DE4105785A1 - Kuehlvorrichtung fuer einen kondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für einen Kondensator und kann beispielsweise bei Stromrich­ tergeräten verwendet werden.

Aus der DE-OS 37 25 813 ist eine Kühlvorrichtung für einen Kondensator bekannt, bei der sich der Kondensator im Innenraum eines Siedegefäßes befindet. Eine derartige Anordnung ist möglich, da die als Siedeflüssigkeit ver­ wendete Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff-Verbindung elek­ trisch isolierend ist. Des weiteren ist es allgemein be­ kannt, Beschaltungskondensatoren in ölgekühlte Strom­ richtermodule einzubauen.

Aus Gründen des Umweltschutzes und des Brandschutzes ist ein Ersatz von Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff-Verbindun­ gen und Isolieröl durch Wasser oder durch ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel erstrebenswert. Da insbesondere nichtentionisiertes, also elektrisch leitfähiges Wasser eingesetzt werden sollte, kann eine einfache Tauchkühlung bei Beschaltungskondensatoren nicht mehr verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvor­ richtung für einen Kondensator anzugeben, bei der auch ein elektrisch leitfähiges Kühlmittel verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbe­ sondere darin, daß die vorgeschlagene Kühlvorrichtung einfach und robust aufgebaut ist und an den abzuführen­ den, vom Beschaltungskondensator während des Betriebes produzierten Verlustwärmestrom angepaßt werden kann. Durchmessertoleranzen beim Kondensator werden durch den seitlichen Spalt in Verbindung mit der Manschettenver­ bindung in gewissen Grenzen ausgeglichen. Als Kühlmittel kann nichtentionisiertes Wasser verwendet werden, was aus Gründen des Umweltschutzes und des Brandschutzes von Wichtigkeit ist.

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, 2 einen bei Stromrichtern einsetzbaren Be­ schaltungskondensator in Seitenansicht und Stirnansicht,

Fig. 3 eine erste Variante einer Kühlvorrichtung für Kondensatoren in teilweise geschnit­ tener Stirnansicht,

Fig. 4 eine zweite Variante einer Kühlvorrich­ tung für Kondensatoren in teilweise ge­ schnittener Stirnansicht,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Kühlvorrichtung für Kondensatoren.

In Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines bei Stromrich­ tern einsetzbaren Beschaltungskondensators dargestellt. Der Kondensator 1 weist ein zylindrisches Gehäuse 2 auf, das an seiner Stirnseite mit einer Kappe 3 versehen ist. Der Durchmesser dieser Kappe ist geringfügig größer als der Durchmesser des zylindrischen Gehäuses. An der Stirnseite des Kondensators befinden sich zwei Gewinde­ bolzen 4, 5 als zur elektrischen Kontaktierung geeignete Kondensatoranschlüsse. Die elektrische Kontaktierung er­ folgt durch Aufschieben von elektrischen Anschlußschie­ nen auf die Gewindebolzen 4, 5 und nachfolgende Ver­ schraubung mittels Muttern 6 und Scheiben 7. An seiner der Stirnseite gegenüberliegenden Bodenseite ist der Kondensator 1 mit einem zentralen Gewindebolzen 8 zur mechanischen Fixierung versehen.

Das Gehäuse des Kondensators ist im allgemeinen elek­ trisch isoliert und kann geerdet werden.

In Fig. 2 ist eine Stirnansicht des Beschaltungskonden­ sators gemäß Fig. 1 dargestellt. Es sind die Kappe 3 des Kondensators 1 sowie die Gewindebolzen 4, 5 zur elektrischen Kontaktierung, die Muttern 6 und die Schei­ ben 7 zu erkennen.

In Fig. 3 ist eine erste Variante einer Kühlvorrichtung für Kondensatoren in teilweise geschnittener Stirnan­ sicht dargestellt. Um das zylindrische Gehäuse des Kon­ densators 1 ist eine einteilige Manschette 9 gelegt (siehe Schnitt), die z. B. aus einem einzigen, 3 mm star­ ken Kupferblech bestehen kann und der Form und den Ab­ messungen des zylindrischen Gehäuses des Kondensators 1 angepaßt ist (zu einem Zylinder gebogenes Blech). Insbe­ sondere entspricht die Länge der Manschette 9 der in Fig. 1 mit L bezeichneten Länge des zylindrischen Gehäu­ ses 2 ohne Kappe 3 (siehe auch Fig. 5).

