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Vorrichtung, insbesondere Kühlkörper, zur Befestigung umlaufender
Halbleitergleichrichter Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, insbesondere
Kühlkörper, zur Befestigung umlaufender Halbleitergleichrichter auf einer Maschinenwelle
mittels einer mit der Maschinenwelle verbundenen Scheibe, auf der die Halbleitergleichrichter
jeweils derart gehalten sind, daß ihre wirksamen Gleichrichterschichten tangential
zu der Scheibe liegen und ihre elektrischen Zuleitungen in radialer Richtung auf
von der Maschinenwelle getragene Anschlußklemmen geführt sind, wobei die Fliehkräfte
bei Rotation der Maschinenwelle senkrecht zu der Gleichrichterschichtebene wirken.
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Die Befestigung von Halbleitergleichrichtern auf umlaufenden Maschinenteilen
bereitet immer noch Schwierigkeiten. Die Halbleitergleichrichter benötigen relativ
große Kühlkörper, um eine ausreichende Wärmeabfuhr sicherzustellen. Zusätzlich wird
ja auf dem umlaufenden Maschinenteil auch Raum für die Unterbringung der Beschaltungselemente
benötigt. Der hierdurch bedingte, an und für sich schon große Raumbedarf wird oft
noch erhöht, weil es erforderlich ist, aus Gründen der mechanischen Beanspruchung
die Halbleitergleichrichter so anzuordnen, daß die Austrittsstelle der flexiblen
elektrischen Zuleitung und ihre Verbindungsstelle mit einer festen Anschlußklemme
auf etwa demselben Radius liegen; andernfalls treten infolge von durch die Fliehkräfte
verursachten Querkräften Schäden an den Halbleitergleichrichtern auf. Zugleich müssen
die aus IsolationsgrUnden erforderlichen Sicherheitsabstände zwischen verschiedenen
Potentialen eingehalten werden, was insbesondere im Raum kleiner Radien problematisch
ist. Außerdem legt man Wert auf eine möglichst kreuzungsfreie Leitungsführung zwischen
den Halbleitergleichrichtern und ihren festen Anschlüssen.
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Nun sind zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zur Befestigung von umlaufenden
Halbleitergleichrichtern bekannt. Diese werden z. B. an einem Trägerring befestigt,
der an einer Seite der mit der Maschinenwelle verbundenen Scheibe angesetzt ist.
Die Anordnung erfolgt hierbei wie eingangs beschrieben. Eine derartige Befestigung
hat jedoch den Nachteil, daß die zur Verfügung stehenden Kühlflächen insbesondere
für größere Leistungen zu klein sind. Nachteilig ist weiterhin, daß bei kleinen
Längen des Trägerringes die Anschlüsse der Halbleitergleichrichter zumindest bei
höheren Spannungen zu dicht an der Scheibe verlaufen. Eine Vergrößerung dieser Länge
ist bei Berücksichtigung der Schwingungsneigung nur bei gleichzeitiger Querschnittszugabe
des Ringes möglich, was jedoch zu einer massiven und schwerfälligen Ausbildung führt.
überdies ist die Scheibe, da sie nur einseitig als Träger der Gleichrichterelemente
dient, ungünstigen Beanspruchungen ausgesetzt, denen durch entsprechend massive
Ausbildung begegnet werden muß. Für die Unterbringung der Beschaltungselemente sind
darüber hinaus zusätzliche Maßnahmen zu treffen. Zur besseren Kühlmittelführung
sind an der Scheibe Lüfterschaufeln befestigt und in dem Trägerring Kühlmitteldurchbrüche
vorgesehen. Es ist weiterhin bei einer derartigen Befestigung bekannt, zwei solcher
Scheiben gegeneinanderzusetzen, wobei beide Scheiben gegeneinander isoliert sein
müssen, da hierbei der Trägerring einer Scheibe den Pluspol und derjenige der anderen
Scheibe den Minuspol der Gleichrichterschaltung bildet, die bei einer derartigen
Anordnung eine Drehstrombrückenschaltung ist.
