WO2022228610A2 - Zwischenkreiskondensator mit wärmeableitung - Google Patents

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WO2022228610A2
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capacitor
cooling structure
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heat
busbar
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Daniel Eckstein
Patrick Augustin
Nicolai Gramann
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to an intermediate circuit capacitor with heat dissipation.
  • the invention relates in particular to an intermediate circuit capacitor with heat dissipation, which comprises a lower busbar, an upper busbar, a cooling structure and a number of identical capacitor elements which are arranged between the lower busbar and the upper busbar for electrical contacting, the capacitor elements each being spaced apart in a Longitudinally and at a distance in a transverse direction are arranged and in thermally conductive contact with the cooling structure.
  • DC link capacitors require a lot of space and have the lowest maximum temperature of all components in a drive inverter (traction inverter).
  • Wound film capacitors for example made of polypropylene film
  • film capacitors are customized to the connected semiconductor modules and the respective installation space.
  • the foil wraps are contacted via busbars with the semiconductor modules and the DC input via screw or welded connections.
  • Foil winding and busbars are encapsulated in a plastic housing to protect against moisture and vibration.
  • the intermediate circuit capacitor has at least two metal busbars and at least one latent heat accumulator.
  • the latent heat store is arranged on the busbars in such a way that the latent heat store and the busbars are in a thermally active connection.
  • DE 102019204200 A1 discloses a capacitor, in particular a Intermediate circuit capacitor for a multi-phase system, with a number of identical capacitor elements.
  • the capacitor elements are connected in parallel to one another and together form the intermediate circuit capacitor.
  • At least one intermediate space is formed between the capacitor elements and is at least partially filled by at least one heat-conducting element for dissipating heat from the intermediate circuit capacitor.
  • An embodiment of the intermediate circuit capacitor with heat dissipation comprises a lower busbar, an upper busbar, a cooling structure and a number of identically constructed capacitor elements.
  • the several structurally identical capacitor elements are arranged between the lower busbar and the upper busbar for electrical contacting.
  • the capacitor elements are each arranged at a distance from one another in a longitudinal direction and at a distance from one another in a transverse direction and are in thermally conductive contact with the cooling structure.
  • At least one heat-conducting element is provided, which defines the cooling structure and is materially connected to the lower busbar or the upper busbar. Preferred an outer surface of the lower busbar or the upper busbar is connected to active or passive cooling.
  • the design with the cooling structure using at least one heat-conducting element on the lower busbar or busbar within the intermediate circuit capacitor improves heat conduction to the cooling surface (usually on the underside, but without restricting the invention to this).
  • the size of the intermediate circuit capacitor is minimized in that the at least one heat-conducting element is cohesively connected to the lower or upper busbar, ie the distance between the heat-conducting element and the corresponding busbar is further reduced.
  • the integral connection of the at least one heat-conducting element of the cooling structure consists of a weld.
  • the cooling structure can comprise a number of heat-conducting elements, and a number of embodiments are conceivable for this, as will be described below.
  • the plurality of heat-conducting elements can be arranged parallel to the longitudinal direction and parallel to the transverse direction and each bear against an outer surface of a capacitor element parallel to the longitudinal direction and parallel to the transverse direction of the capacitor elements.
  • the plurality of heat-conducting elements are arranged parallel to the longitudinal direction and are each in contact with an outer surface of a capacitor element parallel to the longitudinal direction of the capacitor elements.
  • the plurality of heat-conducting elements are arranged parallel to the transverse direction and are each in contact with an outer surface of a capacitor element parallel to the transverse direction of the capacitor elements.
  • the plurality of heat-conducting elements are arranged parallel to the transverse direction and lie against a respective plurality of adjacent capacitor elements on an outer surface of the capacitor elements parallel to the transverse direction.
  • the plurality of heat-conducting elements are arranged parallel to the longitudinal direction and are in each case located on a plurality of adjacent capacitor elements on an outer surface of the Capacitor elements parallel to the longitudinal direction.
  • the multiple heat-conducting elements can be designed as cylinders, which are arranged in such a way that the multiple cylinders form a transition from the outer surface of each capacitor element parallel to the longitudinal direction and from the outer surface of each capacitor element parallel to the transverse direction at each transition surface of each of the capacitor elements, issue.
  • the cooling structure is in one piece and consists of several honeycombs.
  • the one-piece cooling structure made up of several honeycombs is materially connected to the lower busbar or the upper busbar.
  • the cooling structure consists of several honeycombs.
  • Each of the honeycombs at least partially encloses a capacitor element on its outer surface in the longitudinal direction, on its outer surface in the transverse direction and on its transition surface.
  • a capacitor element is positioned in each honeycomb and the honeycomb, together with the capacitor element, is cohesively connected to the lower busbar or the upper busbar at the respective predefined position.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an intermediate circuit capacitor according to the present invention, which has not yet been cast with casting compound.
  • FIG. 2 shows another perspective view of the embodiment of the intermediate circuit capacitor from FIG.
  • FIG. 3 shows a perspective view of an embodiment of the arrangement of heat-conducting elements of the cooling structure.
  • Figure 4 shows a perspective view of the spatial assignment of the capacitor elements in relation to the embodiment of the cooling structure in Fig. 3.
  • FIG. 5 to 7 show another embodiment of the arrangement of Heat conducting elements of the cooling structure and the capacitor elements.
  • FIGS. 8 to 10 show a further embodiment of the arrangement of heat-conducting elements of the cooling structure and of the capacitor elements.
  • FIGS. 11 to 13 additionally show yet another embodiment of the arrangement of heat-conducting elements of the cooling structure and of the capacitor elements.
  • FIGS. 14 to 16 additionally show yet another embodiment of the arrangement of heat-conducting elements of the cooling structure and of the capacitor elements.
  • FIGS. 17 to 19 show an embodiment of cylinders as heat-conducting elements of the cooling structure and their spatial assignment to the individual capacitor elements.
  • FIGS. 20 to 22 show a one-piece embodiment of the cooling structure and the assignment of the capacitor elements to the cooling structure
  • FIGS. 23 to 26 show another possible embodiment of the individual heat-conducting elements of the cooling structure and the assignment of the capacitor elements to the cooling structure.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of an intermediate circuit capacitor 1 with heat dissipation according to the present invention.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the embodiment of the intermediate circuit capacitor from FIG. 1 from a different perspective.
