DE9312006U1

DE9312006U1 - Kondensatoranordnung fuer hochleistungs- und hochfrequenzanwendungen

Info

Publication number: DE9312006U1
Application number: DE9312006U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1993-09-23
Anticipated expiration: 2003-08-12

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Kondensatoranordnung für Hochleistungs- und Hochfrequenzan-Wendungen

Bei Hochfrequenzanordnungen zur Induktionserwärmung, wie z.B. dem induktiven Rohrschweißen, werden zur Kompensation der Induktivität des Induktors bzw. als Resonanzkapazität hochfrequenztaugliche Kondensatoren mit einer hohen Stromtragfähigkeit benötigt. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die benötigte Kapazität und die entstehende Verlustleistung auf mehrere Kondensatoren aufzuteilen, die zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit in Reihe und zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit parallel geschaltet werden. Die dabei bisher verwendeten Kondensatoren sind blockförmig ausgebildet und weisen jeweils zwei parallele auf einander abgewandten Seiten des Kondensatorblocks liegende Kontaktflächen auf. Über diese Kontaktflächen erfolgt auch die Abführung der verlustwärme. Beim Einspannen der Kondensatoren zwischen Stromschienen kann es aufgrund von geringen Unterschieden in den Außenabmessungen der Kondensatoren zu unzulässig hohen mechanischen Belastungen einzelner Kondensatoren kommen, weswegen die Verbindung zu einer der Stromschienen flexibel ausgebildet werden muß; hierdurch wird aber das Vermögen, die Verlustwärme abzuführen, beeinträchtigt. Da die Wärmeabführung über die elektrischen Verbindungen der Kondensatoren erfolgt, entstehen insbesondere bei Zwangskühlung mittels Kühlflüssigkeit Isolierprobleme, die durch die Hochfrequen&zgr;anwendung noch verstärkt werden. Schließlich sind die bekannten Kondensatoren aufgrund ihrer Sonderbauformen vergleichsweise teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung von zusammenschaltbaren Kondenstoren abzugeben.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Kondensatoranordnung für Hochleistungs- und Hochfrequenzanwendungen mit mehreren zusammenschaltbaren Kondensatoren und

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mit einem Kühlkörper, der eine oder mehrere Ausnehmungen enthält, wobei die Kondensatoren in den Ausnehmungen angeordnet und die Zwischenräume zwischen den Kondensatoren und den Wänden der Ausnehmungen mit einer wärmeleitenden, vorzugsweise elektrisch isolierenden, Füllmasse ausgefüllt sind.

Da die Kondensatoren über die wärmeleitende Füllmasse in der mindestens einen Ausnehmung des Kühlkörpers eingebettet sind, kommt es zu keiner mechanischen Belastung der einzelnen Kondensatoren. Die Wärmeableitung von den Kondensatoren zu dem Kühlkörper erfolgt über nahezu die gesamte Gehäuseoberfläche der Kondensatoren und ist somit sehr effektiv. Schließlich sind die Wege für die elektrische Leitung und die wärmeableitung voneinander getrennt, so daß z. B. bei Zwangskühlung durch eine Kühlflüssigkeit keine Isolierprobleme entstehen.

Da die Wärmeleitung des Kühlkörpers, z. B. Aluminium oder Kupfer, besser ist als die der Füllmasse, ist in vorteilhafter Weise jeder Kondensator in einer eigenen Ausnehmung angeordnet, so daß die Füllmasse nur noch die Zwischenräume zwischen den Kondensatoren und den Wänden der Ausnehmungen ausfüllt. Dabei kann die Menge der Füllmasse durch Anpassung der Ausnehmungen an die Gehäuseabmessungen der Kondensatoren minimiert werden. In diesem Zusammenhang sind die Ausnehmungen vorzugsweise in Form von taschenförmigen öffnungen ausgebildet. In besonders einfacher Weise lassen sich die Ausnehmungen in Form von quer zur Richtung der Längsausdehnung des Kühlkörpers verlaufenden Schlitzen ausbilden, so daß handelsübliche Aluminium-Profilkörper verwendet werden können.

