DE4017750A1 - Fluessigkeitsgekuehlte drosselspule - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Drosselspule mit einer in einem Gießharzkörper eingebet­ teten Wicklung und dient vorzugsweise für den Einsatz bei Stromrichteranlagen, wobei nichtentionisiertes Was­ ser als Kühlmittel verwendet werden kann.

Eine derartige flüssigkeitsgekühlte Drosselspule ist aus der DE 37 43 222 A1 bekannt. Dort ist die Spule in einem Kreisringbehälter aus amagnetischem Material angeordnet und versiegelt, wobei an den Behälterdeckel stoffschlüs­ sig angebrachte Tüllen zur Durchführung der elektrischen Zuleitungen vorgesehen sind. Durch diese Anordnung der Spule in einem geschlossenen Kreisringbehälter ist eine direkte Berührung des Kühlwassers mit der spannungsfüh­ renden Wicklung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flüssig­ keitsgekühlte Drosselspule der eingangs genannten Art anzugeben, die einen intensiven Wärmeübergang an das Kühlmittel gewährleistet und bei der trotzdem kein elek­ trisch isolierendes Kühlmittel eingesetzt werden muß.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gießharzkörper beidseitig mit Deckeln derart abgedeckt ist, daß jeweils zur Aufnahme von flüssigem Kühlmittel geeignete Hohlräume zwischen dem Gießharzkörper und den Deckeln gebildet werden, daß elektrisch isolierte Kühl­ rohre zur Verbindung beider Hohlräume durch den Gieß­ harzkörper verlaufen und daß mindestens einer der Deckel mit mindestens einem Kühlmittelanschluß versehen ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß als Kühlmittel nichtentionisiertes, also elektrisch leitfähiges Wasser verwendet werden kann. Durch Einbetten der Wicklung in elektrisch isolie­ rendes Gießharz und Verwendung von elektrisch isolieren­ den Kühlrohren wird das Wasser von den elektrischen Bau­ teilen isoliert gehalten. Trotzdem wird der Wärmeüber­ gang an das Wasser nicht behindert, da die Kühlrohre unmittelbar neben den verlustwärmeerzeugenden Leitern angeordnet werden können. Der Einsatz von Wasser als Kühlmittel ist aus Gründen des Brandschutzes und des Umweltschutzes insbesondere auch bei Hochleistungsstrom­ richtern von Verkehrsmitteln von Vorteil.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vergossene Drosselspule ohne Deckel (= scheibenförmiger Gießharzkörper), zum Teil aufgeschnitten zur Darstellung des inneren Aufbaus,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine vollständige Drossel­ spule gemäß einer ersten Variante mit Deckeln und Kühlmittelanschlüssen,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Drosselspule gemäß einer zweiten Variante, oberer Deckel aufge­ schnitten,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Drosselspule gemäß zweiter Variante,

Fig. 5 die bei der Drosselspule gemäß zweiter Varian­ te gebildeten sektorförmigen Deckelkammern.

In Fig. 1 ist eine vergossene Drosselspule ohne Deckel (= scheibenförmiger Gießharzkörper) gezeigt - zum Teil aufgeschnitten zur Darstellung des inneren Aufbaus. Die Wicklung der Drosselspule ist wie eine spiralförmige Spule ausgebildet; der Leiter dieser Wicklung ist mit Ziffer 1 bezeichnet. Dieser Leiter 1 kann massiv ausge­ führt sein oder aus einer geflochtenen oder verröbelten Litze bestehen. Der Leiter 1 kann zudem blank oder garn­ umsponnen sein. Die Wicklung ist in einem scheibenförmi­ gen Gießharzkörper 2 eingebettet.

