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DE29622811U1 - Cooling system for a traction device - Google Patents

Cooling system for a traction device

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DE29622811U1
DE29622811U1 DE29622811U DE29622811U DE29622811U1 DE 29622811 U1 DE29622811 U1 DE 29622811U1 DE 29622811 U DE29622811 U DE 29622811U DE 29622811 U DE29622811 U DE 29622811U DE 29622811 U1 DE29622811 U1 DE 29622811U1
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Germany
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cooling
cooling system
traction motor
circuit
common
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DE29622811U
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
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Description

GR 96 G 3150 DEGR 96 G 3150 DE

BeschreibungDescription

Kühlsystem für eine TraktionseinrichtungCooling system for a traction device

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Traktionseinrichtung. The invention relates to a cooling system for a traction device.

Derartige Traktionseinrichtungen sind z.B. in Schienenfahrzeugen vorhanden und werden auch als TraktionsausrüstungenSuch traction devices are present, for example, in rail vehicles and are also referred to as traction equipment

10' bezeichnet. Die bekannten Traktionseinrichtungen benötigen ein Kühlsystem zur Kühlung ihrer Komponenten. Im bekannten Fall werden die Komponenten der Traktionseinrichtung, wie Stromrichter, Fahrmotoren, Transformatoren, jeweils von einem separaten Kühlkreislauf gekühlt. Die als Abwärme nutzbare Verlustleistung dieser Kühlkreisläufe wird jeweils einem Wärmetauscher zugeführt. Für die Nutzung der Abwärme muß bei derartigen Kühlsystemen neben der thermischen Leistung auch die Vorlauftemperatur ausreichend sein. Aufgrund der getrennten Kühlkreisläufe ist die Vorlauftemperatur im bekannten 0 Fall jedoch nicht unter allen Fahrbedingungen ausreichend.10'. The known traction devices require a cooling system to cool their components. In the known case, the components of the traction device, such as power converters, traction motors, transformers, are each cooled by a separate cooling circuit. The power loss from these cooling circuits, which can be used as waste heat, is fed to a heat exchanger. In order to use the waste heat, the flow temperature of such cooling systems must be sufficient in addition to the thermal output. Due to the separate cooling circuits, the flow temperature in the known case is not sufficient under all driving conditions.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter allen Fahrbedingungen eine höhere Vorlauftemperatur gewährleistet. 25The object of the present invention is therefore to create a cooling system of the type mentioned at the beginning that ensures a higher flow temperature under all driving conditions. 25

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention by the features in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

0 Das erfindungsgemäße Kühlsystem weist einen gemeinsamen Kühlkreislauf für alle Komponenten der Traktionseinrichtung auf.0 The cooling system according to the invention has a common cooling circuit for all components of the traction device.

GR 96 G 3150 DEGR 96 G 3150 DE

2
Durch die Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf werden zunächst2
The coolant in the cooling circuit initially

die Komponenten, für die ein niedrigeres Temperaturniveau
nötig ist, gekühlt. Anschließend werden die Komponenten, für die ein höheres Temperaturniveau möglich ist, gekühlt. Unabhängig von der zulässigen Maximaltemperatur bzw. dem zulässigen Temperaturniveau der einzelnen Komponenten liefert jede Komponente ihren Beitrag zur Temperaturerhöhung der Kühlflüssigkeit im gemeinsamen Kühlkreislauf.the components for which a lower temperature level
necessary. Then the components for which a higher temperature level is possible are cooled. Regardless of the permissible maximum temperature or the permissible temperature level of the individual components, each component makes its contribution to increasing the temperature of the coolant in the common cooling circuit.