Zur Verbesserung der Kühlwirkung weist der Kühlkörper Mittel zur Wärmeabführung auf. Diese können im Rahmen der Erfindung aus Kühlrippen und/oder Kühlkanälen zur Flüssigkeitskühlung bestehen.

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Um einerseits die Herstellung von elektrischen Verbindungen zu bzw. zwischen den Kondensatoren und andererseits die mechanische Verbindung des Kühlkörpers beispielsweise mit einem Kühlmittelkreislauf zu erleichtern, ist der Kühlkörper vorzugsweise zweiteilig ausgebildet, wobei der eine Teil des Kühlkörpers die Ausnehmungen mit den Kondensatoren enthält, der andere Teil des Kühlkörpers die Mittel zur wärmeabführung aufweist und beide Teile in flächigem Kontakt aneinanderliegend lösbar miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich auch die Möglichkeit, je nach Höhe der abzuführenden Verlustwärme unterschiedliche Mittel zur Wärmeabführung vorzusehen, ohne daß die Kondensatoranordnung selbst ausgetauscht werden muß. Umgekehrt kann die Kondensatoranordnung ausgetauscht werden, ohne daß dazu der Kühlmit- telkreislauf geöffnet werden muß. Außerdem besteht die Möglichkeit, mehreren, die Ausnehmungen mit den Kondensatoren aufweisenden Kühlkörperteilen ein gemeinsames Kühlkörperteil mit den Mitteln zur Wärmeabführung zuzuordnen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen

FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung in einer Ansicht von unten,

FIG 2 dasselbe Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht, FIG 3 einen der eingesetzten Kondensatoren und
FIG 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung in Seitenansicht.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen einen aus zwei im wesentlichen quaderförmigen Teilen 1 und 2 zusammengesetzten Kühlkörper, der aus Aluminium oder einem anderen Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht. In Figur 3 sind die Teile 1 und 2 nur schemenhaft dargestellt. Das mit 1 bezeichnete Teil des Kühlkörpers enthält auf einer Seite 3 mehrere in Längsrichtung des Teils 1 nebeneinander liegende Ausnehmungen 4 in Form von taschenförmigen Öffnungen. Die Form der Öffnungen 4 richtet sich nach den Gehäuseabmessungen von Kondensatoren

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5, die in die Öffnungen 4 eingesetzt sind. Bei den Kondensatoren 5 handelt es sich um hochfrequenztaugliche Leistungskondensatoren mit einer Kapazität von wenigen nF, einer Betriebsspannung von einigen kV und einer maximal zulässigen Verlustleistung in der Größenordnung von 10 bis 20 W. Die Kondensatoren 5 weisen jeweils ein Gehäuse 6 mit zwei Anschlußdrähten 7 auf einer Gehäuseseite auf. Die taschenförmigen Öffnungen 4 sind so tief, daß bei den eingesetzten Kondensatoren 5 deren Gehäuseseite mit den Anschlußdrähten 7 nicht oder nur geringfügig über die Oberfläche der Seite 3 des Kühlkörperteiles 1 hinausragt. Die Zwischenräume zwischen den wänden der Öffnungen 4 und den Kondensatoren 5 sind mit einer wärmeleitenden, isolierenden Füllmasse 8, beispielsweise einem Kleber, ausgefüllt, wobei die Füllmasse 8 zusätzlich in einer dünnen Schicht die Oberfläche der Seite 3 des Kühlkörperteils 1 bedeckt. Dadurch wird die Kriechstrecke zwischen den Anschlußdrähten 7 und den freiliegenden Bereichen des Kühlkörperteils 1 vergrößert. Wenn die Gehäuse 6 der Kondensatoren aus isolierendem Material bestehen, kann die Füllmasse 8 auch Metallpartikel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit enthalten.

Wie FIG 3 zeigt, können die einzelnen Kondensatoren 5 auf einfache Weise parallel geschaltet werden, indem jeweils einer der Anschlußdrähte 7 mit einer ersten Kupferbahn 9 und die anderen Anschlußdrähte 7 mit einer zweiten Kupferbahn 10 verlötet werden, die parallel zur ersten Kupferbahn 9 ausgerichtet ist und von dieser durch eine Isolierschicht 11 getrennt ist.