Das innere Ende der Wicklung ist über einen Kabelschuh 11 (bzw. Klemmstück) mit einer seitlich aus dem Gieß­ harzkörper 2 herausführenden metallischen Schiene 3 verbunden. Diese Schiene 3 besteht aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen elektrisch gut leitenden Werkstoff und ist entsprechend gekröpft, damit sie um die Spule herum nach außen geführt werden kann. Die Verbindung der Schiene 3 mit dem inneren Ende der Spule 1 geschieht vorzugsweise durch Anlöten oder Quetschen des Leiters 1 an den Kabelschuh 11 der Schiene 3. Das aus dem Gieß­ harzkörper 2 ragende Ende der Schiene 3 ist als elektri­ scher Anschluß 17 frei zugänglich (Steckanschluß).

Das äußere Ende der Wicklung ist über einen Kabelschuh 12 (bzw. Klemmstück) direkt mit einem aus dem Gießharz­ körper 2 ragenden elektrischen Anschluß 18 verbunden (Steckanschluß), vorzugsweise ebenfalls durch Löten oder Quetschen. Die elektrischen Anschlüsse 17 der Schiene 3 und 18 des Kabelschuhs 12 treten seitlich aus dem Gieß­ harzkörper 2 hervor und können in einfacher Weise mit externen elektrischen Anschlüssen kontaktiert werden.

Zwischen zwei Leitern 1 der Wicklung sind in vorgegebe­ nen Abständen jeweils Kühlrohre 5 parallel zur Spulen­ achse angeordnet. Diese Kühlrohre 5 haben vorzugsweise einen äußeren rechteckförmigen Querschnitt mit einer Längsbohrung von kreis- oder auch rechteckförmigem Quer­ schnitt. Die Kühlrohre 5 dienen vor dem Vergießen der Spule als Abstandshalter zwischen den Spiralen des Lei­ ters 1 und nach dem Vergießen, d. h. während des Betrie­ bes der Drosselspule, zu deren Kühlung.

Die Kühlrohre 5 können aus Kunststoff, Keramik oder vor­ zugsweise aus einer elektrisch isolierenden, aber gut wärmeleitenden Keramik hergestellt sein, etwa Beryllium­ oxid oder insbesondere Aluminiumnitrid. Die Herstellung der Kühlrohre 5 aus einem elektrisch isolierenden Werk­ stoff gestattet die Anwendung von elektrisch leitfähigen Kühlmitteln, vorzugsweise nichtentionisiertes Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch. Der Abstand der Kühlrohre 5 voneinander in Umfangsrichtung richtet sich nach dem aus den Wicklungen abzuführenden Verlustwärmestrom.

Zur Herstellung der Drosselspule wird die aus der Wick­ lung (Leiter 1), Schiene 3, Kabelschuhe 11, 12 und Kühl­ rohre 5 bestehende vormontierte Einheit mit Gießharz vergossen, so daß der im wesentlichen scheibenförmige Gießharzkörper 2 entsteht, der in Achsrichtung von den in den Kühlrohren 5 vorhandenen Bohrungen und von auf einem Lochkreis entlang der Außenkante angeordneten Boh­ rungen 7 durchbrochen wird. Die Bohrungen 7 dienen zur Befestigung des Gießharzkörpers 2 mit Deckeln, wie unter Fig. 2 beschrieben ist (Schraubverbindungen).

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine vollständige Dros­ selspule gemäß einer ersten Variante mit Deckeln und Kühlmittelanschlüssen dargestellt. Es ist der scheiben­ förmige Gießharzkörper 2 mit eingebettetem spiralförmi­ gem Leiter 1, der innere Kabelschuh 11, die Schiene 3 mit elektrischem Anschluß 17 sowie ein Kühlrohr 5 zu erkennen (wobei zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Kühlrohr eingezeichnet ist). Ferner sind der Kabel­ schuh 12 mit elektrischem Anschluß 18 angedeutet. Am Gießharzkörper 2 sind beidseitig Deckel 4, 6 befestigt, wobei zur Verbindung jeweils Schrauben 10 durch die Boh­ rungen 7 am Rande des Gießharzkörpers 2 und durch ent­ sprechende Bohrungen 8, 9 in den Deckeln 4, 6 geführt sind.

