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Bereich der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung.
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Hintergrund der Erfindung
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Kondensatoren können zur Speicherung von elektrischer Energie zum Beispiel in Umrichtervorrichtungen wie Frequenzumrichtern oder in anderen Anwendungen verwendet werden. Kondesatoren können einzeln verwendet werden oder mehrere Kondensatoren können parallel und/oder in Serie geschaltet werden, um beispielsweise die Speicherfähigkeit zu verbessern. Kondensatoren können mit andere Komponenten und/oder miteinander durch Schienen wie Sammelschienen und Anschlussschienen verbunden werden. Ein Beispiel für eine solche Anordnung kann eine positive und eine negative Sammelschiene aufweisen, wobei der positive Pol jedes Kondensators an die positive Sammelschiene und der negative Pol jedes Kondensators an die negative Sammelschiene angeschlossen ist, wobei die Kondensatoren parallel zueinander geschaltet sind. Kondensatoren können auch auf andere Weisen je nach der Anwendung und der Eigenschaften, zum Beispiel der Spannungsfestigkeit und Kapazitanz, der einzusetzenden Kondensatoren geschaltet werden.
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Die Lebensdauer eines Kondensators wird wesentlich durch die Temperatur beeinflusst, bei der der Kondensator verwendet wird. Je höher die Temperatur, bei der der Kondensator verwendet wird, desto kürzer ist typisch seine Lebensdauer. Der Kondensator kann abgekühlt werden, um beispielsweise seine Lebensdauer zu verlängern.
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Es ist möglich, die Außenhülle eines Kondensators zum Beispiel mittels eines Kühlelements mit Flüssigkeitszirkulation oder mittels Luftkühlung abzukühlen, Falls der Kondensator möglicherweise mit einem oder mehr anderen Kondensatoren in einem Kondensatorpaket positioniert ist, kann die Außenhülle eines solchen Kondensatorpakets abgekühlt werden.
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Die oben beschriebene Lösung weist das Problem auf, dass die Außenhülle des Kondensators möglicherweise schlecht Wärme leitet und die innerhalb des Kondensators entwickelte Wärme nicht in ausreichendem Maße durch die Hülle abgeleitet wird. Wenn außerdem der Kondensator möglicherweise mit einem oder mehr anderen Kondensatoren in einem Kondensatorpaket positioniert ist, wird das Problem größer, weil die im Kondensator entwickelte Wärme auch durch das Kondensatorpaket zum Beispiel in das außerhalb des Pakets befindliche Kühlelement oder in den Luftstrom abgeleitet werden muss. Ein im Kondensatorpaket befindlicher Kondensator kann außerdem zum Beispiel mit einer Isolierplatte von der Außenhülle des Pakets isoliert sein was weiterhin die Wärmeleitung nach außen des Kondensatorpakets verschlechtert.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage derart zu entwickeln, dass das oben erwähnte Problem gelöst oder wenigstens gemildert werden kann. Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Kondensatoranordnung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, was in dem unabhängigen Schutzanspruch gesagt wird, Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche.
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Die Erfindung basiert darauf, dass eine Kondensatoranordnung mit zumindest einem Kondensator, der zumindest zwei Terminale aufweist, und zumindest zwei Schienen, wobei jedes Terminal jedes besagten zumindest einen Kondensators elektrisch und thermisch mit zumindest einer Schiene verbunden ist, außerdem zumindest ein Kühlelement aufweist, das thermisch mit zumindest einer Schiene verbunden ist, wobei das besagte zumindest eine Kühlelement thermisch mit jedem elektrisch und thermisch mit der besagten zumindest einen Schiene verbundenen Terminal nur über zumindest eine Schiene oder nur über zumindest eine Schiene und ein die Terminale und die Schienen umgebendes Medium verbunden ist, Die Erfindung basiert auch darauf, dass bei einer solchen Kondensatoranordnung die innerhalb des besagten zumindest einen Kondensators entwickelte Wärme über das Terminal oder die Terminale des Kondensators und weiter über zumindest eine zweite Schiene in das Kühlelement geleitet wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung weist den Vorteil auf, dass die Wärmeübertragung von dem besagten zumindest einen Kondensator effektiver wird, da die Wärme aus dem Kondensator entlang metallischen Terminalen und Schienen effektiver abgeleitet wird, als durch die Außenhülle des Kondensators. Weil außerdem das Kühlelement nicht direkt mit den Terminalen des besagten zumindest einen Kondensators thermisch verbunden wird, sondern nur über die besagte zumindest eine Schiene und/oder das die Terminale und die Schienen umgebende Medium, verringert sich die Möglichkeit, dass die möglicherweise von anderen abzukühlenden Gegenständen in das Kühlelement übertragene Wärme weiter in den Kondensator geleitet würde.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird jetzt in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, von denen:
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1 ein Beispiel für eine Kondensatoranordnung nach einer Ausführungsform zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Das Anwenden der Erfindung ist auf kein bestimmtes System beschränkt, sondern die Erfindung kann in Verbindung mit verschiedenen elektrischen Systemen angewandt werden, in denen Kondensatoren eingesetzt werden. Außerdem ist die Verwendung der Erfindung nicht auf eine bestimmte Grundfrequenz ausnutzende Systeme oder auf einen bestimmten Spannungspegel beschränkt.