  • the intermediate circuit capacitor 1 comprises a lower busbar 2, an upper busbar 4, a cooling structure 5 and a number of identical structures Capacitor elements 3.
  • the several structurally identical capacitor elements 3 are arranged between the lower busbar 2 and the upper busbar 4 for electrical contacting with the busbars 2, 4.
  • the lower busbar 2 forms, for example, a positive connection with at least one first connection element 20.
  • the upper busbar 4 forms, for example, a negative connection with at least one second connection element 22. It can also be the case that the lower busbar 2 has a negative connection and the upper busbar 4 represent a positive connection.
  • the capacitor elements 3 are each arranged at a distance 31 (see, for example, Fig. 3) in a longitudinal direction 30 and at a distance 33 (see, for example, Fig. 3) in a transverse direction 32 and in thermally conductive contact with the cooling structure 5.
  • At least one heat conducting element 6 defines the cooling structure 5 and is materially connected to the lower busbar 2 or the upper busbar 4 .
  • the integral connection of the at least one heat conducting element 6 of the cooling structure 5 consists, for example, of a weld, in particular laser weld, without restricting the invention thereto.
  • An outer surface 11 of the lower busbar 2 or the upper busbar 4 is connected to an active or passive cooling system 10 .
  • the underside of the lower busbar 2 has the outer surface 11 which is connected to the active or passive cooling 10 .
  • the cooling structure 5 can comprise a plurality of heat-conducting elements 6, as also shown in FIGS. 1 and 2, without restricting the invention to this.
  • a number of embodiments for the arrangement of the number of heat-conducting elements 6 of the cooling structure 5 are conceivable, as will be described below with regard to FIGS. 3 to 26.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a possible embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5.
  • Fig. 4 shows a perspective view of the spatial assignment of the capacitor elements 3 in relation to the embodiment of the cooling structure 5 in Fig. 3.
  • the capacitor elements 3 are each arranged at a distance 31 in a longitudinal direction 30 and at a distance 33 in a transverse direction 32 from one another and in a thermally conductive manner Contact with the cooling structure 5.
  • the multiple heat-conducting elements 6 are designed here as cooling ribs or cooling plates or cooling plates.
  • the heat-conducting elements 6, which bear against the outer surface 7 (see Fig. 4) of the respective capacitor element 3 in the longitudinal direction 30, have, for example, a larger area than the heat-conducting elements 6, as shown here, which lie on the outer surface 8 of the respective capacitor element 3 in the transverse direction 32.
  • This embodiment of the invention described here should not be construed as a limitation of the invention.
  • the multiple heat conducting elements 6 are arranged parallel to the longitudinal direction 30 and parallel to the transverse direction 32 . In particular, some of the heat conducting elements 6 are arranged parallel to the longitudinal direction 30 and others parallel to the transverse direction 32 in this embodiment.
  • the plurality of heat-conducting elements 6 are each in contact with an outer surface 7 or 8 of a respective capacitor element 3 .
  • the heat-conducting elements 6 bear against a respective outer surface 7 of a respective capacitor element 3 parallel to the longitudinal direction 30 of the capacitor elements 3, and the other heat-conducting elements 6 bear against a respective outer surface 8 of a respective capacitor element 3 parallel to the transverse direction 32 of the capacitor elements 3.
  • FIG. 5 to 7 show another embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5 and the capacitor elements 3.
  • FIG. 5 shows a perspective view of this embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the spatial assignment of the capacitor elements 3 in relation to the embodiment of the cooling structure 5 in Fig. 5.
  • Fig. 7 shows a top view of the cooling structure 5 and capacitor elements 3 from Fig. 6.
  • the multiple heat conducting elements 6 of the cooling structure 5 are all arranged parallel to the longitudinal direction 30 and lie there in each case on an outer surface 7 of a capacitor element 3 parallel to the longitudinal direction 30 of the capacitor elements 3 .
  • FIG. 8 to 10 show another embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5 and the capacitor elements 3.
  • FIG. 8 shows a perspective view of this embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5.
  • FIG. 9 shows a perspective view the spatial assignment of the capacitor elements 3 in relation to the embodiment of the cooling structure 5 in Fig. 8.
  • Fig. 10 shows a perspective view of the intermediate circuit capacitor 1, again not yet cast, with the cooling structure 5 from Fig. 9 and the upper busbar 4 above the Arrangement of the capacitor elements 3 and the heat-conducting elements 6 of the cooling structure 5 on the lower busbar 2 from Fig. 9.
  • the multiple heat-conducting elements 6 of the cooling structure 5 are all arranged parallel to the transverse direction 32 and are each located on an outer surface 8 of a capacitor element 3 parallel to the transverse direction 32 of the capacitor elements 3 at.
  • FIG. 11 to 13 show yet another embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5 and the capacitor elements 3.
  • Fig. 11 shows a perspective view of this embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5.
  • Fig. 12 shows a perspective view of the spatial Assignment of the capacitor elements 3 in relation to the embodiment of the cooling structure 5 in Fig. 11.
  • Fig. 13 shows a top view of the cooling structure 5 and capacitor elements 3 from Fig. 12.
  • the multiple heat conducting elements 6 of the cooling structure 5 are arranged parallel to the transverse direction 32 and lie there on a respective number of adjacent capacitor elements 3 on an outer surface 8 of the capacitor elements 3 parallel to the transverse direction 32 .
  • a heat-conducting element 6 is in contact with the outer surfaces 8 of two capacitor elements 3 .
  • a single heat-conducting element 6 can bear against the outer surfaces 8 of four adjacent capacitor elements 3 of the intermediate circuit capacitor 1 .
  • the number of capacitor elements 3 of this embodiment shown here and mentioned in the description should not be construed as a limitation of the invention.
  • FIG. 14 shows a perspective view of this embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 of the cooling structure 5.
  • FIG. 15 shows a perspective view of the spatial assignment of the capacitor elements 3 in relation to the embodiment of the cooling structure 5 in FIG Cooling structure 5 and capacitor elements 3 from FIG. 15.
  • the multiple heat-conducting elements 6 are arranged parallel to the longitudinal direction 30 and in each case bear against multiple adjacent capacitor elements 3 on an outer surface 7 of the capacitor elements 3 parallel to the longitudinal direction 30 .
