WO2020182366A1 - Elektrische stromschienen-anordnung - Google Patents

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WO2020182366A1
WO2020182366A1 PCT/EP2020/052260 EP2020052260W WO2020182366A1 WO 2020182366 A1 WO2020182366 A1 WO 2020182366A1 EP 2020052260 W EP2020052260 W EP 2020052260W WO 2020182366 A1 WO2020182366 A1 WO 2020182366A1
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WO
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busbar
fluid
arrangement according
fluid channel
busbars
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/052260
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Egger
Matthias Ganz
Janko HORVAT
Niklas Kull
Jurij Podrzaj
Nic Sautter
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars

Definitions

  • the invention relates to an electrical busbar arrangement.
  • busbars In practical use of such electrical busbars, it has been shown that the busbars generate more waste heat when energized with electrical alternating current and thus require more cooling than busbars that are energized with an electrical direct current.
  • busbars are used that are powered by alternating electrical current - so-called AC busbars - and busbars are provided that are supplied with electrical direct current - so-called DC busbars.
  • Such applications are, for example, so-called electrical inverters and single- or multi-phase electrical inverters. Such applications often result in insufficient heat dissipation from the AC busbars.
  • the basic idea of the invention is therefore to configure a busbar arrangement with three busbars, each of which is designed for a coolant to flow through, in such a way that the coolant is first passed through a first busbar and then onto the two remaining ones during operation of the busbar arrangement , so the second and third busbar is distributed.
  • more cooling power is available for cooling the first busbar than for cooling the second and third busbar, since the coolant has already absorbed waste heat after flowing through the first busbar, which is accompanied by an increase in the temperature of the coolant.
  • a busbar arrangement comprises a first, second and third busbar that can each be electrically powered.
  • a metal preferably copper or aluminum, is particularly suitable as the material for the busbar.
  • the three busbars are particularly preferably made of the same material.
  • the three busbars are electrically isolated from each other.
  • Each of the three busbars is designed as a fluid channel through which a fluid can flow, so that a first fluid channel is formed by the first busbar, a second fluid channel is formed by the second busbar, and a third fluid channel is formed by the third busbar.
  • the busbar arrangement according to the invention comprises a diversion manifold for distributing the fluid to the second and third fluid channels after it has flowed through the first fluid channel.
  • the present invention also includes embodiments in which at least two first busbars and / or at least two second busbars and / or at least two third busbars are present.
  • the busbar arrangement is designed such that, during operation of the busbar arrangement, the fluid is first passed through the first fluid channel and then through the second or third fluid channel.
  • the fluid expediently flows through the first fluid channel along a first flow direction.
  • This first flow direction extends opposite to both a second and a third flow direction, along which the fluid - after flowing through the first fluid channel along the first flow direction - is guided through the second or third fluid channel.
  • the second and third flow directions are therefore identical. In this way, the three fluid channels are flowed through in countercurrent, so that the sequence essential to the invention, with through which the three fluid channels flow is ensured.
  • the three fluid channels each open into the diversion manifold with a first channel end.
  • the configuration essential to the invention can be achieved technically in a particularly simple manner, after which the coolant is first passed through the first fluid channel and then - via the deflection header - is distributed to the second and third fluid channel.
  • the fluid thus enters the diverting manifold via the first channel end of the first fluid channel and either exits the diverting manifold via the first channel end of the second fluid channel or via the second channel end of the third fluid channel.
  • the first, second and third fluid channels each extend particularly expediently along a first, second and third longitudinal direction.
  • a first channel cross section of the first fluid channel measured perpendicular to the first longitudinal direction is larger than a second channel cross section of the second fluid channel measured perpendicular to the second longitudinal direction.
  • the first channel cross section is also larger than a third channel cross section of the third fluid channel measured perpendicular to the third longitudinal direction. Due to the increased channel cross-section, more coolant is available for cooling the first busbar, as a result of which the cooling power provided by the first cooling channel can be additionally increased.
  • the second fluid channel and the third fluid channel each open with second channel ends into a common fluid collector. This simplifies the removal of the coolant from the busbar arrangement after flowing through the busbars or the fluid channels.
  • the first fluid channel does not open with its second channel end into the common fluid collector. The second channel end of the first fluid channel can thus be used as a fluid inlet for introducing the fluid into the first fluid channel.
  • the three fluid channels are arranged between the deflection manifold and the fluid collector. This embodiment is also particularly compact.
  • the first fluid channel is arranged between the second and the third fluid channel.
  • This embodiment proves to be particularly advantageous for electronic circuit arrangements in which the electrical connection for the electrical alternating current is arranged between the two electrical connections for electrical direct current.
  • the three fluid channels open into the deflection distributor on the same side of the diversion manifold. This form of execution requires very little space.
  • the first and the second fluid channel open into the deflection manifold at an acute angle.
  • the first and third fluid channels also open into the deflection manifold at an acute angle. This Ausry approximately requires very little space, in particular along the longitudinal direction of the fluid channels.
  • the second and third fluid channels open opposite one another into the deflection manifold. That way one can be special uniform distribution of the fluid to the second and third fluid channel take place.
  • the first fluid channel is designed to be linear.
  • the second and / or the third fluid channel are curved, preferably arch-shaped. This variant also requires very little installation space.
  • the three fluid channels are particularly expediently each delimited by a tubular body.
  • a surface-enlarging structure preferably a rib structure
  • a rib structure is present in the first fluid channel to improve the heat dissipation from the busbar to the fluid guided through the busbar.
  • the effective interaction area between the first busbar and the fluid flowing through the first fluid channel is additionally increased.
  • turbulators, fin pins, projections, etc. can also be used for this purpose.
  • the second busbar has a plus connection and the third busbar has a minus connection for electrically connecting the second busbar to a plus pole of a DC voltage source or for electrically connecting the third busbar to a minus pole of this DC voltage source.
  • a reverse assignment of the two connections is also conceivable, that is to say an assignment of the plus connection to the third busbar and the minus connection to the second busbar.
  • the first busbar can preferably be divided into a first and at least one second busbar section by means of at least one electrical insulation, so that the at least two busbar sections are electrically insulated from one another. This allows homogeneous cooling of two-phase electronic circuit arrangements.
  • the first busbar can be subdivided into three busbar sections that are electrically insulated from one another by means of two electrical insulations implemented in a technically suitable manner. This allows homogeneous cooling of three-phase electronic circuit arrangements.
  • At least two, preferably three, first busbars electrically insulated from one another are provided at a distance from one another.
  • a large number of electrical / electronic components can be provided, in particular for electrical two-, three- or multi-phase applications.
  • At least two, preferably three, second busbars that are electrically insulated from one another and each form a fluid channel are provided at a distance from one another.
  • at least two, preferably three, third current rails, which are electrically insulated from one another and each form a fluid channel, are provided at a distance from one another.
  • At least two first, second and third busbars are provided, which are arranged adjacent to one another, wherein a first busbar is arranged between a second and a third busbar.
  • the electrical busbar arrangement expediently has at least one electronic circuit arrangement which is electrically connected to the first, second and third busbars.
  • a circuit arrangement can, for example, be an electrical inverter or power inverter, which experiences homogeneous cooling in this way.
  • the electronic circuit arrangement has a first electrical / electronic component which is electrically connected to the first and to the second busbar.
  • the busbar arrangement has a second electrical / electronic component which is connected to both the first and the third busbar.