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Es ist ferner ein Kühlkörper bekannt, der aus einem massiven Segment
besteht, an dem jedoch ein aus Rippen und Leitwänden bestehendes Luftkanalsystern
angebracht ist, das die in axialer Richtung am Halbleitergleichrichter vorbeigeführte
Luft sammelt und in die radiale Richtung umlenkt. Träger der Gleichrichterzelle
ist ein Tragring, an dem auch das massive Segment mit seinen Kühlrippen befestigt
ist.
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er gesamte Kühlkörper ist in radialer Richtung sehr flach und liegt
mit seiner abgerundeten, zum Maschinenumfang weisenden Fläche direkt auf dem Tragring
auf, so daß die mit Kühlluft in Verbindung kommenden Flächenbereiche des Kühlkörpers
sehr klein sind. Das zur Umlenkung benötigte Luftkanalsystern ist sehr platzraubend.
Da der gesamte Kühlkörper an dem Tragring befestigt ist, an dem auch der Gleichrichter
gehalten ist, ist ein Auswechseln bei einem Gleichrichterschaden schwierig und ohne
Lösen des gesamten Kühlkörpers nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, die den bekannten Anordnungen anhaftenden
Nachteile durch
eine einfache Konstruktion zu beseitigen. Erfindungsgemäß
wird hierzu vorgeschlagen, daß zur Befestigung der Halbleitergleichrichter an der
Scheibe beidseitig der Scheibe angeordnete Trägerkörper dienen, die im wesentlichen
die Form eines rechteckigen Hohlkörpers aufweisen, daß die der Maschinenwelle zugewendete
Fläche jedes Hohlkörpers in zwei Teilflächen aufgeteilt ist, die in einer zur Maschinenwelle
senkrechten Ebene einen Winkel kleiner als 180'
zueinander bilden, und daß
jeweils nur auf einer der beiden Teilflächen eines Hohlkörpers ein Halbleitergleichrichter
angeordnet ist, wobei die Anordnung eines Halbleitergleichrichters an dem auf der
einen und der anderen Scheibenseite liegenden Hohlkörper jeweils auf den sich diagonal
gegenüberliegenden Teilflächen erfolgt.
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Durch die Anordnung der Hohlkörper beidseitig der Scheibe wird eine
ungleichmäßige Scheibenbelastung bei Rotation vermieden. Die erfindungsgemäße Befestigung
der Halbleitergleichrichter macht es möglich, die aus Isolationsgründen erforderlichen
Abstände zwischen den Zuleitungen einzuhalten und zugleich eine leichte und schwingungsanneAnordnung
beizubehalten. Einweitererwesentlicher Vorteil besteht darin, daß die einzelnen,
auf beiden Scheiben angeordneten Hohlkörper völlig gleich sein können. Weiter verbessert
gegenüber bekannten Ausführungen wurde jedoch durch die Hohlkörper auch die erzielbare
Kühlwirkung. Diejenige Fläche nämlich, auf der der Halbleitergleichrichter montiert
ist, kommt an ihren beiden Seiten mit Kühlluft in Berührung, wobei durch die Ausführung
des Kühlkörpers als Hohlkörper eine intensivere Luftführung ermöglicht ist.
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Die Teilflächen mit den Halbleitergleichrichtern können in günstiger
Weise auch dazu ausgenutzt werden, daß auf ihnen die jedem Halbleitergleichrichter
zugeordnete Sicherung montiert wird. Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß die Scheibe an ihrem äußeren Umfang eine T-förmige Querschnittserweiterung aufweist,
die in hierfür an den Hohlkörper vorgesehene Ausschnitte eingreift und die auf die
Hohlkörper wirkende Fliehkräfte aufnimmt. Um ein leichtes Montieren der auf diese
Weise befestigten Hohlkörper zu erreichen, kann die konstruktive Ausführung so beschaffen
sein, daß der die Querschnittserweiterung darstellende Teil des T-förmigen Trägerkörpers
lösbar mit der Scheibe verbunden ist.