Die Manschette 9 weist an ihrer offenen Seite zwei sich gegenüberliegende Manschettenabwinkelungen 10, 11 auf, die über eine Manschettenverschraubung - beispielsweise bestehend aus einem Bolzen 12, einer Schraube 13 und einer Mutter 14 - fixierbar sind. Die Schraube 13 greift dabei durch Bohrungen in beiden Manschettenabwinkelungen 10, 11 sowie durch eine Zentralbohrung des Bolzens 12 und durch eine Bohrung in einer als Tragekonstruktion für die Kondensatoren sowie für weitere Bauteile eines Stromrichters dienende Montageplatte 15, so daß durch Anziehen der gegen die Montageplatte 15 pressenden Mut­ ter 14 einerseits der Bolzen 12 gegen die Montageplatte 15 gedrückt wird und andererseits die beiden Manschet­ tenabwinkelungen 10, 11 gegeneinander verschoben werden und sich hierdurch annähern. Nach erfolgtem Anziehen der Mutter 14 verbleibt je nach Durchmesservariaton des zy­ lindrischen Gehäuses des Kondensators 1 ein Spalt S.

Durch die Manschettenverschraubung wird der aufgrund von Fertigungstoleranzen in gewissen Grenzen schwankende Außendurchmesser des zylindrischen Gehäuses des Konden­ sators 1 genügend berücksichtigt, indem der Innendurch­ messer der Manschette 9 durch elastische oder geringe plastische Verformung exakt an den Außendurchmesser des zylindrischen Gehäuses des Kondensators angepaßt wird. Gleichzeitig wird die Manschette 9 durch Anziehen der Manschettenverschraubung fest an das zylindrische Gehäu­ se des Kondensators angelegt. Hierdurch wird eine Art Preßsitz erreicht, der den Wärmetransport von den zu kühlenden Kondensator an die Manschette 9 erheblich be­ günstigt. Zur weiteren Verbesserung der Wärmeleitung kann der verbleibende Fügespalt zwischen Innenmantel der Manschette 9 und Außenmantel des zylindrischen Gehäuses des Kondensators mit einer wärmeleitenden Paste gefüllt werden.

Neben der Kühlwirkung gewährleistet die Manschette 9 über die Manschettenverschraubung eine zusätzliche rüt­ telsichere Halterung des Kondensators. An der der be­ schriebenen Manschettenverschraubung gegenüberliegenden Seite des Kondensators kann eine weitere, mit der Mon­ tageplatte 15 verbundene Befestigung 16 zur Halterung des Kondensators vorgesehen sein.

Auf der Manschette 9 ist eine der Kühlung dienende Rohr­ schlange 17 befestigt. Diese Rohrschlange 17 wird bei der ersten Ausführungsform der Kühlvorrichtung gemäß Fig. 3 aus einem einzigen Rohr, vorzugsweise aus Kup­ fer, derart gebogen, daß mehrere parallele gerade Ab­ schnitte 18 (siehe Schnitt) und mehrere 180°-Umlenkungs­ bögen 19 entstehen. Die geraden Abschnitte 18 verlaufen in Achsrichtung der Manschette (und des zu kühlenden elektrischen Kondensators, siehe auch Fig. 5). Ihre Länge entspricht derjenigen der Manschette (und der Län­ ge L des zylindrischen Gehäuses des Kondensators) und sie werden mit dieser verlötet, wodurch ein guter Wärme­ übergang von der Manschette an die Rohrabschnitte 18 ermöglicht wird. Die Umlenkungsbögen 19 ragen jeweils über die Enden der Manschette 9 hinaus und werden infol­ gedessen mit dieser nicht verlötet, was die Biegestei­ figkeit der Manschette 9 klein hält und daher die vor­ stehend beschriebene Durchmesservariation des zylindri­ schen Gehäuses des Kondensators in gewissen Grenzen (nur elastische oder geringe plastische Verformung der Man­ schette) gestattet.

In Fig. 3 sind ferner die Kappe 3 des Kondensators 1, die beiden zur elektrischen Kontaktierung dienenden Ge­ windebolzen 4, 5, die Muttern 6 sowie die mit den Ge­ windebolzen 4, 5 kontaktierten elektrischen Anschluß­ schienen 28, 29 zu erkennen.