Das zweite Teil 2 des Kühlkörpers ist mit dem Kühlkörperteil 1 verschraubt, wobei beide Teile 1 und 2 auf der von der Seite 3 mit den Öffnungen 4 abgewandten Seite flächig aneinander anliegen. Das zweite Kühlkörperteil 2 enthält einen Kühlkanal 12, der das Teil 2 in Richtung seiner Längsausdehnung durchsetzt und an seinen beiden Enden in Anschlußstutzen 13 und 14 zum Anschluß des Teils 2 an einen Kühlmittelkreislauf mündet. Zusätzlich kann das Teil 2 mit hier nicht gezeigten Kühlrippen versehen sein.

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Das in FIG 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung zeigt einen einteiligen Kühlkörper 15, bei dem es sich um einen handelsüblichen Aluminium-Profilkörper mit beidseitig ausgebildeten Rippen handelt, die auf der einen Seite des Kühlkörpers 15 als Kühlrippen 16 dienen und auf der gegenüberliegenden Seite Schlitze 17 zur Aufnahme von Kondensatoren 18 definieren. Die hier gezeigten Kondensatoren 18 weisen axiale Anschlußelemente 19 auf, können aber auch, wie in FIG 3 zu sehen, ausgebildet sein. Die, die Kondensatoren 18 aufnehmenden Schlitze 17 sind mit einer wärmeleitenden Füllmasse 20 ausgefüllt, wodurch die Kondensatoren 18 in den Schlitzen 17 fixiert werden. Natürlich können auch auf der anderen Seite des Kühlkörpers 15 zwischen den Kühlrippen 16 Kondensatoren angeordnet werden. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann ein Kühlkanal 21 vorgesehen werden, der den Kühlkörper 15 in Richtung seiner Längsausdehnung durchsetzt und an seinen beiden Enden in Anschlußstutzen 22 und 23 zum Anschluß an einen Kühlmittelkreislauf mündet.

Claims

G 8 5 5 6OE Schutzansprüche

1. Kondensatoranordnung für Hochleistungs- und Hochfrequenzanwendungen mit mehreren zusammenschaltbaren Kondensatoren (5, 18) und mit einem Kühlkörper (1, 2; 15), der eine oder mehrere Ausnehmungen (4, 17) enthält, wobei die Kondensatoren in den Ausnehmungen (4, 17) angeordnet sind und die Zwischenräume zwischen den Kondensatoren und den Wänden der Ausnehmungen (4, 17) mit einer wärmeleitenden Füllmasse (8, 20) ausgefüllt sind.

2. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Kondensator (5, 18) in einer eigenen Ausnehmung (4, 17) angeordnet ist.

3. Kondensatoranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausnehmungen in Form von taschenförmigen öffnungen (4) ausgebildet sind.

4. Kondensatoranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausnehmungen in Form von quer zur Richtung der Längsausdehnung des Kühlkörpers (15) verlaufenden Schlitzen (17) ausgebildet sind.

5. Kondensatoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kühlkörper (1, 2; 15) Mittel zur Wärmeabführung aufweist.

6. Kondensatoranordnung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zur Wärmeabführung in Form von Kühlrippen (16) ausgebildet sind.

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7. Kondensatoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zur Wärmeabführung in Form von Kühlkanälen (12, 21) zur Flüssigkeitskühlung ausgebildet sind. 5

8. Kondensatoranordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (1, 2) zweiteilig ausgebildet ist, daß der eine Teil (1) des Kühlkörpers die Ausnehmungen (4) mit den Kondensatoren (5) enthält, daß der andere Teil (2) des Kühlkörpers die Mittel (12) zur Wärmeabführung aufweist und daß beide Teile (1, 2) in flächigem Kontakt aneinanderliegend lösbar miteinander verbunden sind.

9. Kondensatoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren, die Ausnehmungen mit den Kondensatoren aufweisenden Kühlkörperteilen ein gemeinsames Kühlkörperteil mit den Mitteln zur wärmeabführung zugeordnet ist.