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1 in Beispiel für eine Kondensatoranordnung einer Ausführungsform. Die Anordnung des Beispiels weist drei Kondensatoren auf, jeder von denen zwei Terminale besitzt. In der Figur sind nur die Terminale der Kondensatoren sichtbar und der erste Kondensator weist ein erstes Terminal 11 und ein zweites Terminal 21 auf, der zweite Kondensator weist ein erstes Terminal 12 und ein zweites Terminal 22 auf und der dritte Kondensator weist ein erstes Terminal 13 und ein zweites Terminal 23 auf. Es ist zu bemerken, dass die Anordnung einen, zwei, drei oder mehr Kondensatoren aufweisen kann. Zudem können die Kondensatoren mehr als zwei Terminale aufweisen. Nach einer Ausführungsform hat jeder Kondensator zumindest ein positives Terminal und ein negatives Terminal. Im Beispiel der 1 können die ersten Terminale 11, 12, 13 der Kondensatoren positive Terminale und die zweiten Terminale 21, 22, 23 negative Terminale sein. Alternativ können die ersten Terminale 11, 12, 13 der Kondensatoren negative Terminale und die zweiten Terminale 21, 22, 23 positive Terminale sein. Weiterhin weist die Anordnung der 1 zwei Schienen 31, 32 auf. Die Schienen 31, 32 können zum Beispiel Sammelschienen und/oder Anschlussschienen sein, durch die die Pole der verschiedenen Kondensatoren miteinander und/oder mit anderen Vorrichtungen verbunden werden können. Die Kondensatoranordnung kann auch mehr als zwei Schienen aufweisen. Die Schienen 31, 32 sind vorzugsweise elektrisch voneinander zum Beispiel durch einen zwischen den Schienen befindlichen Luftspalt und/oder eine Isolierschicht 33 isoliert. Eine solche Isolierschicht 33 kann jedoch thermisch leitend sein, so dass Wärme von einer Schiene zu der anderen geleitet werden kann. Nach einer Ausführungsform ist jedes Terminal 11, 12, 13, 21, 22, 23 jedes Kondensators der Kondensatoranordnung elektrisch und thermisch mit zumindest einer Schiene 31, 32 verbunden. Die Verbindung zwischen den Schienen 31, 32 und den Terminalen 11, 12, 13, 21, 22, 23 kann zum Beispiel durch Pressen, zum Beispiel durch eine Schraubenverbindung, Löten, Schweißen oder auf andere geeignete Weise ausgeführt werden, so dass Elektrizität und Wärme zwischen den Schienen und den damit verbundenen Terminalen geleitet werden können. Das Material der Terminale 11, 12, 13, 21, 22, 23 und/oder der Schienen 31, 32 kann zum Beispiel Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium, Aluminiumlegierung oder ein anderes, vorzugsweise Elektrizität und Wärme leitendes Material sein. Nach einer Ausführungsform umfasst Anordnung eine positive Sammelschiene, wobei das positive Terminal jedes Kondensators elektrisch und thermisch mit der positiven Sammelschiene verbunden ist, und negative Sammelschiene, wobei das negative Terminal jedes Kondensators elektrisch und thermisch mit der negativen Sammelschiene verbunden ist. Im Beispiel der 1 kann die erste (untere) Schiene 31 die positive Sammelschiene und die zweite (obere) Schiene 32 die negative Sammelschiene sein. Alternativ kann die zweite Schiene 32 die positive Sammelschiene und die erste Schiene 31 die negative Sammelschiene je nach der Polaritäten der mit den Schienen 31, 32 verbundenen Terminale der Kondensatoren sein.
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Nach einer Ausführungsform die Kondensatoranordnung zumindest ein Kühlelement 40 auf, das thermisch mit zumindest einer Schiene verbunden ist, wobei das besagte zumindest eine Kühlelement thermisch mit jedem elektrisch und thermisch mit der besagten zumindest einen Schiene verbundenen Terminal nur über zumindest eine Schiene oder nur über zumindest eine Schiene und ein die Terminale und die Schienen umgebendes Medium verbunden ist. Das Beispiel der 1 weist ein Kühlelement 40 auf, das thermisch mit der zweiten Schiene 32 verbunden ist. Falls die Isolierschicht 33 zwischen den Schienen 31, 32 thermisch leitend ist, ist das Kühlelement 40 auch mit der ersten Schiene 31 thermisch verbunden. Wie das Beispiel der 1 zeigt, ist das Kühlelement 40 thermisch mit keinem Terminal 11, 12, 13, 21, 22, 23 des Kondensators direkt verbunden, sondern die thermische Verbindung zwischen dem Kühlelement 40 und dem Terminal 11, 12, 13, 21, 22, 23 immer nur über zumindest eine Schiene 31, 32 oder nur über zumindest eine Schiene und ein die Terminale und die Schienen umgebendes Medium erfolgt. Die letztere Alternative kann in dem Falle zustande kommen, dass das die Terminale und die Schienen umgebende Medium ein wärmeleitendes Mittel wie zum Beispiel Luft ist. Nach einer Ausführungsform weist die Kondensatoranordnung zumindest ein Kühlelement auf, das thermisch mit der positiven Sammelschiene verbunden ist. Darüber hinaus oder alternativ dazu kann die Kondensatoranordnung zumindest elf Kühlelement aufweisen, das thermisch mit der negativen Sammelschiene verbunden ist. Weiterhin kann die Kondensatoranordnung außerdem oder alternativ dazu zumindest ein Kühlelement aufweisen, das thermisch mit sowohl der positiven Sammelschiene als auch der negativen Sammelschiene verbunden ist. Falls die Kondensatoranordnung an Schienen als die positive oder die negative Sammelschiene aufweist, kann Kondensatoranordnung dementsprechend ein oder mehr Kühlelemente aufweisen, das/die thermisch mit der jeweiligen Schiene verbunden ist/sind, und ein oder mehr Kühlelemente können thermisch mit einer oder mehr Schienen verbunden sein.