  • a heat-conducting element 6 rests against the outer surfaces 7 parallel to the longitudinal direction 30 of the six (inside) or three (outside) adjacent capacitor elements 3 of the intermediate circuit capacitor 1 .
  • the number of capacitor elements 3 of this embodiment shown here and mentioned in the description should not be construed as a limitation of the invention.
  • the heat-conducting elements 6 are connected to the respective busbar 2 or 4 as simple copper sheets, for example by means of laser welding technology, without restricting the invention to this.
  • FIG. 17 to 19 show an embodiment of the heat conducting elements 6, each of which is in the form of a cylinder 12, of the cooling structure 5 and its spatial assignment to the individual capacitor elements 3.
  • Fig. 17 shows a perspective view of this embodiment of the arrangement of heat conducting elements 6 in the form of cylinders 12 of the cooling structure 5.
  • Fig. 18 shows a perspective view of the spatial assignment of the capacitor elements 3 in relation to the embodiment of the cooling structure 5 in Fig. 17.
  • Fig. 19 shows a plan view of the cooling structure 5 and capacitor elements 3 from Fig. 18.
  • the several heat conducting elements 6 of the cooling structure 5 are designed as cylinders 12.
  • the cylinders 12 are arranged in such a way that they are each attached to each transition surface 9 of each of the capacitor elements 3, with the transition surfaces 9 each forming a transition from the outer surface 7 of each capacitor element 3 parallel to the longitudinal direction 30 and from the outer surface 8 of each capacitor element 3 parallel form to the transverse direction 32, abut.
  • the transition surfaces 9 are, for example, the rounded corner surfaces of the capacitor elements 3.
  • a single cylinder 12 touches one of the four (inside) or two (at the edge) or one (at the corner) transition surface(s). ) 9 each one of the capacitor elements 3 of the intermediate circuit capacitor 1.
  • the embodiment with the cylinders 12 is also conceivable with other numbers of capacitor elements 3 and cylinders 12 and the previous description should not be understood as a limitation of the invention.
  • the cylinders 12 are made, for example, without restricting the invention thereto, from sheet copper or solid copper and connected to the respective busbar 2 or 4, for example by means of laser welding technology.
  • FIG. 20 to 22 show a one-piece embodiment of the cooling structure 5 and the assignment of the capacitor elements 3 to the cooling structure 5.
  • FIG. 20 shows a perspective view of this embodiment of the one-piece cooling structure 5 with honeycombs 14 as heat-conducting elements.
  • 21 shows a perspective view of the spatial assignment of the capacitor elements 3 in relation to the embodiment of the cooling structure 5 in FIG. 20.
  • FIG. 22 shows a plan view of the cooling structure 5 and capacitor elements 3 from FIG several honeycombs 14, six honeycombs 14 in the present example, without restricting the invention thereto.
  • Each of the honeycombs 14 encloses a capacitor element 3 on its outer surface 7 in the longitudinal direction 30, on its outer surface 8 in the transverse direction 32 and on its transition surface 9 at least partially.
  • the one-piece cooling structure 5 is integrally connected to the lower busbar 2 or the upper busbar 4, in the present example with the lower busbar 2.
  • the capacitor elements 3 are, for example, at least approximately abutting ("pressed") in the honeycomb 14, for example, one each Capacitor element 3 arranged in a honeycomb 14, without restricting the invention thereto.
  • FIGS. 23 and 24 show a perspective view of an individual honeycomb 14 as a heat conducting element.
  • a single capacitor element 3 can be assigned to each individual honeycomb 14 .
  • the honeycomb 14 and the capacitor element 3 are disassembled, and in Fig. 24 that is Capacitor element 3 inserted into the honeycomb 14 and rests against the honeycomb 14 to ensure heat dissipation.
  • the capacitor element 3 inserted into the honeycomb 14 and the honeycomb 14 form a unit 15 of the capacitor element 3 and the honeycomb 14.
  • FIG. 25 shows a perspective view of the spatial arrangement of the units 15 of the capacitor elements 3 and the honeycomb 14 on, for example, the lower one Conductor rail 2.
  • the individually arranged honeycombs 14 form the cooling structure 5 (see FIGS. 23 and 24).
  • FIG. 26 shows a plan view of the cooling structure 5 and capacitor elements 3 from FIG. 25.
  • the cooling structure 5 consists of several separate honeycombs 14, in the present example six honeycombs 14, without restricting the invention thereto.
  • a capacitor element 3 is positioned in each honeycomb 14 and a single honeycomb 14 is materially connected together with the respective capacitor element 3 at the respective predefined position with the lower busbar 2 or the upper busbar 4, in the present example with the lower power rail 2.
  • the honeycombs 14 are made of copper sheeting, for example, without restricting the invention to this, and are connected to the respective conductor rail 2 or 4, for example by means of laser welding technology.
  • the finished intermediate circuit capacitor 1 is usually cast with a casting compound (not shown).
  • the encapsulation can, for example, without restricting the invention to this, comprise polyurethane (PU) or epoxy resin and, like plastic foils of the capacitor elements 3 (foil winding), conducts heat poorly.
  • the integrated cooling structure 5 increases the cooling surface inside the intermediate circuit capacitor 1 along the capacitor elements 3, in particular along the outer sides 7, 8 and/or transition surfaces 9, which are in contact with the heat-conducting elements 6, 12, 14, and improves the thermal conductivity overall .
  • the heat is conducted via the cooling structure 5 to the underside of the intermediate circuit capacitor 1, which is actively or passively cooled (see active or passive cooling 10 in FIG. 1).
  • an upper side of the intermediate circuit capacitor 1 can also have active or passive cooling 10 (not shown).

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Abstract

Ein Zwischenkreiskondensator (1) mit Wärmeableitung umfasst eine untere Stromschiene (2), eine obere Stromschiene (4), eine Kühlstruktur (5) und mehrere baugleiche Kondensatorelemente (3), die zwischen der unteren Stromschiene (2) und der oberen Stromschiene (4) zur elektrischen Kontaktierung angeordnet sind. Die Kondensatorelemente (3) sind jeweils in einem Abstand (31) in einer Längsrichtung (30) und in einem Abstand (33) in einer Querrichtung (32) angeordnet und in einem wärmeleitenden Kontakt mit der Kühlstruktur (5). Mindestens ein Wärmeleitelement (6) definiert die Kühlstruktur (5) und ist stoffschlüssig mit der unteren Stromschiene (2) oder der oberen Stromschiene (4) verbunden. Eine Außenfläche (11) der unteren Stromschiene (2) oder der oberen Stromschiene (4) ist mit einer aktiven oder passiven Kühlung (10) verbunden.