Die durch die Kühlflüssigkeit abgeführte Abwärme ist zur weiteren Nutzung auskoppelbar. Die Auskopplung der thermischen Energie erfolgt über Wärmetauscher (Flüssigkeit-Luft- oder
Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher) und/oder Mischereinrichtungen (z. B. Mischerventile oder Dreiwegeventile). Derartige Wärmetauscher dienen u. a. zum Beheizen von Schienenfahrzeugen oder zur Brauchwassererwärmung.The waste heat dissipated by the cooling liquid can be extracted for further use. The thermal energy is extracted via heat exchangers (liquid-air or
Liquid-liquid heat exchangers) and/or mixing devices (e.g. mixer valves or three-way valves). Such heat exchangers are used, among other things, for heating rail vehicles or for heating domestic water.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem wird für die bekannten Traktionseinrichtungen im allgemeinen nach Anspruch 2 oderThe cooling system according to the invention is used for the known traction devices generally according to claim 2 or

Anspruch 3 ausgebildet sein, da bei den bekannten Traktionseinrichtungen die Stromrichtereinheit, die aus mehreren
Stromrichter-Modulen besteht, die Komponente mit dem niedrigsten zulässigen Temperaturniveau ist. Die Fahrmotorgruppe
kann bereits mit einer höheren zulässigen Maximaltemperatur belastet werden und die gegebenenfalls vorhandene Transformatoreinheit weist bei diesen Komponenten das höchste zulässige Temperaturniveau auf.Claim 3, since in the known traction devices the converter unit, which consists of several
converter modules, is the component with the lowest permissible temperature level. The traction motor group
can already be loaded with a higher permissible maximum temperature and the transformer unit, if present, has the highest permissible temperature level for these components.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der 0 Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung näher erläutert.The invention and further advantageous embodiments of the invention are described below using an embodiment
explained in more detail in the drawing.

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In der Zeichnung ist mit 1 eine Stromrichtereinheit, mit 2 eine Fahrmotorgruppe und mit 3 eine Transformatoreinheit bezeichnet. Die Fahrmotorgruppe 2 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier Fahrmotoren 21 bis 24. 5In the drawing, 1 denotes a converter unit, 2 a traction motor group and 3 a transformer unit. In the illustrated embodiment, traction motor group 2 consists of four traction motors 21 to 24. 5

Die Stromrichtereinheit 1 und die Fahrmotorgruppe 2 sowie die Transformatoreinheit 3 werden von einem gemeinsamen Kühlkreislauf 4 gekühlt.The converter unit 1 and the traction motor group 2 as well as the transformer unit 3 are cooled by a common cooling circuit 4.

Durch die Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf 4 wird zunächst die Stromrichtereinheit 1 gekühlt, da die StromrichtereinheitThe cooling liquid in the cooling circuit 4 initially cools the converter unit 1, since the converter unit

1, die aus mehreren Stromrichter-Modulen besteht, die Komponente mit den niedrigsten zulässigen Temperaturniveau ist. Von der Kühlflüssigkeit, die die Abwärme der Stromrichtereinheit 1 aufgenommen hat, wird danach die Fahrmotorgruppe1, which consists of several converter modules, is the component with the lowest permissible temperature level. The coolant, which has absorbed the waste heat from the converter unit 1, is then used to cool the traction motor group

2, die bereits mit einer höheren zulässigen Maximaltemperatur beaufschlagt werden kann, gekühlt. Anschließend wird die von der Transformatoreinheit 3 abgegebene Verlustleistung von der Kühlflüssigkeit aufgenommen und abtransportiert. Unabhängig 0 von der zulässigen Maximaltemperatur bzw. dem zulässigen Temperaturniveau der einzelnen Komponenten (Stromrichtereinheit 1, Fahrmotorgruppe 2, Transformatoreinheit 3) liefert jede Komponente ihren Beitrag zur Temperaturerhöhung der Kühlflüssigkeit im gemeinsamen Kühlkreislauf 4.2, which can already be subjected to a higher permissible maximum temperature. The power loss emitted by the transformer unit 3 is then absorbed by the coolant and transported away. Regardless of the permissible maximum temperature or the permissible temperature level of the individual components (converter unit 1, traction motor group 2, transformer unit 3), each component makes its contribution to increasing the temperature of the coolant in the common cooling circuit 4.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Transformatoreinheit 3 durch Öl gekühlt. Im gemeinsamen Kühlkreislauf 4 muß deshalb ein Kühlflüssigkeit-Öl-Wärmetauscher 5 angeordnet 0 sein, durch den die Transformatoreinheit mit einem Transformator-Kühlkreislauf 6 thermisch gekoppelt ist. In Strömungs-In the present embodiment, the transformer unit 3 is cooled by oil. A coolant-oil heat exchanger 5 must therefore be arranged in the common cooling circuit 4, through which the transformer unit is thermally coupled to a transformer cooling circuit 6. In flow

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4
richtung der Kühlflüssigkeit gesehen ist der Kühlflüssigkeit-Öl-Wärmetauscher 5 nach der Fahrmotorgruppe 2 angeordnet.4
Viewed in the direction of the coolant, the coolant-oil heat exchanger 5 is arranged after the traction motor group 2.

