um die externen Leitungen 13, die durch die Durchführungen 7 geführt werden, einfach an den Koppelschienen elektrisch leitend anzuschließen.
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3 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltschranks und ein Detail aus dieser Darstellung. Im Detail ist ersichtlich, dass der Schaltschrank1 über insgesamt sechs Durchführungen verfügt, die in zwei Gruppen zu je drei Durchführungen aufgeteilt sind. Ebenso ist ersichtlich, dass in diesem Ausführungsbeispiel zwei Distanzhalter 11 vorgesehen sind.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Abdeckplatte 3 für einen erfindungsgemäßen Schaltschrank 1. Die Abdeckplatte 3 kann mit Schrauben an der Rahmenkonstruktion 2 des Schaltschranks 1 befestigt werden. Im Detail ist ersichtlich, dass der Schaltschrank1 über insgesamt sechs Durchführungen verfügt, die in zwei Gruppen zu je drei Durchführungen aufgeteilt sind. Ebenso ist ersichtlich, dass in diesem Ausführungsbeispiel zwei Distanzhalter 11 vorgesehen sind.
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Die zwei Gruppen der Durchführungen 7 sind in einem Abstand zueinander angeordnet, welche dem Abstand der beiden Koppelschienen 9 entspricht. Mit anderen Worten, jeweils drei der sechs Durchführungen fluchten mit jeweils einer der beiden Koppelschienen 9, sind also in einer Linie mit diesen angeordnet. Dadurch müssen die Leitungen 13 nicht gebogen werden, um die Koppelschienen 9 zu kontaktieren.
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Bei der Montage wird die Abdeckplatte 13 vom Schaltschrank 1 entfernt, die Leitungen 13 werden durch die Durchführungen 7 geführt und an den Kabelschuhen 12 befestigt. Erst danach wird die Abdeckplatte 3 an der Rahmenkonstruktion 2 des Schaltschranks 1 befestigt. Dadurch wird ein einfacher elektrischer Anschluss des Schaltschranks vor Ort ermöglicht, ohne dass dazu Spezialwerkzeug oder dergleichen erforderlich ist.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele, sondern umfasst sämtliche Prüfstandanordnungen im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltschrank
- 2
- Rahmenkonstruktion
- 3
- Abdeckplatte
- 4
- Umrichterbaugruppe
- 5
- Gleichstromschiene
- 6
- Wechselstromschiene
- 7
- Durchführung
- 8
- Träger
- 9
- Koppelschiene
- 10
- Anschlussleitung
- 11
- Distanzhalter
- 12
- Kabelschuh
- 13
- Elektrische Leitung