Die Deckel 4, 6 sind derartig ausgebildet, daß im mon­ tierten Zustand der Drosselspule jeweils zwischen den Deckeln 4 bzw. 6 und dem Gießharzkörper 2 ein scheiben­ förmiger Hohlraum 19 bzw. 20 entsteht.

Die Trennfuge 21 bzw. 22 zwischen dem Deckel 4 und dem Gießharzkörper 2 bzw. zwischen dem Deckel 6 und dem Gießharzkörper 2 wird in geeigneter Weise - etwa durch einen in eine entsprechende Nut eingelegten O-Ring, eine Flachdichtung oder durch Verkleben - dauerhaft und si­ cher abgedichtet, so daß ein Austreten von Kühlmittel verhindert wird.

An den Deckeln 4, 6 ist jeweils ein Kühlmittelanschluß 13, 14 angebracht, der in eine im Deckel vorhandene Boh­ rung 15, 16 eingeklebt oder eingelötet oder auf eine andere geeignete Art und Weise mit diesem verbunden wird. Alternativ hierzu können die Kühlmittelanschlüsse 13, 14 auch jeweils zusammen mit den Deckeln 4, 6 aus einem Teil hergestellt sein. Der Kühlmittelzufluß, der Kühlmittelverlauf innerhalb der Drosselspule und der Kühlmittelabfluß sind in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet, wobei das Kühlmittel auch in umgekehrter Richtung flie­ ßen kann.

In der gemäß Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Drosselspule wird das Kühlmittel über den Kühlmittelan­ schluß 13 dem Hohlraum 19 zugeführt, von wo aus es auf die einzelnen Kühlrohre 5 verteilt wird. Beim Durchströ­ men der Kühlrohre 5 nimmt es die in Leitern 1 der Spule anfallende Wärme auf, sammelt sich im Hohlraum 20 und wird über den Kühlmittelanschluß 14 abgeführt.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Drosselspule ge­ mäß einer zweiten Variante dargestellt, wobei der obere Deckel aufgeschnitten ist. Bei dieser Drosselspule gemäß der zweiten Variante sind der obere Deckel 27 mit radia­ len Rippen 23 und der untere Deckel 28 (siehe Fig. 4) mit radialen Rippen 24 versehen, wobei die Rippen 23 bzw. 24 im zusammengebauten Zustand der Drossel die scheibenförmigen Hohlräume 19 bzw. 20 sektorartig unter­ teilen, wodurch mehrere Deckelkammern 25 bzw. 26 (siehe Fig. 4 und 5) entstehen. Die Deckel 27, 28 sind in Um­ fangsrichtung um eine halbe Rippenteilung versetzt an den scheibenförmigen Gießharzkörper 2 angebaut. Die Kühlrohre 5 sind im Gießharzkörper 2 so angeordnet, daß die Bereiche, in denen sich Gießharzkörper 2 und radiale Rippen 23, 24 der Deckel 27, 28 berühren, ausgespart bleiben. Im Deckel 27 sind diametral gegenüberliegend in geeigneter Weise ausgebildete Kühlmittelanschlüsse 29, 30 angeordnet, dagegen hat der Deckel 28 keine Kühlmit­ telanschlüsse (siehe auch Fig. 4).

Diese Ausführung bewirkt eine mehrfache Umlenkung des Kühlmittels in den sektorförmigen Deckelkammern 25, 26. Der Gießharzkörper 2 wird vom Kühlmittel mehrfach durch­ strömt, wodurch bei unverändertem Volumenstrom des Kühl­ mittels eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und damit ein höherer Wärmeübergangskoeffizient erzielt wird.