Die durch die Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf 4 abgeführte Abwärme wird einem Wärmetauscher 7 zugeführt. Der Wärmetauscher 7 ist hierzu, in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit gesehen, nach der Kühlung der letzten Komponente angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies die Transformatoreinheit 3 .The waste heat dissipated by the cooling liquid in the cooling circuit 4 is fed to a heat exchanger 7. For this purpose, the heat exchanger 7 is arranged after the cooling of the last component, viewed in the flow direction of the cooling liquid. In the embodiment shown, this is the transformer unit 3.

Der Wärmetauscher 7 ist in dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel als Kühlflüssigkeit-Heizflüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildet und trennt den gemeinsamen Kühlkreislauf 4 von einem Heizkreislauf 8, in dem eine Heizeinrichtung 9 angeordnet ist, die wenigstens einen Heizkörper umfaßt. Der gemeinsame Kühlkreislauf 4 und der Heizkreislauf 8 sind damit nur thermisch - und nicht fluidtechnisch - gekoppelt. Eine Leckage im Heizkreislauf 8 führt somit nicht zum Verlust von Kühlflüssigkeit im gemeinsamen Kühlkreislauf 4.In the embodiment shown in the drawing, the heat exchanger 7 is designed as a coolant-heating liquid heat exchanger and separates the common cooling circuit 4 from a heating circuit 8 in which a heating device 9 is arranged, which comprises at least one heating element. The common cooling circuit 4 and the heating circuit 8 are thus only thermally coupled - and not fluidically. A leak in the heating circuit 8 therefore does not lead to a loss of coolant in the common cooling circuit 4.

Dem Wärmetauscher 7 ist ein Rückkühler 10 nachgeschaltet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rückkühler 10 vor der Stromrichtereinheit 1 angeordnet. Der Rückkühler 10 dient dazu, die nicht an den Wärmetauscher 7 ausgekoppelte Abwärme an die Umgebungsluft abzugeben. Zur Regelung der über den Wärmetauscher 7 an den Heizkreislauf 8 ausgekoppelte Abwärme weist der Rückkühler 10 eine Bypass-Leitung 11 auf, die durch ein dem Rückkühler 10 vorgeschaltetes Dreiwegeventil 12 aktivierbar ist.A cooling tower 10 is connected downstream of the heat exchanger 7. In the illustrated embodiment, the cooling tower 10 is arranged upstream of the converter unit 1. The cooling tower 10 serves to release the waste heat not coupled to the heat exchanger 7 into the ambient air. To regulate the waste heat coupled to the heating circuit 8 via the heat exchanger 7, the cooling tower 10 has a bypass line 11, which can be activated by a three-way valve 12 connected upstream of the cooling tower 10.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel versteht es sich von selbst, daß im gemeinsamen Kühlkreislauf 4 wenigstens eine Kühlflüssigkeitspumpe 13, im Transformator-Kühlkreislauf 6 wenigstens eine Ölpumpe 14 und im Heizkreislauf 8 wenigstens eine Heizflussigkeitspumpe 15 angeordnet sein muß.In the embodiment shown, it goes without saying that at least one coolant pump 13 must be arranged in the common cooling circuit 4, at least one oil pump 14 in the transformer cooling circuit 6 and at least one heating fluid pump 15 in the heating circuit 8.