  • the electronic circuit arrangement has two first electrical / electronic components, one of which is connected to the first busbar section and the second busbar, and of which the other is connected to the first busbar section and to the third busbar.
  • the electronic circuit arrangement in this development has two second electrical / electronic components, one of which is connected to the second busbar section and to the second busbar, and of which the other is connected to the second busbar section and to the third busbar is.
  • the electrical / electronic arrangement has two third electrical / electronic components, one of which is connected to the third busbar section and to the second busbar.
  • the other third electrical / electronic component is connected to the third busbar section and to the third busbar.
  • At least one electrical / electronic component can expediently be a semiconductor component, preferably a semiconductor switch, most preferably a power transistor, or a semiconductor diode.
  • the busbar arrangement can thus be used for cooling inverters and inverters, in particular two- or multi-phase inverters and inverters.
  • Fig. 1 shows an example of a busbar according to the invention
  • FIG. 2 shows a first variant of the example of FIG. 1 with curved busbars or fluid channels formed from.
  • FIG. 3 shows a second variant of the example of FIG. 1 with several first, second and third busbars.
  • FIG. 1 illustrates an example of a busbar arrangement 1 according to the invention.
  • This comprises a first, second and third busbar 2a, 2b, 2c that can each be electrically energized.
  • the three busbars 2a, 2b, 2c are electrically insulated from one another.
  • Each of the three busbars is designed as a fluid channel 3a, 3b, 3c through which a dielectric fluid F, in particular a dielectric coolant, can flow.
  • a dielectric fluid F in particular a dielectric coolant
  • Each fluid channel 3a, 3b, 3c can be through a separate tubular body 21a, 21b, 21c be limited.
  • the fluid channels 3a, 3b, 3c are arranged at a distance from one another.
  • the three busbars 2a, 2b, 2c formed by the common tubular body are to be electrically isolated from one another in a suitable manner.
  • the busbar arrangement 1 further comprises a diversion manifold 4 for distributing the fluid F to the second and third fluid channels 3b, 3c after it has flowed through the first fluid channel 3a.
  • a part of the entire fluid F flowing through the first fluid channel 3a is thus distributed to the second fluid channel 3b by means of the deflecting distributor 4 and flows through it.
  • the complementary part of the fluid F passed through the first fluid channel 3a is distributed to the third fluid channel 3c by means of the deflecting distributor 4 and flows through the sen.
  • the busbar arrangement 1 is thus designed such that, during operation, the fluid F is first guided through the first fluid channel 3a and then through the second or third fluid channel 3b, 3c. In this way, an advantageous countercurrent principle can be implemented with the help of the deflection collector 4.
  • the three fluid channels 3a, 3b, 3c each open with a first channel end 5 into the diversion distributor 4.
  • the diversion distributor 4 has a distributor housing 8, with the first channel ends having three fluid channels 3a, 3b, 3c in a common housing wall 9 or , alternatively, open into a common housing wall section (not shown) of the distributor housing 8.
  • the three fluid channels 3a, 3b, 3c therefore open into the same side 19 of the deflection distributor 4.
  • the second fluid channel 3b and the third fluid channel 3c - each with their second channel ends 6 - open into a common fluid collector 7.
  • the first fluid channel 3a opens with its second channel end 6 not into the fluid collector 7.
  • the second channel end 6 of the first fluid channel 3a can therefore function as a fluid inlet 12.
  • the fluid F enters the first fluid channel 3a via the fluid inlet 12 or the second channel end 6 and flows through it to the first channel de 5, where it enters the deflection manifold 4. From this, the fluid F either - via the first channel end 5 - into the second or third fluid duct 3b, 3c and flows through it until it enters the fluid collector 7 via the respective second channel end 6, where it is initially collected .
  • the fluid F can be discharged from the fluid collector 7 via one or more fluid outlets 20 provided on the fluid collector.
  • the three fluid channels 3a, 3b, 3c are arranged between the deflection manifold 4 and the fluid collector 7, and the first fluid channel 3a is arranged between the second and the third fluid channel 3b, 3c.
  • the three fluid channels 3a, 3b, 3c each extend along a longitudinal direction L1, L2, L3, which can be identical before given.
  • the three fluid channels 3a, 3b, 3c are arranged adjacent and at a distance from one another along a transverse direction Q, which runs perpendicular to the three longitudinal directions L1, L2, L3. In this preferred case, the three fluid channels 3a, 3b, 3c extend parallel to one another.
  • a not exactly parallel, but essentially parallel alignment of the three fluid channels 3a, 3b, 3c is also conceivable in a variant of the example, which means that two of the three fluid channels 3a, 3b, 3c are each at an acute angle of at most 10% , preferably at most 5 °, particularly preferably at most 2 °, are arranged to one another.
  • the fluid F flows through the first fluid channel 3a along a first flow direction SR1, which is opposite to a second and also to the third The direction of flow SR2, SR3 runs along which the fluid F flows through the second or third fluid channel 3b, 3c.
  • the first flow direction SR1 thus runs parallel to the first longitudinal direction L1 of the first fluid channel 3a.
  • a first channel cross section Q1 of the first fluid channel 3a measured perpendicular to the longitudinal direction L1 is larger than a second channel cross section Q2 of the second fluid channel 3b measured perpendicular to the longitudinal direction L2 and also larger than a channel cross section Q3 of the third measured perpendicular to the longitudinal direction L3 Fluid channel 3c.
  • a rib structure 10 which is indicated only roughly schematically in FIG. 1 and has ribs 11, which acts as a surface-enlarging structure, can optionally be provided.
  • turbulators, fin pins, protrusions, etc. can also be considered.
  • Such a rib structure 10 can also be provided in the second and / or third fluid channel 3b, 3c (not shown).
  • the second busbar 2b can have an electrical plus connection 13 for electrically connecting the second busbar 2b to a positive pole of a DC voltage source and the third busbar 2c can have an electrical minus connection 14 for electrically connecting the third busbar 2c to a negative pole of this Have DC voltage source or be electrically connected to such.
  • a reverse of the two connections 13, 14 to the two poles of the direct voltage source is also conceivable.
  • the first busbar 2a is subdivided into a first, second and third busbar section 16a, 16b, 16c by means of two electrical insulations 15a, 15b - implemented for example by a suitable plastic layer.
  • the three busbar sections 16a, 16b, 16c are thus electrically isolated from one another.
  • a separate phase connection 24a, 24b, 24c is provided for each busbar section 16a, 16b, 16c for connecting the busbar section 16a, 16b, 16c to a respective electrical phase of a power source.
  • the electrical insulation can be configured as connecting components (not shown) between the relevant busbar sections 16a, 16b, 16c or between the relevant busbars 2a, 2b, 2c.
  • an electrically insulating coating or the like between the relevant busbar sections 16a, 16b, 16c or between the relevant busbars 2a, 2b, 2c. to be provided.
  • the busbar arrangement 1 has three electrical / electronic circuit arrangements 18a, 18b, 18c, which are each electrically connected to the first, second and third busbar 2a, 2b, 2c.
  • Each of the three circuit arrangements 18a, 18b, 18c comprises a first electronic component 17a1, 17a2, 17a3, which is electrically connected to the first and second busbar 2a, 2b, and a second electronic component 17b1, 17b2, 17b3, which is electrically is connected to the first and third busbars 2a, 2c.