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Es ist außerdem denkbar, die Wände des Hohlkörpers mit Durchbrüchen
zur Durchführung von Kühlluft und gegebenenfalls auch mit Kühlrippen zu
versehen.
Es ist dann die Anordnung der Beschaltungselemente der Halbleitergleichrichter im
Innern des Hohlkörpers besonders vorteilhaft, da sie dort stets einwandfrei belüftet
werden.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In F i
g. 1 ist eine Scheibe 10 auf einer Maschinenwelle 11 dargestellt.
Auf jeder Seite des Trägerkörpers 10 ist ein Hohlkörper 12 bzw.
13 in erfindungsgemäßer Ausführung befestigt. Jeder der beiden Hohlkörper
12 und 13 trägt einen Halbleitergleichrichter 14 bzw. 15 und eine
Sicherung 16 bzw. 17. Die flexiblen Leitungen zwischen den Halbleitergleichrichtern
14 und 15 sind genau in radialer Richtung geführt und an den Anschlußstücken
18 bzw. 19
angeschlossen, die gleichzeitig Schaltverbindungen darstellen.
Der Hohlkörper 12 ist im Schnitt dargeste114 so daß die in ihm eingebauten Beschaltungselemente
20 sichtbar sind. Außerdem enthält dieser Hohlkörper eine Kontrollampe 21. Auch
die Ab-
leitungen der Sicherungen 16 bzw. 17 sind in erfindungsgemäßer
Weise in radialer Richtung an die Schaltverbindungen 22 bzw. 23 herangeführt.
In der Darstellung des Hohlkörpers 13 sind auch Kühlrippen 24 erkennbar.
Die Befestigung der Hohlkörper 12 und 13 erfolgt hier durch eine T-förinige
Querschnittsvergrößerung der Scheibe 10 in Form der Halterung 25,
die durch Schraubverbindungen mit der Scheibe 10 lösbar verbunden ist und
die in entsprechende Ausschnitte in den Hohlkörpern 12 und 13 so eingreift,
daß sie die auf diese Hohlkörper wirkenden Zentrifugalkräfte aufnehmen kann. Die
Hohlkörper 12 und 13 sind gegenüber der Scheibe 10
und ihrer T-förmigen
Halterung 25 mit Hilfe der Zwischenlagen 26, 27, 28 und
29 isoliert befestigt. Die Sicherung 16 ist mit dem Anschlußstück
22 durch eine Anschlußfahne 36 verbunden.
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In F i g. 2 ist dieselbe Ausführung der Erfindung in anderer
Sicht dargestellt. Die einzelnen Elemente sind, sofern sie identisch sind, mit denselben
Bezugsziffem versehen. Der Hohlkörper 13 liegt hier hinter der Scheibe
10, während der Hohlkörper 12 vor dieser liegt. Der hinter der Sicherung
16 liegende Halbleitergleichrichter 14 ist von der Sicherung 16
verdeckt
und deshalb gestrichelt gezeichnet. Hinter der Scheibe 10 liegt in der ebenfalls
gestrichelt eingezeichneten Lage der Halbleitergleichrichter 15
hinter
diesem, hier nur durch die Anseblußfahne 30
angedeutet, die Sicherung
17. F i g. 2 läßt erkennen, wie sich mit Hilfe der Erfindung eine
sehr günstige Anordnung der Zu- und Ableitungen auf dem Umfang für jeden Hohlkörper
ergibt. Neben dem Hohlkörper 12 ist ein weiterer Hohlkörper 31 eingezeichnet,
der im Schnitt dargestellt ist, so daß die Befestigung der Beschaltungselemente
32 ersichtlich ist. Der Schnitt ist so gewählt, daß vor der Scheibe
10 nur ein Halbleitergleichrichter 33 sichtbar ist. Die zugehörige
Sicherung fehlt also. Hinter der Scheibe 10 ist ein weiterer Halbleitergleichrichter
34 durch Strichelung angedeutet. Zur Befestigung der Halterung 25 an der Scheibe
10 dienen Schraubverbindungen 35.