Zur Erläuterung hierzu wird auf Fig. 5 verwiesen, in der die bei der Drosselspule gemäß zweiter Variante gebilde­ ten sektorförmigen Deckelkammern dargestellt sind. Im oberen Teil der Fig. 5 sind die durch die radialen Rip­ pen 23 des oberen Deckels 27 gebildeten Deckelkammern A, B, E, G, (= Deckelkammer 25) und im unteren Teil der Fig. 5 die durch die radialen Rippen 24 des unteren Deckels 28 gebildeten Deckelkammern B, D, F, H (= Dec­ kelkammer 26) zu erkennen. Der Kühlmittelanschluß 29 mündet in die Deckelkammer A und der Kühlmittelanschluß 30 in die Deckelkammer E. Das Kühlmittel wird der oberen Deckelkammer A über den Kühlmittelanschluß 29 zugeführt und strömt durch die Kühlrohre 5 von Kammer A in die unteren Kammern B und F. Von der unteren Kammer B strömt das Kühlmittel in die obere Kammer C, von dort in die untere Kammer D, von dort in die obere Kammer E - je­ weils über die Kühlrohre des Gießharzkörpers 2 - und verläßt über den Kühlmittelanschluß 30 die Drosselspule. Desgleichen ergibt sich ein Kühlverlauf Kammer F - Kam­ mer G - Kammer H - Kammer E - Kühlmittelanschluß 30.

In Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Drosselspule gemäß der zweiten Variante dargestellt. Im einzelnen sind der Gießharzkörper 2 mit oberem Deckel 27 und unterem Deckel 28 zu erkennen. Die radialen Rippen 23, 24 bilden Dec­ kelkammern 25, 26. Ferner sind die Kühlmittelanschlüsse 29, 30 gezeigt.

Claims (13)

1. Flüssigkeitsgekühlte Drosselspule mit einer in einem Gießharzkörper eingebetteten Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießharzkörper (2) beidseitig mit Deckeln (4, 6, 27, 28) derart abgedeckt ist, daß je­ weils zur Aufnahme von flüssigem Kühlmittel geeignete Hohlräume (19, 20) zwischen dem Gießharzkörper und den Deckeln gebildet werden, daß elektrisch isolierte Kühl­ rohre (5) zur Verbindung beider Hohlräume (19, 20) durch den Gießharzkörper verlaufen und daß mindestens einer der Deckel (4, 6, 27) mit mindestens einem Kühlmittelan­ schluß (13, 14, 29, 30) versehen ist.

2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühlrohre (5) jeweils zwischen zwei benachbarten Leitern (1) der Wicklung angeordnet sind.

3. Drosselspule nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Deckel (4, 6) mit einem zentrisch angeordneten Kühlmittelanschluß (13, 14) versehen ist.

4. Drosselspule nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich ein Deckel (27) mit Kühl­ mittelanschlüssen (29, 30) für die Zu- und Abfuhr von Kühlmittel versehen ist.

5. Drosselspule nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Deckel (27, 28) mit radialen Rippen (23, 24) versehen sind, die die Hohlräume (19, 20) jeweils in sektorförmige Deckelkammern (25, 26, A bis H) auftei­ len, wobei die radialen Rippen gegeneinander versetzt sind.

6. Drosselspule nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse (17, 18) der Wicklung seitlich aus dem Gieß­ harzkörper (2) herausgeführt sind.

7. Drosselspule nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere elektrische Anschluß der Wick­ lung über eine gekröpfte Schiene (3) aus dem Gießharz­ körper (2) geführt ist.

8. Drosselspule nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (5) aus Kunststoff bestehen.

9. Drosselspule nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (5) aus Keramik bestehen.

10. Drosselspule nach wenigstens einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (5) aus Berylliumoxid bestehen.

11. Drosselspule nach wenigstens einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (5) aus Aluminiumnitrid bestehen.

12. Drosselspule nach wenigstens einem der Ansprü­ che 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Gießharzkörper (2) als auch die Deckel (4, 6, 27, 28) zur Verschraubung mit Bohrungen (7, 15, 16) versehen sind.

13. Drosselspule nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennfugen (21, 22) zwischen Deckel (4, 6, 27, 28) und Gießharzkörper (2) abgedichtet sind.