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Nach einer Ausführungsform kann das zumindest eine Kühlelement gemäß den vorhergehende Ausführungsformen um Beispiel ein Flüssigkeitskühlelement oder Luftkühlelement sein. Zum Beispiel im Beispiel der 1 kann in einem Kühlmittelkanal 41 des Kühlelements 40 eine Kühlflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, oder ein zur Kühlung geeignetes Gas, zum Beispiel Luft, strömen. Das besagte zumindest eine Kühlelement 40 kann weiter durch einen oder mehr Kühlmittelkanäle mit anderen Kühlelementen und zum Beispiel mit einem oder mehr Wärmetauschern (nicht in der Figur gezeigt) derart verbunden werden, dass Wärme von dem Kühlelement 40 anhand eines durch das Kühlelement strömenden Kühlmittels abgeleitet wird. Das besagte zumindest eine Kühlelement 40 kann auch mit einem anderen Prinzip funktionieren.
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Nach einer Ausführungsform kann das zumindest eine Kühlelement gemäß den vorhergehenden Ausführungsformen, das thermisch mit einer oder mehr Schienen verbunden ist, elektrisch von der besagten einen oder mehr Schienen isoliert sein. Im Beispiel der 1 ist das Kühlelement 40 elektrisch von den Schienen 32, 31 durch eine Isoliermaterialschicht 42 isoliert, die keine Elektrizität leitet aber wärmeleitend ist. Wegen der elektrischen Isolierschicht 42 kann das Kühlelement 40 zum Beispiel elektrisch leitende Kühlflüssigkeit enthalten, ohne dass die Elektrizität über das Kühlelement an andere Stellen im System geleitet wird. Nach einer Ausführungsform kann das zumindest eine Kühlelement gemäß den vorhergehenden Ausführungsformen, das thermisch mit einer oder mehr Schienen verbunden ist, elektrisch mit der besagten einen oder mehr Schienen verbunden sein. Das Beispiel der 1 kann also alternativ ohne Isoliermaterialschicht 42 ausgeführt werden und das Kühlelement 40 kann direkt an einer oder mehr Schienen 31, 32 befestigt werden. In diesem Fall ist vorteilhaft, dass das Kühlelement 40 selbst elektrisch isolierend ist. Wenn es sich zum Beispiel um ein Flüssigkeitskühlelement handelt, ist es vorteilhaft, dass die verwendete Kühlflüssigkeit elektrisch nicht leitend ist. Gegebenenfalls kann zwischen dem Kühlelement 40 und der Schiene 31, 32, an der das Kühlelement direkt befestigt wird, Wärmeleitpaste oder ein entsprechendes Mittel zur Verstärkung der Wärmeübertragung von der Schiene in das Kühlelement verwendet werden.
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Nach einer Ausführungsform weist die Kondensatoranordnung ein Gehäuse 50 und zumindest einen Kondensator auf, der in dem Gehäuse 50 derart positioniert ist, dass sich die Terminale 11, 12, 13, 21, 22, 23 des besagten zumindest einen Kondensators durch eine Seitenwand 51 des Gehäuses erstrecken. Das Beispiel der 1 weist drei Kondensatoren auf, die alle in demselben Gehäuse 50 positioniert sind. Die Form des Gehäuses 50 kann von dem in 1 gezeigten Beispiel abweichen. Auf gleiche Weise können sich die Terminale 11, 12, 13, 21, 22, 23 der Kondensatoren durch verschiedene Seitenwände 51 erstrecken. Nach einer Ausführungsform ist der besagte zumindest eine Kondensator ins Gehäuse 50 gegossen, zum Beispiel harzgegossen. Wenn es sich um Harzgießen handelt, kann das Harz zum Beispiel Epoxyharz sein.
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Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass, wenn die Technologie Fortschritte macht, der Grundgedanke der Erfindung auf viele verschiedene Weisen verwirklicht werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind somit nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können im Rahmen der Schutzansprüche variieren.