Description

Zwischenkreiskondensator mit Wärmeableitung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Zwischenkreiskondensator mit Wärmeableitung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Zwischenkreiskondensator mit Wärmeableitung, der eine untere Stromschiene, eine obere Stromschiene, eine Kühlstruktur und mehrere baugleiche Kondensatorelemente umfasst, die zwischen der unteren Stromschiene und der oberen Stromschiene zur elektrischen Kontaktierung angeordnet sind, wobei die Kondensatorelemente jeweils in einem Abstand in einer Längsrichtung und in einem Abstand in einer Querrichtung angeordnet und in einem wärmeleitenden Kontakt mit der Kühlstruktur sind.
Stand der Technik
Zwischenkreiskondensatoren (im Englischen „DC-Link capacitor“) benötigen viel Bauraum und haben die niedrigste Maximaltemperatur aller Komponenten in einem Antriebsinverter (T raktionsinverter).
Aus dem Stand der Technik sind gewickelte Folienkondensatoren (beispielsweise aus Polypropylen-Folie) mit unterschiedlicher Foliendicke je nach Einsatzspannung bekannt. In Antriebsinvertern werden Folienkondensatoren an die angeschlossenen Halbleitermodule und den jeweiligen Bauraum kundenspezifisch angepasst. Die Folienwickel werden über Stromschienen mit den Halbleitermodulen und dem DC- Eingang über Schraub- oder Schweißverbindungen kontaktiert. Folienwickel und Stromschienen werden in ein Kunststoffgehäuse vergossen, zum Schutz vor Feuchtigkeit und Vibration.
DE 102019213 153 A1 offenbart einen Zwischenkreiskondensator für einen Stromrichter. Der Zwischenkreiskondensator weist mindestens zwei metallene Stromschienen und mindestens einen Latentwärmespeicher auf. Der Latentwärmespeicher ist derart an den Stromschienen angeordnet, dass der Latentwärmespeicher und die Stromschienen in einer thermischen Wirkverbindung stehen.
DE 102019204200 A1 offenbart einen Kondensator, insbesondere einen Zwischenkreiskondensator für ein Mehrphasensystem, mit einer Mehrzahl an baugleichen Kondensatorelementen. Die Kondensatorelemente sind parallel zueinander geschaltet und bilden zusammen den Zwischenkreiskondensator. Zwischen den Kondensatorelementen ist wenigstens ein Zwischenraum ausgebildet, der von wenigstens einem Wärmeleitelement zur Ableitung von Wärme aus dem Zwischenkreiskondensator zumindest teilweise ausgefüllt ist.
Durch den Betrieb und die hohen Ströme in Traktionsinvertern entsteht im Zwischenkreiskondensator Verlustwärme. Die entstehende Verlustwärme muss abgeführt werden, um den sicheren Betrieb des Zwischenkreiskondensators innerhalb seiner jeweiligen Spezifikation zu gewährleisten. Je besser die Wärmeableitung ist, desto kleiner, leichter und kostengünstiger kann der Zwischenkreiskondensator gebaut werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Zwischenkreiskondensator mit Wärmeableitung zu schaffen, wobei die Größe des Zwischenkreiskondensators minimiert und die Wärmeableitung optimiert ist.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Eine Ausführungsform des Zwischenkreiskondensators mit Wärmeableitung umfasst eine untere Stromschiene, eine obere Stromschiene, eine Kühlstruktur und mehrere baugleiche Kondensatorelemente. Die mehreren baugleichen Kondensatorelemente sind zwischen der unteren Stromschiene und der oberen Stromschiene zur elektrischen Kontaktierung angeordnet. Dabei sind die Kondensatorelemente jeweils in einem Abstand in einer Längsrichtung und in einem Abstand in einer Querrichtung zueinander angeordnet und in einem wärmeleitenden Kontakt mit der Kühlstruktur.
In einer Ausführungsform des Zwischenkreiskondensators ist mindestens ein Wärmeleitelement vorgesehen, das die Kühlstruktur definiert und das stoffschlüssig mit der unteren Stromschiene oder der oberen Stromschiene verbunden ist. Bevorzugt ist eine Außenfläche der unteren Stromschiene oder der oberen Stromschiene mit einer aktiven oder passiven Kühlung verbunden. Durch die Bauweise mit der Kühlstruktur mittels mindestens eines Wärmeleitelements auf der unteren oder Stromschiene innerhalb des Zwischenkreiskondensators wird die Wärmeleitung zur Kühlfläche (meist auf der Unterseite, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung hierauf) verbessert. Außerdem wird die Größe des Zwischenkreiskondensators minimiert, indem das mindestens eine Wärmeleitelement stoffschlüssig mit der unteren oder oberen Stromschiene verbunden ist, also der Abstand zwischen Wärmeleitelement und entsprechender Stromschiene nochmals verkleinert wird.
In einer Ausführungsform des Zwischenkreiskondensators besteht die stoffschlüssige Verbindung des mindestens einen Wärmeleitelements der Kühlstruktur aus einer Verschweißung.
Die Kühlstruktur kann mehrere Wärmeleitelemente umfassen und dafür sind mehrere Ausführungsformen denkbar, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die mehreren Wärmeleitelemente können parallel zur Längsrichtung und parallel zur Querrichtung angeordnet sein und dabei jeweils an einer Außenfläche jeweils eines Kondensatorelements parallel zur Längsrichtung und parallel zur Querrichtung der Kondensatorelemente anliegen.
In einer anderen Ausführungsform sind die mehreren Wärmeleitelemente parallel zur Längsrichtung angeordnet und liegen dabei jeweils an einer Außenfläche jeweils eines Kondensatorelements parallel zur Längsrichtung der Kondensatorelemente an.
In einerweiteren Ausführungsform sind die mehreren Wärmeleitelemente parallel zur Querrichtung angeordnet und liegen dabei jeweils an einer Außenfläche jeweils eines Kondensatorelements parallel zur Querrichtung der Kondensatorelemente an.
In einer noch weiteren Ausführungsform sind die mehreren Wärmeleitelemente parallel zur Querrichtung angeordnet und liegen dabei an jeweils mehreren benachbarten Kondensatorelementen an einer Außenfläche der Kondensatorelemente parallel zur Querrichtung an.
