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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine abgekühlte Drosselanordnung.
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Eine bekannte abgekühlte Drosselanordnung umfasst eine Wicklung und ein Kühlelement zur Kühlung der Wicklung. Das Kühlelement ist innerhalb der Wicklungswindungen der Wicklung angeordnet. Das Kühlelement ist aus Aluminium gefertigt und es umfasst einen Flüssigkeitskühlkanal, der für die Strömung des flüssigen Kühlmittels angeordnet ist. Die Querschnittsfläche des Flüssigkeitskühlkanals beträgt einen Bruchteil der Gesamtquerschnittsfläche des Kühlelements, wobei die Querschnittsebene senkrecht zu der Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit liegt. Die Querschnittsfläche besteht zum größten Teil aus geschlossenem Aluminium.
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Das Problem der oben beschriebenen Drosselanordnung liegt darin, dass die Kühlleistung des Kühlelements relativ schwach im Vergleich zu dem Gewicht und dem Preis des Kühlelements ist.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abgekühlte Drosselanordnung zu schaffen, mittels deren die genannten Probleme gelöst werden können. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine abgekühlte Drosselanordnung erreicht, die nachstehend beschrieben wird.
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Die Erfindung gründet sich darauf, dass die Kühlelemente der Drosselanordnung jeweils sowohl einen Flüssigkeitskühlkanal als auch zumindest einen Luftkühlkanal aufweisen. Der genannte zumindest ein Luftkühlkanal wurde an einem derartigen Teil des Kühlelements geschaffen, der in dem oben beschriebenen, dem Stand der Technik gemäßen Kühlelement aus geschlossenem Material besteht.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen abgekühlten Drosselanordnung besteht in deren niedrigem Gewicht und günstigem Preis. Die Kühlleistung des Luftkühlkanals kann durch die Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche der Innenfläche des Luftkühlkanals und/oder durch Aktivierung der Strömung des gasförmigen Kühlmittels im Luftkühlkanal gesteigert werden. Somit kann die Kühlleistung des mit einem Flüssigkeitskühlkanal versehenen Kühlelements bei Bedarf gleich groß oder sogar größer bemessen werden als die Kühlleistung eines gleich großen, mit bloßem geschlossenen Material umgebenen Flüssigkeitskühlkanal versehenen Kühlelements.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird jetzt in Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert, von denen:
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1 eine einer vorteilhaften Ausführung gemäße abgekühlte Drosselanordnung teilweise zerlegt zeigt; und
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2 das Innenkühlelement einer einer alternativen Ausführung gemäßen abgekühlten Drosselanordnung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt eine einer vorteilhaften Ausführung gemäße abgekühlte Drosselanordnung von einer Richtung aus gesehen, die im Winkel zu den Mittellinien der Wicklungen liegt. Die abgekühlte Drosselanordnung der 1 umfasst drei Wicklungen 2, Abkühlmittel zur Kühlung von Wicklungen 2 und einen Eisenkern 6. Die Abkühlmittel umfassen für jede Wicklung 2 vier Abkühlelemente, von denen zwei Innenkühlelemente 41, und die restlichen zwei Zwischenkühlelemente 42 sind. Das jeweilige Kühlelement 41 und 42 der Abkühlmittel ist für die Kühlung der entsprechenden Wicklung 2 vorgesehen, und es umfasst sowohl den Flüssigkeitskühlkanal sowie zwei Luftkühlkanäle 54. Jeder Flüssigkeitskühlkanal ist für die Strömung des flüssigen Kühlmittels angeordnet, und jeder Luftkühlkanal 54 ist für die Strömung des gasförmigen Kühlmittels angeordnet. Die Schläuche 7 sind für die Erzeugung des Strömungswegs für das flüssige Kühlmittel von einem Kühlelement zum anderen vorgesehen. Ein Teil des Eisenkerns 6 liegt innerhalb einer jeden Wicklung 2.
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Die Drosselanordnung der 1 ist teilweise zerlegt. Ein Zwischenkühlelement 42 und der daran angeschlossene Schlauch 7 sind aus der weiteren Anordnung losgelöst.