  • the three first components 17a1, 17a2, 17a3 are electrically connected to different busbar sections 16a, 16b, 16c of the first busbar 2a.
  • the electronic components 17a1, 17a2, 17a3, 17b1, 17b2, 17b3 in the example in FIG. 1 are semiconductor switches in the form of power transistors, each of which has a collector, emitter and gate terminal.
  • the line transistors are controlled via their respective gate connections, which is only indicated schematically in FIG.
  • FIG. 2 shows a variant of the example in FIG. 1.
  • the first busbar 2a or the first fluid channel 3a is designed to be straight.
  • the second and third busbars 2b, 2c and the second and third fluid ducts 3b, 3c are curved - in the example of FIG. 2, each curved - is formed.
  • the first and second busbars 2a, 2b or the first and second fluid ducts 3a, 3b open at an acute angle into the diversion manifold 4.
  • the third and first busbars 2a, 2c and the first and third fluid channels 3a, 3c at an acute angle into the diversion manifold. In this way, construction space can be saved.
  • the variant described therefore requires particularly little installation space.
  • FIG. 3 shows a further variant of the example in FIG. 1.
  • the variant in FIG. 3 can be combined with that according to FIG. In the variant according to FIG.
  • three electrically insulated first busbars 2a are arranged at a distance from one another, namely along a transverse direction Q which is perpendicular to the parallel longitudinal directions L1, L2 and L3 runs.
  • Each first busbar 2a forms a first fluid channel 3a.
  • Between the first busbars 2a alternately two electrically insulated second busbars 2b and two mutually insulated third busbars 2c are arranged along the transverse direction Q, which form second and third fluid channels 3b, 3c.
  • three first busbars 2a and two second and third busbars 2b, 2c are provided.
  • FIG. 3 a particularly large number of electrical / electronic components 17 - these are only shown roughly schematically in FIG. 3 for clarity - can be installed, so that this variant is particularly suitable for electrical two-, three- or multi-phase applications suitable.
  • three first fluid channels 3a are designed as phase busbars 2a, each of which is provided with a phase connection 24a, 24b, 24c.
  • the first fluid channels 3a are each arranged between the second fluid channels 3b, 3c, which are designed as direct current bills 2b, 2c.
  • a combination of the examples in FIGS. 1 and 3 is also conceivable.
  • at least two first busbars 2a are provided, of which at least one first busbar 2a is divided into at least a first and a second busbar section by means of at least one electrical insulation (not shown in FIG. 3).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Stromschienen-Anordnung (1) mit einer ersten, zweiten und dritten, jeweils elektrisch bestrombaren Stromschiene (2a, 2b, 2c), wobei die drei Stromschienen (2a, 2b, 2c) elektrisch gegeneinander isoliert sind. Jede dieser drei Stromschienen (2a, 2b, 2c) ist als von einem Fluid (F) durchströmbarer Fluidkanal (3a, 3b, 3c) ausgebildet, so dass von den drei Stromschienen ein erster, zweiter und dritter Fluidkanal (3a, 3b, 3c) gebildet ist. Erfindungsgemäß umfasst die Stromschienen-Anordnung (1) einen Umlenkverteiler (4) zum Verteilen des Fluids (F) auf den zweiten und dritten Fluidkanal (3b, 3c) nach dem Durchströmen des ersten Fluidkanals (3a). Die elektrische Stromschienen-Anordnung (1) stellt eine homogene Kühlung der drei Stromschienen (2a, 2b, 2c) sicher, insbesondere wenn die erste Stromschienen (2a) von einem elektrischen Wechselstrom und die zweite und dritte Stromschiene (2b, 2c) von einem elektrischen Gleichstrom durchströmt werden.

Description

Elektrische Stromschienen-Anordnung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Stromschienen-Anordnung.
Elektrische und elektronische Schaltungsanordnungen mit Leistungselektronik - beispielsweise Leistungstransistoren - entwickeln im Betrieb Abwärme, die abge führt werden muss, um eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Bauteile der Leistungselektronik durch Überhitzung zu verhindern.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, elektrische und elektronische Schal tungsanordnungen mit elektrischen Stromschienen auszustatten, mittels welcher große elektrische Ströme zwischen den einzelnen Bauteilen transportiert werden können.
Im Praxiseinsatz solcher elektrischer Stromschienen hat sich gezeigt, dass die Stromschienen bei Bestromung mit elektrischem Wechselstrom mehr Abwärme erzeugen und somit einer stärkeren Kühlung bedürfen als Stromschienen, die mit einem elektrischen Gleichstrom bestromt werden.
Dies ist insbesondere für Anwendungen bedeutsam, in welchen sowohl Strom schienen zum Einsatz kommen, die mit elektrischem Wechselstrom bestromt werden - sog. AC-Stromschienen - , als auch Stromschienen vorgesehen sind, die mit elektrischem Gleichstrom - sog. DC-Stromschienen - bestromt werden. Solche Anwendungen sind beispielsweise sog. elektrische Wechselrichter sowie ein- oder mehrphasige elektrische Inverter. Bei solchen Anwendungen liegt oftmals eine nur unzureichende Wärmeabfüh rung aus den AC-Stromschienen die Folge.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Stromschienen- Anordnung zu schaffen, bei welcher dieses Problem nicht mehr oder nur mehr in abgeschwächter Form auftritt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, eine Stromschienen-Anordnung mit drei Stromschienen, die jeweils zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgelegt sind, derart zu konfigurieren, dass das im Betrieb der Stromschienen-Anordnung das Kühlmittel zuerst durch eine erste Stromschiene geführt und anschließend auf die beiden verbleibenden, also die zweite und dritte Stromschiene verteilt wird. Somit steht für die Kühlung der ersten Stromschiene mehr Kühlleistung zur Verfügung als für die Kühlung der zweiten und dritten Stromschiene, da sich das Kühlmittel nach dem Durchströmen der ersten Stromschiene bereits Abwärme aufgenommen hat, womit eine Temperaturerhöhung des Kühlmittels einhergeht. Soll mittels der Stromschienen-Anordnung eine elektronische Schaltungsanord nung gekühlt werden, bei welcher über die erste Stromschiene ein Wechselstrom und über die zweite und dritte Stromschiene jeweils ein Gleichstrom geführt wird - dies ist beispielsweise bei einem Wechselrichter der Fall - so wird eine homoge ne Kühlung aller drei Stromschienen erzielt, da der AC-Wechselstrom in der ers ten Stromschiene typischerweise mehr Abwärme erzeugt als die beiden DC- Gleichströme. Durch die erhöhte Kühlleistung in der ersten Stromschiene wird die auf der ersten Stromschiene anfallende, zusätzliche Abwärme abgeführt. Im Er gebnis wird somit eine gleichmäßigere Kühlung aller drei Stromschienen erreicht. Eine erfindungsgemäße Stromschienen-Anordnung umfasst eine erste, zweite und dritte, jeweils elektrisch bestrombare Stromschiene. Als Material für die Stromschiene kommt insbesondere ein Metall in Betracht, bevorzugt Kupfer oder Aluminium. Besonders bevorzugt sind die drei Stromschienen materialeinheitlich ausgebildet. Die drei Stromschienen sind elektrisch gegeneinander isoliert. Jede der drei Stromschienen ist als eine von einem Fluid durchströmbarer Fluidkanal ausgebildet, so dass von der ersten Stromschiene ein erster Fluidkanal, von der zweiten Stromschiene ein zweiter Fluidkanal, und von der dritten Stromschiene ein dritter Fluidkanal gebildet ist. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Strom schienen-Anordnung einen Umlenkverteiler zum Verteilen des Fluids auf den zweiten und dritten Fluidkanal, nachdem dieses den ersten Fluidkanal durch strömt hat. Von der vorliegenden Erfindung sind auch Ausführungsformen um fasst, bei welcher wenigstens zwei erste Stromschienen oder/und wenigstens zwei zweite Stromschienen oder/und wenigstens zwei dritte Stromschienen vor handen sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stromschienen-Anordnung derart ausgebildet, dass im Betrieb der Stromschienen-Anordnung das Fluid zu erst durch den ersten Fluidkanal und anschließend durch den zweiten oder drit ten Fluidkanal geführt ist.