In einer noch weiteren Ausführungsform sind die mehreren Wärmeleitelemente parallel zur Längsrichtung angeordnet und liegen dabei an jeweils mehreren benachbarten Kondensatorelementen an einer Außenfläche der Kondensatorelemente parallel zur Längsrichtung an.
Die mehreren Wärmeleitelemente können als Zylinder ausgebildet sein, die derart angeordnet sind, dass die mehreren Zylinder jeweils an einer jeden Übergangsfläche eines jeden der Kondensatorelemente einen Übergang von der Außenfläche eines jeden Kondensatorelements parallel zur Längsrichtung und von der Außenfläche eines jeden Kondensatorelements parallel zur Querrichtung bilden, anliegen.
In einer Ausführungsform ist die Kühlstruktur einstückig und besteht aus mehreren Waben. Die einstückige Kühlstruktur aus mehreren Waben ist mit der unteren Stromschiene oder der oberen Stromschiene stoffschlüssig verbunden.
In einer anderen Ausführungsform besteht die Kühlstruktur aus mehreren Waben. Jede der Waben umschließt je ein Kondensatorelement an dessen Außenfläche in Längsrichtung, an dessen Außenfläche in Querrichtung und an dessen Übergangsfläche zumindest teilweise. In jede Wabe ist ein Kondensatorelement positioniert und die Wabe ist zusammen mit dem Kondensatorelement an der jeweils vordefinierten Position mit der unteren Stromschiene oder der oberen Stromschiene stoffschlüssig verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zwischenkreiskondensators, gemäß der vorliegenden Erfindung der noch nicht mit Vergussmasse vergossen ist.
Figur 2 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Ausführungsform des Zwischenkreiskondensators aus Fig. 1.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen der Kühlstruktur.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur in Fig. 3.
Figur 5 bis 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen der Kühlstruktur und der Kondensatorelemente.
Figur 8 bis 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen der Kühlstruktur und der Kondensatorelemente.
Figur 11 bis 13 zeigen zusätzlich eine noch weitere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen der Kühlstruktur und der Kondensatorelemente.
Figur 14 bis 16 zeigen zusätzlich eine noch weitere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen der Kühlstruktur und der Kondensatorelemente.
Figur 17 bis 19 zeigen eine Ausführungsform von Zylindern als Wärmeleitelemente der Kühlstruktur und deren räumliche Zuordnung zu den einzelnen Kondensatorelementen.
Figur 20 bis 22 zeigen eine einstückige Ausführungsform der Kühlstruktur und der Zuordnung der Kondensatorelemente zur Kühlstruktur
Figur 23 bis 26 zeigen eine weitere Möglichkeit der Ausführungsform der einzelnen Wärmeleitelemente der Kühlstruktur und der Zuordnung der Kondensatorelemente zur Kühlstruktur.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und beziehen sich auf Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung der Erfindung. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Mithin sind die Zeichnungen nicht als Beschränkung der Erfindung auf die diskutierten Ausführungsbeispiele aufzufassen.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Zwischenkreiskondensators 1 mit Wärmeableitung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des Zwischenkreiskondensators aus Fig. 1 aus einer anderen Perspektive. In den beiden Darstellungen ist der Zwischenkreiskondensator 1 noch nicht mit Vergussmasse vergossen. Der Zwischenkreiskondensator 1 umfasst eine untere Stromschiene 2, eine obere Stromschiene 4, eine Kühlstruktur 5 und mehrere baugleiche Kondensatorelemente 3. Die mehreren baugleichen Kondensatorelemente 3 sind zwischen der unteren Stromschiene 2 und der oberen Stromschiene 4 zur elektrischen Kontaktierung mit den Stromschienen 2, 4 angeordnet. Die untere Stromschiene 2 bildet beispielsweise einen positiven Anschluss mit mindestens einem ersten Anschlusselement 20. Die obere Stromschiene 4 bildet beispielsweise einen negativen Anschluss mit mindestens einem zweiten Anschlusselement 22. Ebenso kann es sein, dass die untere Stromschiene 2 einen negativen Anschluss und die obere Stromschiene 4 einen positiven Anschluss darstellen.
Die Kondensatorelemente 3 sind jeweils in einem Abstand 31 (siehe beispielweise Fig. 3) in einer Längsrichtung 30 und in einem Abstand 33 (siehe beispielweise Fig. 3) in einer Querrichtung 32 angeordnet und in einem wärmeleitenden Kontakt mit der Kühlstruktur 5.
Mindestens ein Wärmeleitelement 6 definiert die Kühlstruktur 5 und ist stoffschlüssig mit der unteren Stromschiene 2 oder der oberen Stromschiene 4 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung des mindestens einen Wärmeleitelements 6 der Kühlstruktur 5 besteht beispielsweise aus einer Verschweißung, insbesondere Laserschweißung, ohne Einschränkung der Erfindung hierauf.
Eine Außenfläche 11 der unteren Stromschiene 2 oder der oberen Stromschiene 4 ist mit einer aktiven oder passiven Kühlung 10 verbunden. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Unterseite der unteren Stromschiene 2 die Außenfläche 11 auf, die mit der aktiven oder passiven Kühlung 10 verbunden ist.
Generell kann die Kühlstruktur 5 mehrere Wärmeleitelemente 6 umfassen, wie auch in den Fig. 1 und 2 dargestellt, ohne Einschränkung der Erfindung hierauf. Dabei sind mehrere Ausführungsformen für die Anordnung der mehreren Wärmeleitelemente 6 der Kühlstruktur 5 denkbar, wie nachfolgend zu den Fig. 3 bis 26 beschrieben wird.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente 3 in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur 5 in Fig. 3. Die Kondensatorelemente 3 sind jeweils in einem Abstand 31 in einer Längsrichtung 30 und in einem Abstand 33 in einer Querrichtung 32 zueinander angeordnet und in einem wärmeleitenden Kontakt mit der Kühlstruktur 5.