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Jede Wicklung 2 ist eine Streifenwicklung, die mehrere Wicklungswindungen umfasst. Die Leitung der Streifenwicklung weist einen Querschnitt auf, dessen Breite zumindest der zweifachen der Dicke entspricht, wobei die Breite eine senkrechte Dimension hinsichtlich der Dicke ausbildet. Die Dicke der Leitung der Streifenwicklung ist eine im Wesentlichen senkrechte Dimension hinsichtlich der Mittellinie der Streifenwicklung. Die Wicklungen 2 können beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer gefertigt werden.
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Jedes Innenkühlelement 41 liegt innerhalb der entsprechenden Wicklung 2 aus der Richtung des Normalvektors der Mittellinie der Wicklung 2 gesehen. Das heißt, alle Wicklungswindungen der Wicklung 2 liegen aus der Richtung des Normalvektors der Mittellinie der Wicklung 2 gesehen außerhalb des Innenkühlelements 41. Die Mittellinie der Wicklung bezieht sich hier auf eine imaginäre Linie, um welche die Wicklungswindungen gewickelt sind. Die Mittellinie einer jeden Wicklung 2 streckt sich geradlinig. Die Mittellinien von allen drei Wicklungen 2 laufen parallel zueinander.
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Der Flüssigkeitskühlkanal und die Luftkühlkanäle 54 eines jeden Kühlelements 41 und 42 strecken sich geradlinig und parallel zu den Mittellinien der Wicklungen 2. Jeder Flüssigkeitskühlkanal und Luftkühlkanal 54 streckt sich durch das entsprechende Kühlelement. Die Länge eines jeden Kühlelements 41 und 42 entspricht im Wesentlichen der Länge der entsprechenden Wicklung 2.
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Jedes Innenkühlelement 41 liegt außerhalb des Eisenkerns 6 aus der Richtung des Normalvektors der Mittellinie der Wicklung 2 gesehen. Jedes Innenkühlelement 41 ist zur Kühlung des Eisenkerns 6 vorgesehen. Jedes Innenkühlelement 41 hat Kontakt sowohl mit der entsprechenden Wicklung 2 als auch mit dem Eisenkern 6 zur Förderung der Wärmeübertragung und zur Verbesserung der Kühlleistung. Der Kontakt des Kühlelements mit der abzukühlenden Komponente fördert die Wärmeübertragung, weil der Kontakt die Übertragung von Wärme durch Leitung von Wärme ermöglicht.
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Jedes Zwischenkühlelement 42 liegt zwischen den Wicklungswindungen der entsprechenden Wicklung 2 aus der Richtung des Normalvektors der Mittellinie der Wicklung 2 gesehen. Ein Teil der Wicklungswindungen der Wicklung 2 liegt mehr nach innen als das Zwischenkühlelement 42, und ein Teil der Wicklungswindungen liegt mehr nach außen als das Zwischenkühlelement 42. Zur Maximierung der Wärmeleitfähigkeit zwischen den Wicklungswindungen und dem Zwischenkühlelement 42 befindet sich das Zwischenkühlelement 42 im Kontakt sowohl mit den inneren Wicklungswindungen als auch mit den äußeren Wicklungswindungen.
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2 zeigt das Innenkühlelement 41‘ einer einer alternativen Ausführung gemäßen abgekühlten Drosselanordnung. Die an dem Flüssigkeitskühlkanal 52‘ des Innenkühlelements 41‘ anzuschließenden Schläuche sind nicht in 2 dargestellt. Der größte Unterschied zwischen dem Innenkühlelement 41‘ der 2 und den Innenkühlelementen 41 der 1 besteht darin, dass die Innenfläche des jeweiligen Luftkühlkanals 54‘ des Innenkühlelements 41‘ der 2 zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche gewellt ist, wogegen die Innenfläche des jeweiligen Luftkühlkanals 54 der Innenkühlelemente 41 der 1 eine im Wesentlichen ebene Zylinderfläche ist.
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Die Luftkühlkanäle 54‘ des Innenkühlelements 41‘ sind auf gegenüberliegenden Seiten des Flüssigkeitskühlkanals 52‘ zueinander angeordnet. Der Querschnitt des Innenkühlelements 41‘ ist im Wesentlichen symmetrisch derart, dass die Luftkühlkanäle 54‘ symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Symmetrieebene liegen, und die Mittellinie des Flüssigkeitskühlkanals 52‘ sich in der Symmetrieebene streckt. Der Querschnitt des Flüssigkeitskühlkanals 52‘ ist kreisförmig.