Zweckmäßig strömt im Betrieb der Stromschienen-Anordnung das Fluid entlang einer ersten Strömungsrichtung durch den ersten Fluidkanal. Diese erste Strö mungsrichtung erstreckt sich entgegengesetzt zu sowohl zu einer zweiten als auch zu einer dritten Strömungsrichtung, entlang welcher das Fluid - nach dem Durchströmen des ersten Fluidkanals entlang der ersten Strömungsrichtung - durch den zweiten bzw. dritten Fluidkanal geführt wird. Die zweite und dritte Strömungsrichtung sind also identisch. Auf diese Weise werden die drei Fluidka näle im Gegenstrom durchströmt, so dass die erfindungswesentliche Abfolge, mit welcher die drei Fluidkanäle durchströmt werden, sichergestellt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform münden die drei Fluidkanäle jeweils mit einem ersten Kanalende in den Umlenkverteiler. Auf diese Weise kann tech nisch besonders einfach die erfindungswesentliche Konfiguration erreicht wer den, wonach das Kühlmittel zunächst durch den ersten Fluidkanal geführt und anschließend - über den Umlenksammler - auf den zweiten und dritten Fluidka nal verteilt wird. Das Fluid tritt also über das erste Kanalende des ersten Fluidka nals in den Umlenkverteiler ein und entweder über das erste Kanalende des zweiten Fluidkanals oder über das zweite Kanalende des dritten Fluidkanals wie der aus dem Umlenkverteiler aus.
Besonders zweckmäßig erstrecken sich der erste, zweite und dritte Fluidkanal jeweils entlang einer ersten, zweiten bzw. dritten Längsrichtung. Dabei ist ein senkrecht zur ersten Längsrichtung gemessener erster Kanalquerschnitt des ers ten Fluidkanals größer als ein senkrecht zur zweiten Längsrichtung gemessener zweiter Kanalquerschnitt des zweiten Fluidkanals. Außerdem ist der erste Kanal querschnitt auch größer ist als ein senkrecht zur dritten Längsrichtung gemesse ner dritter Kanalquerschnitt des dritten Fluidkanals. Aufgrund des erhöhten Ka nalquerschnitts steht mehr Kühlmittel zur Kühlung der ersten Stromschiene zur Verfügung, wodurch die vom ersten Kühlkanal bereitgestellte Kühlleistung zu sätzlich vergrößert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung münden der zweite Fluidkanal und der dritte Fluidkanal jeweils mit zweiten Kanalenden in einen gemeinsamen Fluid sammler. Dies vereinfacht die Abführung des Kühlmittels aus der Stromschienen- Anordnung nach dem Durchströmen der Stromschienen bzw. der Fluidkanäle. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform mündet der erste Fluid kanal mit seinem zweiten Kanalende nicht in den gemeinsamen Fluidsammler. Somit kann das zweite Kanalende des ersten Fluidkanals als Fluideinlass zum Einleiten des Fluids in den ersten Fluidkanal herangezogen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die drei Fluidkanäle zwischen dem Umlenkverteiler und dem Fluidsammler angeordnet. Auch diese Ausfüh rungsform baut besonders kompakt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Fluidkanal zwi schen dem zweiten und dem dritten Fluidkanal angeordnet. Diese Ausführungs form erweist sich für elektronische Schaltungsanordnungen als besonders vor teilhaft, bei welchen der elektrische Anschluss für den elektrischen Wechselstrom zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen für elektrischen Gleichstrom an geordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform münden die drei Fluidkanäle auf derselben Seite des Umlenkverteilers in den Umlenkverteiler. Diese Ausführungs form benötigt besonders wenig Bauraum.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform münden der erste und der zweite Fluidkanal unter einem spitzen Winkel in den Umlenkverteiler. Bei dieser Ausführungsform münden alternativ oder zusätzlich auch der erste und der dritte Fluidkanal unter einem spitzen Winkel in den Umlenkverteiler. Diese Ausfüh rungsform erfordert besonders wenig Bauraum, insbesondere entlang der Längs richtung der Fluidkanäle.
Besonders bevorzugt münden der zweite und der dritte Fluidkanal einander ge genüberliegend in den Umlenkverteiler. Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Verteilung des Fluids auf den zweiten und dritten Fluidkanal erfolgen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der erste Fluidkanal ge radlinig ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich sind bei dieser Ausführungs form der zweite oder/und der dritte Fluidkanal gekrümmt, vorzugsweise bogen förmig, ausgebildet. Auch diese Variante benötigt besonders wenig Bauraum.
Besonders zweckmäßig sind die drei Fluidkanäle jeweils durch einen Rohrkörper begrenzt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist im ersten Fluidkanal eine oberflächen-vergrößernde Struktur, bevorzugt ein Rippenstruktur, zum Verbes sern der Wärmeabführung von der Stromschiene auf das durch die Stromschiene geführte Fluid vorhanden. Auf diese Weise wird die effektive Wechselwirkungs fläche zwischen der ersten Stromschiene und dem durch den ersten Fluidkanal strömende Fluid zusätzlich erhöht. Damit geht wiederum eine zusätzlich erhöhte Kühlleistung einher. Alternativ zur Verwendung einer Rippenstruktur kommen hierfür auch Turbulatoren, Fin-Pins, Vorsprünge etc. in Betracht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die zweite Stromschiene einen Plus-Anschluss und die dritte Stromschiene einen Minus-Anschluss zum elektri schen Verbinden der zweiten Stromschiene mit einem Pluspol einer Gleichspan nungsquelle bzw. zum elektrischen Verbinden der dritten Stromschiene mit einem Minuspol dieser Gleichspannungsquelle auf. Selbstredend ist auch eine umge kehrte Zuordnung der beiden Anschlüsse, also eine Zuordnung des Plus- Anschlusses zur dritten Stromschiene und des Minus-Anschlusses zur zweiten Stromschiene denkbar. Diese Weiterbildung ermöglicht es, die Stromschienen- Anordnung auf einfache Weise mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle zu verbinden.
Bevorzugt kann die erste Stromschiene mittels wenigstens einer elektrischen Iso lation in einen ersten und in wenigstens einen zweiten Stromschienenabschnitt unterteilt sein, so dass die wenigstens zwei Stromschienenabschnitte elektrisch gegeneinander isoliert sind. Dies erlaubt eine homogene Kühlung von zweiphasi- gen elektronischen Schaltungsanordnungen.