Die mehreren Wärmeleitelemente 6 sind hier als Kühlrippen beziehungsweise Kühlplatten beziehungsweise Kühlbleche ausgebildet. Die Wärmeleitelemente 6, die an der Außenfläche 7 (siehe Fig. 4) der jeweiligen Kondensatorelemente 3 in Längsrichtung 30 anliegen, weisen beispielsweise eine größere Fläche auf als die Wärmeleitelemente 6, wie hier dargestellt, die an der Außenfläche 8 des jeweiligen Kondensatorelements 3 in Querrichtung 32 anliegen. Diese hier beschriebene Ausgestaltung der Erfindung soll nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Die mehreren Wärmeleitelemente 6 sind parallel zur Längsrichtung 30 und parallel zur Querrichtung 32 angeordnet. Insbesondere sind bei dieser Ausführungsform einige der Wärmeleitelemente 6 parallel zur Längsrichtung 30 und andere parallel zur Querrichtung 32 angeordnet. Die mehreren Wärmeleitelemente 6 liegen jeweils an einer Außenfläche 7 oder 8 eines jeweiligen Kondensatorelements 3 an. Insbesondere liegen die Wärmeleitelemente 6 an einer jeweiligen Außenfläche 7 eines jeweiligen Kondensatorelements 3 parallel zur Längsrichtung 30 der Kondensatorelemente 3 an, und die anderen Wärmeleitelemente 6 liegen an einer jeweiligen Außenfläche 8 eines jeweiligen Kondensatorelements 3 parallel zur Querrichtung 32 der Kondensatorelemente 3 an.
Fig. 5 bis 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5 und der Kondensatorelemente 3. Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5. Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente 3 in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur 5 in Fig. 5. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht der Kühlstruktur 5 und Kondensatorelemente 3 aus Fig. 6. Die mehreren Wärmeleitelemente 6 der Kühlstruktur 5 sind allesamt parallel zur Längsrichtung 30 angeordnet und liegen dabei jeweils an einer Außenfläche 7 jeweils eines Kondensatorelements 3 parallel zur Längsrichtung 30 der Kondensatorelemente 3 an.
Fig. 8 bis 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5 und der Kondensatorelemente 3. Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5. Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente 3 in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur 5 in Fig. 8. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht des Zwischenkreiskondensators 1 , wieder noch nicht vergossen, mit der Kühlstruktur 5 aus Fig. 9 und der oberen Stromschiene 4 über der Anordnung der Kondensatorelemente 3 und der Wärmeleitelemente 6 der Kühlstruktur 5 auf der unteren Stromschiene 2 aus Fig. 9. Die mehreren Wärmeleitelemente 6 der Kühlstruktur 5 sind allesamt parallel zur Querrichtung 32 angeordnet und liegen dabei jeweils an einer Außenfläche 8 jeweils eines Kondensatorelements 3 parallel zur Querrichtung 32 der Kondensatorelemente 3 an.
Fig. 11 bis 13 zeigen eine noch weitere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5 und der Kondensatorelemente 3. Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5. Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente 3 in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur 5 in Fig. 11. Fig. 13 zeigt eine Draufsicht der Kühlstruktur 5 und Kondensatorelemente 3 aus Fig. 12. Die mehreren Wärmeleitelemente 6 der Kühlstruktur 5 sind parallel zur Querrichtung 32 angeordnet und liegen dabei an jeweils mehreren benachbarten Kondensatorelementen 3 an einer Außenfläche 8 der Kondensatorelemente 3 parallel zur Querrichtung 32 an. Im dargestellten Fall liegt je ein Wärmeleitelement 6 an den Außenflächen 8 zweier Kondensatorelemente 3 an. Wie der hier dargestellten Ausführungsform zu entnehmen ist, kann ein einziges Wärmeleitelement 6 an den Außenflächen 8 von vier benachbarten Kondensatorelementen 3 des Zwischenkreiskondensators 1 anliegen. Die hier dargestellte und in der Beschreibung erwähnte Anzahl der Kondensatorelemente 3 dieser Ausführungsform soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
Fig. 14 bis 16 zeigen zusätzlich eine noch weitere Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5 und der Kondensatorelemente 3. Fig.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 der Kühlstruktur 5. Fig. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente 3 in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur 5 in Fig. 14. Fig. 16 zeigt eine Draufsicht der Kühlstruktur 5 und Kondensatorelemente 3 aus Fig. 15. Die mehreren Wärmeleitelemente 6 sind parallel zur Längsrichtung 30 angeordnet und liegen dabei jeweils an mehreren benachbarten Kondensatorelementen 3 an einer Außenfläche 7 der Kondensatorelemente 3 parallel zur Längsrichtung 30 an. Im dargestellten Fall liegt je ein Wärmeleitelement 6 an den Außenflächen 7 parallel zur Längsrichtung 30 der sechs (innen) beziehungsweise drei (außen) jeweils benachbarten Kondensatorelemente 3 des Zwischenkreiskondensators 1 an. Die hier dargestellte und in der Beschreibung erwähnte Anzahl der Kondensatorelemente 3 dieser Ausführungsform soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
In den Darstellungen nach Fig. 1 bis 16 werden die Wärmeleitelemente 6 beispielsweise, ohne Beschränkung der Erfindung hierauf, als einfache Kupferbleche mit der jeweiligen Stromschiene 2 oder 4 verbunden, beispielsweise mittels Laserschweißtechnik.
Fig. 17 bis 19 zeigen eine Ausführungsform der Wärmeleitelemente 6, die in Form von jeweils einem Zylinder 12 ausgebildet sind, der Kühlstruktur 5 und deren räumliche Zuordnung zu den einzelnen Kondensatorelementen 3. Fig. 17 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform der Anordnung von Wärmeleitelementen 6 in Form von Zylindern 12 der Kühlstruktur 5. Fig. 18 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente 3 in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur 5 in Fig. 17. Fig. 19 zeigt eine Draufsicht der Kühlstruktur 5 und Kondensatorelemente 3 aus Fig. 18. Die mehreren Wärmeleitelemente 6 der Kühlstruktur 5 sind als Zylinder 12 ausgebildet. Die Zylinder 12 sind derart angeordnet, dass sie jeweils an einer jeden Übergangsfläche 9 eines jeden der Kondensatorelemente 3, wobei die Übergangsflächen 9 jeweils einen Übergang von der Außenfläche 7 eines jeden Kondensatorelements 3 parallel zur Längsrichtung 30 und von der Außenfläche 8 eines jeden Kondensatorelemente 3 parallel zur Querrichtung 32 bilden, anliegen. Die Übergangsflächen 9 sind in der dargestellten Ausführungsform des Kondensatorelements 3 beispielsweise die abgerundeten Eckflächen der Kondensatorelemente 3. In dieser Ausführungsform berührt ein einzelner Zylinder 12 je eine der vier (innen) beziehungsweise zwei (am Rand) beziehungsweise eine (an der Ecke) Übergangsfläche(n) 9 jeweils eines der Kondensatorelemente 3 des Zwischenkreiskondensators 1. Somit liegen immer vier beziehungsweise zwei beziehungsweise ein Zylinder 12 an jedem der Kondensatorelemente 3 an deren jeweiligen Übergangsflächen 9 an. Auch die Ausführungsform mit den Zylindern 12 ist mit anderen Anzahlen von Kondensatorelementen 3 und Zylindern 12 denkbar und die vorherige Beschreibung sei nicht als Beschränkung der Erfindung verstanden.