In Fig. 4 ist eine zweite Variante einer Kühlvorrich­ tung für Kondensatoren in teilweise geschnittener Stirn­ ansicht dargestellt. Diese zweite Variante unterscheidet sich von der ersten Variante gemäß Fig. 3 im wesentli­ chen dadurch, daß nicht eine aus einem einzigen Blech bestehende Manschette, sondern zwei Manschetten-Halb­ schalen 20, 21 verwendet werden (siehe Schnitt in Fig. 4). Jede der Manschetten-Halbschalen 20, 21 weist an jedem seitlichen Ende eine Manschettenabwinkelung auf, so daß die Manschetten-Halbschale 20 mit Manschettenab­ winkelungen 22, 24 und die Manschetten-Halbschale 21 mit Manschettenabwinkelungen 23, 25 versehen ist, wobei sich im montierten Zustand die Manschettenabwinkelungen 22, 23 einerseits und die Manschettenabwinkelungen 24, 25 andererseits gegenüberliegen.

Die Manschettenverschraubung der Manschettenabwinkelun­ gen 22, 23 erfolgt durch Bolzen 12, Schrauben 13 und Muttern 14, wie unter Fig. 3 beschrieben. Die Manschet­ tenverschraubung der Manschettenabwinkelungen 24, 25 erfolgt analog hierzu oder - wie in Fig. 4 angedeutet - über einen mit der Montageplatte 15 verbundenen Bolzen 26, der anstelle einer Zentralbohrung eine zentrale Ge­ windebohrung aufweist, in die eine durch Bohrungen in Manschettenabwinkelungen 24, 25 greifende Schraube 27 eingreift. Diese aus Bolzen 26 und Schraube 27 bestehen­ de Manschettenverschraubung ersetzt die Befestigung 16 gemäß Fig. 3.

Bei der zweiten Variante mit zweiteilig ausgeführter Manschette sind auch die Kühlschlangen zweiteilig ausge­ führt, jede der Manschetten-Halbschalen 20, 21 ist mit einer eigenen, jeweils aus geraden Rohrabschnitten 18 und 180°-Umlenkungsbogen 19 bestehenden Rohrschlange 17 versehen. Nach dem Einlegen des Beschaltungskondensators und der Befestigung der Manschetten-Halbschalen werden zwei Enden der Rohrschlangen 17 über einen Schlauch 30 oder alternativ über eine Rohrverschraubung miteinander verbunden, so daß eine durchgehende Kühlschlange für die Kühlvorrichtung des Kondensators gebildet wird.

In Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer Kühlvorrichtung für Kondensatoren dargestellt. Diese Seitenansicht ist mit den Bezugsziffern zur ersten Variante gemäß Fig. 3 versehen, sie ist jedoch unverändert auch für die zweite Variante gemäß Fig. 4 gültig. Die Bezugsziffern zur zweiten Variante sind in Klammern gesetzt. In einzelnen sind in Fig. 5 die Manschette 9 (bzw. die Manschet­ ten-Halbschalen 20, 21), die Manschettenabwinkelungen 10, 11 (bzw. die Manschettenabwinkelungen 22, 23), zwei Manschettenverschraubungen mit Bolzen 12, Schraube 13 und Mutter 14 bzw. mit Bolzen 31, Schraube 32 und Mutter 33, die Montageplatte 15 sowie die Rohrschlange 17 mit geraden Rohrabschnitten 18 und 180°-Umlenkungsbogen 19 dargestellt. Ein gerader Rohrabschnitt 18 dient als Kühlmittelzufuhranschluß 35 und ein weiterer gerader Rohrabschnitt als Kühlmittelabfuhranschluß 36. Über die­ se beiden Anschlüsse 35, 36 erfolgt die Verbindung der Rohrschlange und damit der Kühlvorrichtung für den Kon­ densator an eine externe Kühlmittelversorgung über Schläuche oder Rohrverschraubungen.

Vom Kondensator 1 sind die Kappe 3, die Gewindebolzen 4, 5, die Muttern 6 und Scheiben 7 und der Gewindebolzen 8 zu erkennen, der durch eine Bohrung in einer Befesti­ gungsplatte 34 greift und mittels einer Mutter 37 mit dieser Befestigungsplatte 34 verschraubt ist. Die Befe­ stigungsplatte 34 ist ihrerseits mit der Montageplatte 15 verbunden. Auf diese Weise ergibt sich eine solide, rüttelfeste Halterung des Kondensators über die Man­ schettenverschraubungen und den zentralen Gewindebolzen 8.