Besonders bevorzugt kann die erste Stromschiene mittels zweier, technisch in geeigneter Weise realisierter elektrischer Isolationen in drei elektrisch gegenei nander isolierte Stromschienenabschnitte unterteilt sein. Dies erlaubt eine homo gene Kühlung von dreiphasigen elektronischen Schaltungsanordnungen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind im Abstand zueinander zumindest zwei, vorzugsweise drei, elektrisch gegeneinander isolierte erste Stromschienen vorgesehen. Auf diese Weise können eine Vielzahl von elektri schen/elektronischen Bauelementen vorgesehen werden, insbesondere für elekt rische Zwei-, Drei- oder Mehrphasen-Anwendungen.
Insbesondere für die genannten Anwendungen sind daher im Abstand zueinan der zumindest zwei, vorzugsweise drei, elektrisch gegeneinander isolierte zweite Stromschienen vorgesehen, die jeweils einen Fluidkanal ausbilden. Alternativ oder zusätzlich sind bei dieser Ausführungsform im Abstand zueinander zumin dest zwei, vorzugsweise drei, elektrisch gegeneinander isolierte dritte Strom schienen vorgesehen, die jeweils einen Fluidkanal ausbilden.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung, insbesondere für elektrische Dreiphasen-Anwendungen, sind jeweils wenigstens zwei erste, zweite und dritte Stromschienen vorgesehen sind, die benachbart zueinander angeordnet sind, wobei eine erste Stromschienen jeweils zwischen einer zweiten und einer dritten Stromschiene angeordnet ist.
Zweckmäßig weist die elektrische Stromschienen-Anordnung wenigstens eine elektronische Schaltungsanordnung auf, welche elektrisch mit der ersten, zweiten und dritten Stromschiene verbunden ist. Eine solche Schaltungsanordnung kann beispielsweise ein elektrischer Inverter oder Wechselrichter sein, der auf diese Weise eine homogene Kühlung erfährt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektronische Schaltungs anordnung ein erstes elektrisches/elektronisches Bauelement auf, welches elektrisch mit der ersten und mit der zweiten Stromschiene verbunden ist. Zusätz lich weist die Stromschienen-Anordnung ein zweites elektrisches/elektronisches Bauelement auf, welches sowohl mit der ersten und als auch mit der dritten Stromschiene verbunden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die elektronische Schaltungsan ordnung zwei erste elektrische/elektronische Bauelement auf, von welches eines mit dem ersten Stromschienenabschnitt sowie mit der zweiten Stromschiene ver bunden ist, und von welchen das andere mit dem ersten Stromschienenabschnitt sowie mit der dritten Stromschiene verbunden ist. Außerdem weist die elektroni sche Schaltungsanordnung bei dieser Weiterbildung zwei zweite elektri sche/elektronische Bauelemente auf, von welchen eines mit dem zweiten Strom schienenabschnitt sowie mit der zweiten Stromschiene verbunden ist, und von welchen das andere mit dem zweiten Stromschienenabschnitt sowie mit der drit ten Stromschiene verbunden ist. Auf diese Weise können zwei- oder mehrphasi ge Schaltungsanordnungen, insbesondere zwei- oder mehrphasige Inverter oder Wechselrichter, sehr homogen, also gleichmäßig, gekühlt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die elektrische/elektronische An ordnung zwei dritte elektrische/elektronische Bauelemente auf, von welchen ei nes mit dem dritten Stromschienenabschnitt sowie mit der zweiten Stromschiene verbunden ist. Bei dieser Weiterbildung ist das andere dritte elektrische/ elektro nische Bauelement mit dem dritten Stromschienenabschnitt sowie mit der dritten Stromschiene verbunden. Auf diese Weise können insbesondere dreiphasige Schaltungsanordnungen, insbesondere dreiphasige Inverter oder Wechselrichter, homogen gekühlt werden.
Zweckmäßig kann zumindest ein elektrisches/elektronisches Bauelement ein Halbleiterbauelement, vorzugsweise ein Halbleiterschalter, höchst vorzugsweise ein Leistungstransistor, oder eine Halbleiterdiode, sein. Somit kann die Strom- schienen-Anordnung zum Kühlen von Wechselrichtern und Invertern, insbeson dere von zwei- oder mehrphasigen Wechselrichtern und Invertern, genutzt wer den.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschrei bung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei bung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Stromschienen-
Anordnung,
Fig. 2 eine erste Variante des Beispiels der Figur 1 mit gekrümmt aus gebildeten Stromschienen bzw. Fluidkanälen,
Fig. 3 eine zweite Variante des Beispiels der Figur 1 mit mehreren ers ten, zweiten und dritten Stromschienen.
Die Figur 1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Stromschienen- Anordnung 1. Diese umfasst eine erste, zweite und dritte, jeweils elektrisch bestrombaren Stromschiene 2a, 2b, 2c. Die drei Stromschienen 2a, 2b, 2c sind elektrisch gegeneinander isoliert. Jede der drei Stromschienen ist als von einem dielektrischen Fluid F, insbesondere einem dielektrischen Kühlmittel, durch- strömbarer Fluidkanal 3a, 3b, 3c ausgebildet. Von den drei Stromschienen 2a,
2b, 2c wird also ein erster, zweiter bzw. dritter Fluidkanal 3a, 3b, 3c gebildet. Je der Fluidkanal 3a, 3b, 3c kann durch einen separaten Rohrkörper 21 a, 21 b, 21c begrenzt sein. In diesem Fall sind die Fluidkanäle 3a, 3b, 3c im Abstand zuei nander angeordnet. Denkbar ist es aber auch, nur einen einzigen Rohrkörper (nicht gezeigt) vorzusehen und die drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c durch Bereitstel lung geeigneter Trennwände (nicht gezeigt) an diesem Rohrkörper fluidisch von einander zu trennen. Bei dieser Variante sind auch die drei von dem gemeinsa men Rohrkörper gebildeten Stromschienen 2a, 2b, 2c in geeigneter Weise elektrisch voneinander zu isolieren.
Die Stromschienen-Anordnung 1 umfasst ferner einen Umlenkverteiler 4 zum Verteilen des Fluids F auf den zweiten und dritten Fluidkanal 3b, 3c, nachdem es den ersten Fluidkanal 3a durchströmt hat. Ein Teil des gesamten durch den ers ten Fluidkanal 3a strömenden Fluids F wird also mittels des Umlenkverteilers 4 auf den zweiten Fluidkanal 3b verteilt und durchströmt diesen. Der dazu komple mentäre Teil des durch den ersten Fluidkanal 3a geführten Fluids F wird mittels des Umlenkverteilers 4 auf den dritten Fluidkanal 3c verteilt und durchströmt die sen. Die Stromschienen-Anordnung 1 ist also derart ausgebildet, dass im Betrieb das Fluid F zuerst durch den ersten Fluidkanal 3a und anschließend durch den zweiten oder dritten Fluidkanal 3b, 3c geführt wird. Auf diese Weise kann mit Hil fe des Umlenksammlers 4 ein vorteilhaftes Gegenstrom-Prinzip realisiert werden. Selbstredend ist es alternativ dazu aber auch denkbar, eine Durchströmung der drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c im Gleichstrom zu realisieren.