Claims (8)

GR 9&zgr; G 3150 DE Schut zansprücheGR 9&zgr; G 3150 DE Protection claims 1. Kühlsystem für eine Traktionseinrichtung, das folgende Merkmale umfaßt:1. Cooling system for a traction device, comprising the following features: - ein gemeinsamer Kühlkreislauf (4) für alle Komponenten (1-3) der Traktionseinrichtung, wobei- a common cooling circuit (4) for all components (1-3) of the traction device, whereby - durch die Kühlflüssigkeit im gemeinsamen Kühlkreislauf (4) zunächst die Komponenten (1) mit einem niedrigeren zulässigen Temperaturniveau und dann die Komponenten (2,3) mit einem höheren zulässigen Temperaturniveau gekühlt werden und- the cooling liquid in the common cooling circuit (4) first cools the components (1) with a lower permissible temperature level and then the components (2,3) with a higher permissible temperature level and - die durch die Kühlflüssigkeit abgeführte Abwärme zur weiteren Nutzung auskoppelbar ist.- the waste heat dissipated by the cooling liquid can be extracted for further use. 2. Kühlsystem nach Anspruch 1, das folgende Merkmale umfaßt:2. Cooling system according to claim 1, comprising the following features: 0 - einen gemeinsamen Kühlkreislauf (4) für mindestens eine Stromrichtereinheit (1) und eine Fahrmotorgruppe (2) mit wenigstens einen Fahrmotor (21-24), wobei0 - a common cooling circuit (4) for at least one converter unit (1) and a traction motor group (2) with at least one traction motor (21-24), wherein - durch die Kühlflüssigkeit im gemeinsamen Kühlkreislauf (4) zunächst die Stromrichtereinheit (1) und danach die Fahrmotorgruppe (2) gekühlt wird.- the cooling liquid in the common cooling circuit (4) first cools the converter unit (1) and then the traction motor group (2). 3. Kühlsystem nach Anspruch 1, das folgende Merkmale umfaßt:3. Cooling system according to claim 1, comprising the following features: 0 - einen gemeinsamen Kühlkreislauf (4) für mindestens eine Stromrichtereinheit (1), eine Fahrmotorgruppe (2) mit0 - a common cooling circuit (4) for at least one converter unit (1), a traction motor group (2) with GR 96 G 3150 DEGR 96 G 3150 DE wenigstens einen Fahrmotor (21-24) und eine Transformatoreinheit (3) mit wenigstens einem Transformator, wobeiat least one traction motor (21-24) and a transformer unit (3) with at least one transformer, wherein 5 - durch die Kühlflüssigkeit im gemeinsamen Kühlkreislauf (4) zunächst die Stromrichtereinheit (1), danach die Fahrmotorgruppe (2) und anschließend die Transformatoreinheit (3) gekühlt wird.5 - the cooling liquid in the common cooling circuit (4) first cools the converter unit (1), then the traction motor group (2) and then the transformer unit (3). 4. Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Stromrichtereinheit (1) ein Rückkühler (10) im gemeinsamen Kühlkreislauf (4) angeordnet ist.4. Cooling system according to claim 2 or 3, characterized in that a recooler (10) is arranged in the common cooling circuit (4) upstream of the converter unit (1). 5. Kühlsystem nach Anspruch 4,5. Cooling system according to claim 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Rückkühler (10) eine Bypass-Leitung (11) angeordnet ist, die durch ein dem Rückkühler (10) vorgeschaltetes Dreiwegeventil (12) aktivierbar ist.characterized in that a bypass line (11) is arranged parallel to the recooler (10) which can be activated by a three-way valve (12) connected upstream of the recooler (10). 6. Kühlsystem nach Anspruch 3,6. Cooling system according to claim 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Transformatoreinheit (3) über einen Kühlflüssigkeits-Öl-Wärmetauscher (5) erfolgt. 55characterized in that the cooling of the transformer unit (3) takes place via a coolant-oil heat exchanger (5). 55 7. Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3,7. Cooling system according to claim 2 or 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlflüssigkeitspumpe (13) zwischen der Stromrichtereinheit (1) und der Fahrmotorgruppe (2) angeordnet ist.characterized in that a cooling liquid pump (13) is arranged between the converter unit (1) and the traction motor group (2). GR 96 G 3150 DEGR 96 G 3150 DE 8
8. Kühlsystem nach Anspruch 1,8th
8. Cooling system according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskopplung der Abwärme über einen Wärmetauscher (7) erfolgt, der den gemeinsamen Kühlkreislauf (4) mit einem Heizkreislauf (8) thermisch koppelt.characterized in that the waste heat is extracted via a heat exchanger (7) which thermally couples the common cooling circuit (4) with a heating circuit (8).
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