Bei beiden Ausführungsformen kann die Anzahl der geraden Rohrabschnitte 18 bzw. der Umlenkungsbögen 19 an den ab­ zuführenden Verlustwärmestrom angepaßt werden. Als Kühl­ mittel wird vorzugsweise nichtentionisiertes, also elek­ trisch leitfähiges Wasser verwendet. Um einen Frost­ schutz zu gewährleisten, kann dem Wasser ein Frost­ schutzmittel (z. B. Glykol) beigemischt werden.

Der Einsatz der vorstehend beschriebenen Kühlvorrichtung für Kondensatoren erfolgt beispielsweise in Stromrich­ tergeräten für Fahrzeuge, insbesondere auch Schienen­ fahrzeuge. Während des Betriebes des Kondensators wird die dabei produzierte Verlustwärme an das Kühlmittel abgeführt. Dieser an das Kühlmittel übertragene Wärme­ strom wird in einem räumlich getrennt an beliebiger Stelle auf dem Fahrzeug angeordneten Wärmeübertrager an die Umgebungsluft abgeführt.

Claims (14)

1. Kühlvorrichtung für einen Kondensator, gekenn­ zeichnet durch eine ein- oder mehrteilige, an Abmessun­ gen und Form des Gehäuses des Kondensators angepaßte Manschette (9, 20, 21) aus einem gut wärmeleitenden Mate­ rial mit mindestens einem durchgehenden seitlichen Spalt (S), wobei die Manschette zu beiden Seiten des Spalts mit über mindestens eine Manschettenverbindung (12, 13, 14, 26, 27, 31, 32, 33) gegeneinanderpreßbare Man­ schettenabwinkelungen (10, 11, 22, 23, 24, 25) versehen ist und wobei auf der Manschette Rohrschlangen (17) aus ei­ nem gut wärmeleitenden Material für den Kühlmitteltrans­ port befestigt sind.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Manschette (9) einteilig ausgebildet ist und lediglich einen durchgehenden seitlichen Spalt aufweist.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Manschette aus zwei Manschetten-Halb­ schalen (20, 21) besteht und je ein Spalt zwischen zwei sich gegenüberliegenden Manschettenabwinkelungen (22, 23, 24, 25) gebildet wird.

4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Gehäuse des Kondensators und der Manschette (9, 20, 21) Wärmeleit­ paste befindet.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Manschetten-Halbschale (20, 21) mit eigenen Rohrschlangen (17) versehen ist, die über einen Schlauch (30) oder eine Rohrverschraubung miteinander verbindbar sind.

6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangen (17) aus mehreren geraden Rohrabschnitten (18) bestehen, die jeweils über 180°-Umlenkbogen (19) miteinander verbunden sind.

7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (9, 20, 21) aus Kupfer besteht.

8. Kühlvorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangen (17) aus Kupfer bestehen.

9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangen (17) zumindest teilweise auf die Manschetten (9, 20, 21) aufge­ lötet sind.

10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß lediglich die geraden Rohrabschnitte (18) mit der Manschette (9, 20, 21) verlötet sind.

11. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschettenverbindung (12, 13, 14, 26, 27, 31, 32, 33) gleichzeitig zur Halterung des Kondensators auf einer Tragekonstruktion (15) dient.

12. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Manschettenverbindung aus einem Bolzen (12, 31), einer Schraube (13, 32) und einer Mutter (14, 33) besteht, wobei die Schraube durch Bohrungen in den Manschettenabwinkelungen (10, 11, 22, 23), im Bolzen (12, 31) und in der Tragekonstruktion (15) greift und über den Bolzen (12, 31) mit der Tragekonstruktion (15) verschraubt wird.

13. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Manschettenverbindung aus einem Bolzen (26) und einer Schraube (27) besteht, wobei die Schraube (27) durch Bohrungen in den Manschettenabwinke­ lungen (24, 25) in eine Gewindebohrung im Bolzen (26) greift und der Bolzen (26) selbst mit der Tragekonstruk­ tion (15) verbunden ist.

14. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Kühlmittelzufuhranschluß (35) bzw. dem Kühlmittelab­ fuhranschluß (36) der Rohrschlange (17) und einer exter­ nen Kühlmittelversorgung über Schläuche oder Rohrver­ schraubungen erfolgt.