Die drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c münden jeweils mit einem ersten Kanalende 5 in den Umlenkverteiler 4. Im Beispiel der Figur 1 besitzt der Umlenkverteiler 4 ein Verteilergehäuse 8, wobei die ersten Kanalenden drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c in einer gemeinsamen Gehäusewandung 9 oder, alternativ dazu, in einem gemein samen Gehäusewandungsabschnitt (nicht gezeigt) des Verteilergehäuses 8 münden. Die drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c münden also auf derselben Seite 19 des Umlenkverteilers 4 in diesen. Wie Figur 1 außerdem erkennen lässt, münden der zweite Fluidkanal 3b und der dritte Fluidkanal 3c - jeweils mit ihren zweiten Kanalenden 6 - in einen gemein samen Fluidsammler 7. Wie Figur 1 anschaulich belegt, mündet der erste Fluid kanal 3a mit seinem zweiten Kanalende 6 hingegen nicht in den Fluidsammler 7. Somit kann das zweite Kanalende 6 des ersten Fluidkanals 3a als Fluideinlass 12 fungieren. Das Fluid F tritt über den Fluideinlass 12 bzw. das zweite Kanalende 6 in den ersten Fluidkanal 3a ein und durchströmt diesen bis zum ersten Kanalen de 5, wo es in den Umlenkverteilersammler 4 eintritt. Von diesem tritt das Fluid F entweder - jeweils über das erste Kanalende 5 - in den zweiten oder dritten Flu idkanal 3b, 3c über und durchströmt diesen, bis es über das jeweilige zweite Ka nalende 6 in den Fluidsammler 7 eintritt, wo es zunächst gesammelt wird. Über einen oder mehrere am Fluidsammler vorgesehenen Fluidauslass 20 kann das Fluid F aus dem Fluidsammler 7 ausgeleitet werden.
Die drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c sind zwischen dem Umlenkverteiler 4 und dem Fluidsammler 7 angeordnet, und der erste Fluidkanal 3a ist zwischen dem zwei ten und dem dritten Fluidkanal 3b, 3c angeordnet. Die drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c erstrecken sich dabei jeweils entlang einer Längsrichtung L1 , L2, L3, die bevor zugt identisch sein können. Die drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c sind entlang einer Querrichtung Q, die senkrecht zu den drei Längsrichtungen L1 , L2, L3 verläuft, benachbart und im Abstand zueinander angeordnet. In diesem bevorzugten Fall erstrecken sich die drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c parallel zueinander. Auch eine nicht exakt parallele, aber im Wesentlichen parallele Ausrichtung der drei Fluid kanäle 3a, 3b, 3c ist in einer Variante des Beispiels denkbar, was bedeutet, dass jeweils zwei der drei Fluidkanäle 3a, 3b, 3c unter einem spitzen Winkel von höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5°, besonders bevorzugt höchstens 2°, zueinander angeordnet sind.
Das Fluid F strömt durch den ersten Fluidkanal 3a entlang einer ersten Strö mungsrichtung SR1 , die entgegengesetzt zu einer zweiten und auch zur dritten Strömungsrichtung SR2, SR3 verläuft, entlang welcher das Fluid F durch den zweiten bzw. dritten Fluidkanal 3b, 3c strömt. Die erste Strömungsrichtung SR1 verläuft also parallel zur ersten Längsrichtung L1 des ersten Fluidkanals 3a. Die zweite und dritte Strömungsrichtung SR2, SR3 verlaufen hingegen jeweils antipa rallel zur zweiten bzw. dritten Längsrichtung L2, L3 des zweiten bzw. dritten Flu idkanals 3b, 3c.
Wie in Figur 1 erkennbar, ist ein senkrecht zur Längsrichtung L1 gemessener erster Kanalquerschnitt Q1 des ersten Fluidkanals 3a größer als ein senkrecht zur Längsrichtung L2 gemessener zweiter Kanalquerschnitt Q2 des zweiten Flu idkanals 3b und auch größer als ein senkrecht zur Längsrichtung L3 gemessener Kanalquerschnitt Q3 des dritten Fluidkanals 3c. Im ersten Fluidkanal 3a kann op tional eine in Figur 1 nur grobschematisch angedeutete, Rippen 11 aufweisende Rippenstruktur 10 vorgesehen sein, die als oberflächen-vergrößernde Struktur wirkt. Alternativ zur Verwendung einer solchen Rippenstruktur kommen auch Turbulatoren, Fin-Pins, Vorsprünge etc. in Betracht. Diese dient zum Verbessern der Wärmeabführung von der ersten Stromschiene 2a auf das durch die erste Stromschiene 2a geführte Fluid F. Selbstredend kann eine solche Rippenstruktur 10 auch im zweiten und/oder dritten Fluidkanal 3b, 3c vorgesehen sein (nicht ge zeigt).
Gemäß Figur 1 können die zweite Stromschiene 2b einen elektrischen Plus- Anschluss 13 zum elektrischen Verbinden der zweiten Stromschiene 2b mit ei nem Pluspol einer Gleichspannungsquelle und die dritte Stromschiene 2c einen elektrischen Minus-Anschluss 14 zum elektrischen Verbinden der dritten Strom schiene 2c mit einem Minuspol dieser Gleichspannungsquelle aufweisen oder mit solchen elektrisch verbunden sein. Auch eine umgekehrte der beiden Anschlüsse 13, 14 zu den beiden Polen der Gleichspannungsquelle ist denkbar. Die erste Stromschiene 2a ist im Beispielszenario mittels zweier elektrischer Iso lationen 15a, 15b - beispielsweise realisiert durch eine geeignete Kunststoff schicht - in einen ersten, zweiten und dritten Stromschienenabschnitt 16a, 16b, 16c unterteilt. Somit sind die drei Stromschienenabschnitte 16a, 16b, 16c elektrisch gegeneinander isoliert.
Darüber hinaus ist auch zwischen der ersten und zweiten Stromschiene 2a, 2b sowie zwischen der ersten und dritten Stromschiene 2a, 2c jeweils eine elektri sche Isolation vorgesehen (in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Für jeden Stromschienenabschnitte 16a, 16b, 16c ist ein separater Phasenanschluss 24a, 24b, 24c zum Anschließen des Stromschienenabschnitts 16a, 16b, 16c an eine jeweilige elektrische Phase einer Stromquelle vorhanden. Die elektrischen Isolationen können als Verbindungsbauteile (nicht gezeigt) zwi schen den betreffenden Stromschienenabschnitten 16a, 16b, 16c bzw. zwischen den betreffenden Stromschienen 2a, 2b, 2c ausgebildet sein. Alternativ dazu ist es auch vorstellbar, zwischen den betreffenden Stromschienenabschnitten 16a, 16b, 16c bzw. zwischen den betreffenden Stromschienen 2a, 2b, 2c eine elektrisch isolierende Beschichtung o.ä. vorzusehen.