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Alle Kühlelemente 41 und 42 der Drosselanordnung der 1 sind miteinander identisch. Die Drosselanordnung der 1 umfasst somit zwölf miteinander identische Kühlelemente. In einer alternativen Ausführung sind die Innenkühlelemente identisch miteinander, und die Außenkühlelemente sind identisch miteinander, wobei die Innen- und Außenkühlelemente voneinander abweichen.
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Die Drosselanordnung der 1 ist eine dreiphasige Drosselanordnung, die eine Wicklung pro jeweilige Phase umfasst. In den alternativen Ausführungen der Erfindung ist die Anzahl von Wicklungen und/oder Kühlelementen der Drosselanordnung unterschiedlich. Die erfindungsgemäße abgekühlte Drosselanordnung umfasst zumindest eine Wicklung und Abkühlmittel zur Kühlung von zumindest einer Wicklung, wobei die Abkühlmittel zumindest ein Kühlelement pro Wicklung aufweisen.
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Die Kühlelemente 41 und 42 sind aus Aluminium. Bei den alternativen Ausführungen sind die Kühlelemente aus einem anderen gut wärmeleitenden Material gefertigt, oder sie umfassen mehrere Materialien.
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In der Betriebssituation der abgekühlten Drosselanordnung fließt in dem jeweiligen Flüssigkeitskühlkanal des Kühlelements flüssiges Kühlmittel, und in den Luftkühlkanälen fließt gasförmiges Kühlmittel. In der Betriebssituation wird jede Wicklung 2 durch zwei Innenkühlelemente 41 und zwei Zwischenkühlelemente 42 abgekühlt.
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Die abgekühlte Drosselanordnung umfasst eine Pumpe zur Erzeugung einer Strömung von flüssigem Kühlmittel und ein Gebläse zur Erzeugung einer Strömung des gasförmigen Kühlmittels. Die Pumpe und das Gebläse sind nicht in den Figuren abgebildet. Eine abgekühlte Drosselanordnung kann ohne flüssiges Kühlmittel verkauft werden, wobei die zu verkaufende Drosselanordnung kein flüssiges Kühlmittel enthält, sondern das flüssige Kühlmittel in den Flüssigkeitskühlkanal vor der Inbetriebnahme der abgekühlten Drosselanordnung zugefügt wird.
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In der alternativen Ausführung der Erfindung wird die Strömung des gasförmigen Kühlmittels ohne Gebläse erzeugt. Dabei wird die Strömung des gasförmigen Kühlmittels ausschließlich durch Konvektion erzeugt.
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Wenn die erfindungsgemäße Drosselanordnung in einem System eingesetzt wird, das außer den Wicklungen andere der Kühlung bedürfende Komponenten umfasst, kann zumindest einer der Luftkühlkanäle des Kühlelements der abgekühlten Drosselanordnung als Strömungskanal ausgenutzt werden, der durch welchen fließende Strom des Kühlmittels außer der Wicklung zumindest eine weitere der Kühlung bedürfende Komponente abkühlt. Obwohl die Kühlung der Wicklung selbst zum größten Teil mittels des im Flüssigkeitskühlkanal strömenden flüssigen Kühlmittels erfolgen würde, kann sich die Kühlung einer weiteren, der Kühlung bedürfenden Komponente in der Praxis völlig auf die durch den Luftkühlkanal der abgekühlten Drosselanordnung fließenden Strömung des gasförmigen Kühlmittels gründen. Die Luftkühlkanäle der abgekühlten Drosselanordnung erleichtern somit die Anordnung von Komponenten des Systems und reduzieren den Flächenbedarf, wenn die Strömung des gasförmigen Kühlmittels in der abgekühlten Drosselanordnung nicht so wie bei den bekannten Lösungen kreisen muss, bei denen die Kühlelemente der Wicklung keine Luftkühlkanäle aufweisen.
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Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass der Grundgedanke der Erfindung in verschiedenen Variationen ausführbar ist. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind somit nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können im Rahmen der Schutzansprüche variieren.