In den Darstellungen nach Fig. 17 bis 19 werden die Zylinder 12 beispielsweise, ohne Beschränkung der Erfindung hierauf, aus Kupferblech oder aus massivem Kupfer gefertigt und mit der jeweiligen Stromschiene 2 oder 4 verbunden, beispielsweise mittels Laserschweißtechnik.
Fig. 20 bis 22 zeigen eine einstückige Ausführungsform der Kühlstruktur 5 und der Zuordnung der Kondensatorelemente 3 zur Kühlstruktur 5. Fig. 20 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform der einstückigen Kühlstruktur 5 mit Waben 14 als Wärmeleitelemente. Fig. 21 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Zuordnung der Kondensatorelemente 3 in Bezug auf die Ausführungsform der Kühlstruktur 5 in Fig. 20. Fig. 22 zeigt eine Draufsicht der Kühlstruktur 5 und Kondensatorelemente 3 aus Fig. 21. Die Kühlstruktur 5 ist einstückig und umfasst mehrere Waben 14, im vorliegenden Beispiel sechs Waben 14, ohne Beschränkung der Erfindung hierauf. Jede der Waben 14 umschließt je ein Kondensatorelement 3 an dessen Außenfläche 7 in Längsrichtung 30, an dessen Außenfläche 8 in Querrichtung 32 und an dessen Übergangsfläche 9 zumindest teilweise. Die einstückige Kühlstruktur 5 ist mit der unteren Stromschiene 2 oder der oberen Stromschiene 4 stoffschlüssig verbunden, im vorliegenden Beispiel mit der unteren Stromschiene 2. Die Kondensatorelemente 3 sind beispielsweise zumindest annähernd anstoßend („eingepresst“) in den Waben 14 angeordnet, beispielsweise ist je ein Kondensatorelement 3 in je einer Wabe 14 angeordnet, ohne Beschränkung der Erfindung hierauf.
Fig. 23 bis 26 zeigen eine weitere Möglichkeit der Ausführungsform der einzelnen Wärmeleitelemente 6 der Kühlstruktur 5 und der Zuordnung der Kondensatorelemente 3 zur Kühlstruktur 5. Fig. 23 und 24 zeigt eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Wabe 14 als Wärmeleitelement. Jeder einzelnen Wabe 14 kann ein einzelnes Kondensatorelement 3 zugeordnet werden. In Fig. 23 sind die Wabe 14 und das Kondensatorelement 3 auseinandergenommen, und in Fig. 24 ist das Kondensatorelement 3 in die Wabe 14 eingesetzt und liegt an der Wabe 14 an, um die Wärmeableitung zu gewährleisten. Das in die Wabe 14 eingesetzte Kondensatorelement 3 und die Wabe 14 bilden eine Einheit 15 aus dem Kondensatorelement 3 und der Wabe 14. Fig. 25 zeigt eine perspektivische Ansicht der räumlichen Anordnung der Einheiten 15 aus den Kondensatorelementen 3 und den Waben 14 auf beispielsweise der unteren Stromschiene 2. Die einzeln angeordneten Waben 14 bilden die Kühlstruktur 5 aus (siehe Fig. 23 und 24). Fig. 26 zeigt eine Draufsicht der Kühlstruktur 5 und Kondensatorelemente 3 aus Fig. 25. Die Kühlstruktur 5 besteht aus mehreren separaten Waben 14, im vorliegenden Beispiel sechs Waben 14, ohne Beschränkung der Erfindung hierauf. Im zusammenmontierten Zustand des Zwischenkreiskondensators 1 ist in jede Wabe 14 ein Kondensatorelement 3 positioniert und eine einzelne Wabe 14 ist zusammen mit dem jeweiligen Kondensatorelement 3 an der jeweils vordefinierten Position mit der unteren Stromschiene 2 oder der oberen Stromschiene 4 stoffschlüssig verbunden, im vorliegenden Beispiel mit der unteren Stromschiene 2.
In den Darstellungen nach Fig. 20 bis 26 werden die Waben 14 beispielsweise, ohne Beschränkung der Erfindung hierauf, aus Kupferblech gefertigt und mit der jeweiligen Stromschiene 2 oder 4 verbunden, beispielsweise mittels Laserschweißtechnik.
In allen Ausführungsformen ist der fertige Zwischenkreiskondensator 1 üblicherweise mit einer Vergussmasse (nicht dargestellt) vergossen. Der Verguss kann beispielsweise, ohne Beschränkung der Erfindung hierauf, Polyurethan (PU) oder Epoxidharz umfassen und leitet wie Kunststofffolien der Kondensatorelemente 3 (Folienwickel) schlecht die Wärme. Durch die integrierte Kühlstruktur 5 wird die Kühlfläche im Inneren des Zwischenkreiskondensators 1 entlang der Kondensatorelemente 3, insbesondere entlang der Außenseiten 7, 8 und/oder Übergangsflächen 9, die mit den Wärmeleitelementen 6, 12, 14 in Kontakt sind, erhöht und verbessert insgesamt die Wärmeleitfähigkeit. Die Wärme wird über die Kühlstruktur 5 auf die Unterseite des Zwischenkreiskondensators 1 geleitet, welche aktiv oder passiv gekühlt wird (siehe aktive oder passive Kühlung 10 in Fig. 1). Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Oberseite des Zwischenkreiskondensators 1 eine aktive oder passive Kühlung 10 aufweisen (nicht dargestellt).
Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele der darin erwähnten Vorteile durch die vorhergehende Beschreibung verständlich werden. Es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in Form, Anzahl, Konstruktion und Anordnung der Bauteile durchgeführt werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen. Die beschriebene Form ist lediglich erklärend, und es ist die Absicht der beigefügten Ansprüche, solche Änderungen zu umfassen und einzuschließen. Dementsprechend sollte der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.
Bezuqszeichenliste Zwischenkreiskondensator untere Stromschiene Kondensatorelemente obere Stromschiene Kühlstruktur Wärmeleitelement Außenfläche des Kondensatorelements in Längsrichtung Außenfläche des Kondensatorelements in Querrichtung Übergangsfläche des Kondensatorelements aktive oder passive Kühlung Außenfläche der Stromschiene Zylinder Wabe Einheit aus Wabe und Kondensatorelement erstes Anschlusselement zweites Anschlusselement Längsrichtung Abstand in Längsrichtung Querrichtung Abstand in Querrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Zwischenkreiskondensator (1 ) mit Wärmeableitung umfassend eine untere Stromschiene (2), eine obere Stromschiene (4), eine Kühlstruktur (5) und mehrere baugleiche Kondensatorelemente (3), die zwischen der unteren Stromschiene (2) und der oberen Stromschiene (4) zur elektrischen Kontaktierung angeordnet sind, wobei die Kondensatorelemente (3) jeweils in einem Abstand (31) in einer Längsrichtung (30) und in einem Abstand (33) in einer Querrichtung (32) zueinander angeordnet und in einem wärmeleitenden Kontakt mit der Kühlstruktur (5) sind, gekennzeichnet durch: mindestens ein Wärmeleitelement (6), das die Kühlstruktur (5) definiert und das stoffschlüssig mit der unteren Stromschiene (2) oder der oberen Stromschiene (4) verbunden ist; und eine Außenfläche (11) der unteren Stromschiene (2) oder der oberen Stromschiene (4) mit einer aktiven oder passiven Kühlung (10) verbunden ist.
2. Zwischenkreiskondensator (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die stoffschlüssige Verbindung des mindestens einen Wärmeleitelements (6) der Kühlstruktur (5) aus einer Verschweißung besteht.
3. Zwischenkreiskondensator (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kühlstruktur (5) mehrere Wärmeleitelemente (6) umfasst, die parallel zur Längsrichtung (30) und parallel zur Querrichtung (32) angeordnet sind und dabei jeweils an einer Außenfläche (7, 8) jeweils eines Kondensatorelements (3) parallel zur Längsrichtung (30) und parallel zur Querrichtung (32) der Kondensatorelemente (3) anliegen.
4. Zwischenkreiskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kühlstruktur (5) mehrere Wärmeleitelemente (6) umfasst, die parallel zur Längsrichtung (30) angeordnet sind und dabei jeweils an einer Außenfläche (7) jeweils eines Kondensatorelements (3) parallel zur Längsrichtung (30) der Kondensatorelemente (3) anliegen.
5. Zwischenkreiskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kühlstruktur (5) mehrere Wärmeleitelemente (6) umfasst, die parallel zur Querrichtung (32) angeordnet sind und dabei jeweils an einer Außenfläche (8) jeweils eines Kondensatorelements (3) parallel zur Querrichtung (32) der Kondensatorelemente (3) anliegen.
6. Zwischenkreiskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kühlstruktur (5) mehrere Wärmeleitelemente (6) umfasst, die parallel zur Querrichtung (32) angeordnet sind und dabei an jeweils mehreren benachbarten Kondensatorelementen (3) an einer Außenfläche (8) der Kondensatorelemente (3) parallel zur Querrichtung (32) anliegen.
7. Zwischenkreiskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kühlstruktur (5) mehrere Wärmeleitelemente (6) umfasst, die parallel zur Längsrichtung (30) angeordnet sind und dabei an jeweils mehreren benachbarten Kondensatorelementen (3) an einer Außenfläche (7) der Kondensatorelemente (3) parallel zur Längsrichtung (30) anliegen.
8. Zwischenkreiskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2 wobei die Kühlstruktur (5) mehrere Wärmeleitelemente (6) umfasst, die als Zylinder (12) ausgebildet sind, wobei die Zylinder (12) derart angeordnet sind, dass die mehreren Zylinder (12) jeweils an einer jeden Übergangsfläche (9) eines jeden der Kondensatorelemente (3) die einen Übergang von der Außenfläche (7) eines jeden Kondensatorelements (3) parallel zur Längsrichtung (30) und der Außenfläche (8) eines jeden Kondensatorelements (3) parallel zur Querrichtung (32) bilden, anliegen.
9. Zwischenkreiskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kühlstruktur (5) einstückig ist und mehrere Waben (14) umfasst, jede der Waben (14) je ein Kondensatorelement (3) an dessen Außenfläche (7) in Längsrichtung (30), an dessen Außenfläche (8) in Querrichtung (32) und an dessen Übergangsfläche (9) zumindest teilweise umschließt und die einstückige Kühlstruktur (5) mit der unteren Stromschiene (2) oder der oberen Stromschiene (4) stoffschlüssig verbunden ist.
10. Zwischenkreiskondensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kühlstruktur (5) aus mehreren Waben (14) besteht, wobei in jeder Wabe (14) ein Kondensatorelement (3) positioniert ist und die Wabe (14) zusammen mit dem Kondensatorelement (3) an der jeweils vordefinierten Position mit der unteren Stromschiene (2) oder der oberen Stromschiene (4) stoffschlüssig verbunden ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019204200A1 (de) 2019-03-27 2020-10-01 Robert Bosch Gmbh Kondensator, insbesondere Zwischenkreiskondensator für ein Mehrphasensystem
DE102019213153A1 (de) 2019-08-30 2021-03-04 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Zwischenkreiskondensator mit Latentwärmespeicher

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106463260B (zh) * 2014-07-02 2019-05-03 松下知识产权经营株式会社 薄膜电容器
JP6347768B2 (ja) 2015-01-22 2018-06-27 カルソニックカンセイ株式会社 コンデンサ構造

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019204200A1 (de) 2019-03-27 2020-10-01 Robert Bosch Gmbh Kondensator, insbesondere Zwischenkreiskondensator für ein Mehrphasensystem
DE102019213153A1 (de) 2019-08-30 2021-03-04 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Zwischenkreiskondensator mit Latentwärmespeicher

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