Im Beispiel der Figur 1 weist die Stromschienen-Anordnung 1 drei elektri sche/elektronische Schaltungsanordnungen 18a, 18b, 18c auf, welche jeweils elektrisch mit der ersten, zweiten und dritten Stromschiene 2a, 2b, 2c verbunden sind. Jede der drei Schaltungsanordnungen 18a, 18b, 18c umfasst ein erstes elektronisches Bauelement 17a1 , 17a2, 17a3, welches elektrisch mit der ersten und mit der zweiten Stromschiene 2a, 2b verbunden ist, und ein zweites elektro nisches Bauelement 17b1 , 17b2, 17b3, welches elektrisch mit der ersten und der dritten Stromschiene 2a, 2c verbunden ist. Die drei ersten Bauelemente 17a1 , 17a2, 17a3 sind dabei elektrisch mit unterschiedlichen Stromschienenabschnitte 16a, 16b, 16c der ersten Stromschiene 2a verbunden. Bei den elektronischen Bauelementen 17a1 , 17a2, 17a3, 17b1 , 17b2, 17b3 han delt es sich im Beispiel der Figur 1 um Halbleiterschalter in Form von Leistungs transistoren, von welcher jeder einen Kollektor-, Emitter- und Gate-Anschluss aufweist. Jede der drei Schaltungsanordnungen 18a, 18b, 18c mit jeweils einem ersten und einem zweiten Bauelement 17a1 , 17b1 , 17a2, 17b2, 17a3, 17c3, also mit zwei Halbleiterschaltern bzw. mit zwei Leistungstransistoren bildet eine Phase eines 3-phasigen Inverters aus. Die Steuerung der Leitungstransistoren erfolgt dabei über deren jeweilige Gate-Anschlüsse, was in Figur 1 nur schematisch an gedeutet ist.
Figur 2 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 1. Wie Figur 2 erkennen lässt, ist die erste Stromschiene 2a bzw. der erste Fluidkanal 3a geradlinig ausgebildet. Demgegenüber sind die zweite und dritte Stromschiene 2b, 2c bzw. der zweite und der dritte Fluidkanal 3b, 3c gekrümmt - im Beispiel der Figur 2 jeweils bogen förmig - ausgebildet. Im Beispiel der Figur 2 münden die erste und die zweite Stromschiene 2a, 2b bzw. der erste und der zweite Fluidkanal 3a, 3b unter einem spitzen Winkel in den Umlenkverteiler 4. Entsprechend münden auch die dritte und die erste Stromschiene 2a, 2c bzw. der erste und der dritte Fluidkanal 3a, 3c unter einem spitzen Winkel in den Umlenkverteiler. Auf diese Weise kann Bau raum eingespart werden. Die beschriebene Variante erfordert also besonders wenig Bauraum. Im Beispiel der Figur 2 münden der zweite und der dritte Fluid kanal 3b, 3c einander gegenüberliegend in den Umlenkverteiler 4, wodurch eine besonders gleichmäßige Verteilung des in den Umlenkverteiler 4 eingebrachten Fluids F auf den zweiten und dritten Fluidkanal 3b, 3c erreicht wird. Auch im Bei spiel der Figur 2 ist zwischen der ersten und zweiten Stromschiene 2a, 2b sowie zwischen der ersten und dritten Stromschiene 2a, 2c jeweils eine elektrische Iso lation vorgesehen (in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt), um einen unerwünschten elektrischen Kurzschluss zwischen diesen Stromschie nen 2a, 2b, 2c auszuschließen. Die Figur 3 zeigt eine weitere Variante des Beispiels der Figur 1. Die Variante der Figur 3 kann mit jener gemäß Figur 2 kombiniert werden. In der Variante gemäß Figur 3 sind gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform im Abstand zu einander drei elektrisch gegeneinander isolierte erste Stromschienen 2a im Ab stand zueinander angeordnet, und zwar entlang einer Querrichtung Q, die senk recht zu den parallel zueinander verlaufenden Längsrichtungen L1 , L2 und L3 verläuft. Jede erste Stromschiene 2a bildet einen ersten Fluidkanal 3a. Zwischen den ersten Stromschienen 2a sind entlang der Querrichtung Q jeweils abwech selnd zwei elektrisch gegeneinander isolierte zweite Stromschienen 2b und zwei gegeneinander isolierte dritte Stromschienen 2c angeordnet, die zweite bzw. drit te Fluidkanäle 3b, 3c ausbilden. Im Beispiel der Figur 3 sind also drei erste Stromschienen 2a sowie jeweils zwei zweite und dritte Stromschienen 2b, 2c vorgesehen.
Auch im Beispiel der Figur 3 ist zwischen den einzelnen Stromschienen 2a, 2b,
2c jeweils eine elektrische Isolation vorgesehen (aus Gründen der Übersichtlich keit nicht dargestellt), um die Stromschienen 2a, 2b, 2c elektrisch gegeneinander zu isolieren.
Im Beispiel der Figur 3 kann eine besonders große Anzahl an elektrischen/ elekt ronischen Bauelementen 17 - diese sind in Figur 3 der Übersichtlichkeit nur grobschematisch dargestellt - verbaut werden, so dass sich diese Variante insbe sondere für elektrische Zwei-, Drei- oder Mehrphasen-Anwendungen eignet. Im Beispiel der Figur 3 sind drei erste Fluidkanäle 3a als Phasenstromschienen 2a ausgebildet, die mit jeweils einem Phasenanschluss 24a, 24b, 24c vorgesehen sind. Die ersten Fluidkanäle 3a sind jeweils zwischen den zweiten Fluidkanälen 3b, 3c angeordnet, die als Gleichstromscheinen 2b, 2c ausgebildet sind. In einer Weiterbildung ist auch eine Kombination der Beispiele der Figuren 1 und 3 denkbar. Gemäß einer solchen Weiterbildung sind also mindestens zwei erste Stromschienen 2a vorgesehen, von welchen wenigstens eine erste Stromschiene 2a mittels wenigstens einer elektrischen Isolation in wenigstens einen ersten und einen zweiten Stromschienenabschnitt unterteilt ist (in Figur 3 nicht gezeigt).
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Claims

Ansprüche
1. Elektrische Stromschienen-Anordnung (1 ),
mit einer ersten, zweiten und dritten, jeweils elektrisch bestrombaren Strom schiene (2a, 2b, 2c), wobei die drei Stromschienen (2a, 2b, 2c) elektrisch gegeneinander isoliert sind und wobei jede dieser drei Stromschienen (2a, 2b, 2c) als von einem Fluid (F) durchströmbarer Fluidkanal (3a, 3b, 3c) aus gebildet ist, so dass von den drei Stromschienen (2a, 2b, 2c) ein erster, zweiter und dritter Fluidkanal (3a, 3b, 3c) gebildet ist,
mit einem Umlenkverteiler (4) zum Verteilen des Fluids (F) auf den zweiten und dritten Fluidkanal (3b, 3c) nach dem Durchströmen des ersten Fluidka nals (3a).
2. Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fluidkanäle (3a, 3b, 3c) und der Umlenkverteiler (4) derart ausgebildet sind, dass im Betrieb der Stromschienen-Anordnung (1 ) das Fluid (F) zuerst durch den ersten Fluidkanal (3a) und anschließend durch den zweiten oder dritten Fluidkanal (3b, 3c) geführt ist.
3. Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Betrieb der Stromschienen-Anordnung (1 ) das Fluid (F) durch den ersten Fluidkanal (3a) entlang einer ersten Strömungsrichtung (SR1 ) strömt, die entgegengesetzt sowohl zu einer zweiten als auch zu einer dritten Strö- mungsrichtung (SR2, SR3) verläuft, entlang welcher das Fluid (F) durch den zweiten bzw. dritten Fluidkanal (3b, 3c) strömt.
4. Stromschienen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die drei Fluidkanäle (3a, 3b, 3c) jeweils mit einem ersten Kanalende (5) in den Umlenkverteiler (4) münden.
5. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die drei Fluidkanäle (3a, 3b, 3c) jeweils entlang einer ersten, zweiten sowie dritten Längsrichtung (L1 , L2, L3) erstrecken,
ein senkrecht zur ersten Längsrichtung (L1 ) gemessener erster Kanalquer schnitt (Q1 ) des ersten Fluidkanals (3a) größer ist als ein senkrecht zur zweiten Längsrichtung (L2) gemessener zweiter Kanalquerschnitt (Q2) des zweiten Fluidkanals (3b) und auch größer ist als ein senkrecht zur dritten Längsrichtung (L3) gemessener dritter Kanalquerschnitt (Q3) des dritten Fluidkanals (3c).
6. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Fluidkanal (3b) und der dritte Fluidkanal (3c) jeweils mit zweiten Kanalenden (6) in einen gemeinsamen Fluidsammler (7) münden.
7. Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Fluidkanal (3a) mit seinem zweiten Kanalende (6) nicht in den ge meinsamen Fluidsammler (7) mündet.
8. Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die drei Fluidkanäle (3a, 3b, 3c) zwischen dem Umlenkverteiler (4) und dem Fluidsammler (7) angeordnet sind.
9. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Fluidkanal (3a) zwischen dem zweiten und dem dritten Fluidkanal (3b, 3c) angeordnet ist.
10. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die drei Fluidkanäle (3a, 3b, 3c) auf derselben Seite (19) des Umlenkvertei lers (4) in diesen münden.
11. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Fluidkanal (3a, 3b) unter einem spitzen Winkel in den Umlenkverteiler (4) münden; oder/und dass
der erste und der dritte Fluidkanal (3a, 3c) unter einem spitzen Winkel in den Umlenkverteiler (4) münden;
12. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite und der dritte Fluidkanal (3a, 3c) einander gegenüberliegend in den Umlenkverteiler (4) münden.
13. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkanal (3a) geradlinig ausgebildet ist; oder/und dass der zweite oder/und der dritte Fluidkanal (3b, 3c) gekrümmt, vorzugsweise bogenförmig, ausgebildet ist.
14. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
die drei Fluidkanäle (3a, 3b, 3c) jeweils durch einen Rohrkörper (21 a, 21 b, 21 c) begrenzt sind.
15. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest im ersten Fluidkanal (3a) eine oberflächen-vergrößernde Struk tur, insbesondere eine Rippenstruktur (10), zum Verbessern der Wärmeab führung von der ersten Stromschiene (2a) auf das durch die erste Strom schiene (2a) bzw. den ersten Fluidkanal (3a) geführte Fluid (F) vorhanden ist.
16. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Stromschiene (2b) einen Plus-Anschluss (13) und die dritte Stromschiene (2c) einen Minus-Anschluss (14) zum elektrischen Verbinden der zweiten Stromschiene (2b) mit einem Pluspol einer Gleichspannungs quelle oder einer Gleichspannungssenke bzw. zum elektrischen Verbinden der dritten Stromschiene (2c) mit einem Minuspol der Gleichspannungsquel le oder einer Gleichspannungssenke aufweist.
17. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Stromschiene (2a) mittels wenigstens einer elektrischen Isolation (15a, 15b) in einen ersten und in wenigstens einen zweiten Stromschienen abschnitt (16a, 16b, 16c) unterteilt ist, so dass die wenigstens zwei Strom schienenabschnitte (16a, 16b, 16c) elektrisch gegeneinander isoliert sind.
18. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Stromschiene (2a) mittels zweier elektrischer Isolationen (15a,
15b) in drei Stromschienenabschnitte (16a, 16b, 16c) unterteilt ist.
19. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
im Abstand zueinander zumindest zwei, vorzugsweise drei, elektrisch ge geneinander isolierte erste Stromschienen (2a) vorgesehen sind, die jeweils einen ersten Fluidkanal (3a) ausbilden.
20. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
im Abstand zueinander zumindest zwei, vorzugsweise drei, elektrisch ge geneinander isolierte zweite Stromschienen (2b) vorgesehen sind, die je weils einen zweiten Fluidkanal (3b) ausbilden; oder/und dass
im Abstand zueinander zumindest zwei, vorzugsweise drei, elektrisch ge geneinander isolierte dritte Stromschienen (2b) vorgesehen sind, die je weils einen dritten Fluidkanal (3c) ausbilden;
21. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
jeweils wenigstens zwei erste, zweite und dritte Stromschienen (2a, 2b, 2c) vorgesehen sind, die benachbart zueinander angeordnet sind,
wobei eine erste Stromschienen (2a) jeweils zwischen einer zweiten und einer dritten Stromschiene (2b, 2c) angeordnet ist.
22. Stromschienen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromschienen-Anordnung wenigstens eine elektronische Schaltungs anordnung (18a, 18b, 18c) aufweist, welche elektrisch mit der ersten, zwei ten und dritten Stromschiene (2a, 2b, 2c) verbunden ist.
23. Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine elektronische Schaltungsanordnung (18a, 18b, 18c) ein erstes elektrisches/elektronisches Bauelement (17a1 , 17a2, 17a3) aufweist, welches elektrisch mit der ersten und mit der zweiten Stromschiene (2a, 2b) verbunden ist, und ein zweites elektrisches/elektronisches Bauelement (17a1 , 17a2, 17a3) aufweist, welches elektrisch mit der ersten und der drit ten Stromschiene (2a, 2c) verbunden ist.
24. Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 22 oder 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine elektronische Schaltungsanordnung (18a, 18b, 18c) zwei erste elektrische/elektronische Bauelement (17a1 , 17a2, 17a3) auf weist, von welches eines elektrisch mit dem ersten Stromschienenabschnitt (16a) sowie mit der zweiten Stromschiene (2b) verbunden ist, und von wel chen das andere elektrisch mit dem ersten Stromschienenabschnitt (16a) sowie mit der dritten Stromschiene (2c) verbunden ist; und dass
die wenigstens eine elektronische Schaltungsanordnung (18a, 18b, 18c) zwei zweite elektrische/elektronische Bauelemente (17b1 , 17b2, 17b3) auf weist, von welchen eines elektrisch mit dem zweiten Stromschienenab schnitt (16b) sowie mit der zweiten Stromschiene (2b) verbunden ist, und von welchen das andere elektrisch mit dem zweiten Stromschienenabschnitt (16b) sowie mit der dritten Stromschiene (2c) verbunden ist.
25. Stromschienen-Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine elektronische Schaltungsanordnung (18a, 18b, 18c) zwei dritte elektrische/elektronische Bauelemente (17c1 , 17c2, 17c3) auf weist, von welchen eines elektrisch mit dem dritten Stromschienenabschnitt (16c) sowie mit der zweiten Stromschiene (2b) verbunden ist, und von wel chen das andere elektrisch mit dem dritten Stromschienenabschnitt (16c) sowie mit der dritten Stromschiene (2c) verbunden ist.
26. Stromschienen-Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein elektrisches/elektronisches Bauelement (17a1 , 17a2, 17a3, 17b1 , 17b2, 17b3), 17c1 , 17c2, 17c3) ein Halbleiterbauelement, vorzugs weise ein Halbleiterschalter, höchst vorzugsweise ein Leistungstransistor, oder eine Halbleiterdiode, ist.
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PCT/EP2020/052260 2019-03-13 2020-01-30 Elektrische stromschienen-anordnung WO2020182366A1 (de)

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DE102019203399.7A DE102019203399A1 (de) 2019-03-13 2019-03-13 Elektrische Stromschienen-Anordnung
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