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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühldoseneinheit und einen Säulenspannverband mit einer Vielzahl von scheibenförmigen Leistungshalbleitern und mehreren Kühldoseneinheiten.
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In der Veröffentlichung ”Leistungshalbleiter in Scheibenbauform und ihre Anwendungsmöglichkeiten” von Erhard Lehmann und Heinz Martin, abgedruckt in ”Siemens-Zeitschrift 48 (1974), Heft 10, S. 791–798, werden in den 7 und 8 mit zugehörigem Text die Montage von Scheibenbauelementen und die erforderlichen Einspannvorrichtungen vorgestellt. Gemäß dieser Veröffentlichung weist eine Einspannvorrichtung zur Montage von scheibenförmigen Halbleiterelementen für eine einseitige Kühlung einen Kühlkörper, Spannschrauben, einen Stromanschluss, eine Tellerfeder und eine Spannkappe auf. Anstelle der Tellerfeder kann ein Druckstück und anstelle der Spannkappe eine Blattfeder verwendet werden. Mittels der Spannkappe, der Tellerfeder, der Spannschraube und des Kühlkörpers wird das scheibenförmige Halbleiterelement mit dem Stromanschluss zwischen dem Kühlkörper und der Spannkappe verspannt. Der erforderliche Druck hängt von der Größe des scheibenförmigen Halbleiterelements ab. Dieser Druck soll möglichst gleichmäßig über die äußere Kontaktfläche verteilt sein. Bei der Spannvorrichtung wird vorausgesetzt, dass die Kühlplatte bzw. der Kühlkörper hinreichend steif ist, damit sich die Auflagefläche durch den Gegendruck nicht verbiegt.
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Dieser Veröffentlichung ist in Bild 12 ein Spannverband mit zwei scheibenförmigen Halbleiterelementen entnehmbar, an dem außer einer RC-Beschaltung pro scheibenförmiges Halbleiterelement auch Sicherungen angeordnet sind.
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Wie eine RC-Beschaltung schaltungstechnisch aufgebaut ist, ist der
DE 198 38 389 C1 , insbesondere der
1, entnehmbar. Gemäß der Darstellung in
1 weist eine RC-Beschaltung eine Reihenschaltung eines Widerstands R1 und eines Kondensators C und eines zweiten Widerstands R2 auf, der dieser Reihenschaltung elektrisch parallel geschaltet ist. Der zweite Widerstand R2 ist ein Symmetrierwiderstand, mit dem eine gleichmäßige statische Spannungsverteilung bei reihengeschalteten Leistungshalbleitern erreicht wird.
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Aus der
DE 199 37 671 A1 ist eine luftgekühlte Stromrichter-Brückenschaltung bekannt, wobei die Brückenschaltung sechs scheibenförmige Thyristoren aufweist, denen jeweils eine RC-Beschaltung und eine Thyristor-Elektronik zugeordnet sind. Diese Thyristoren der 6-pulsigen Stromrichter-Brückenschaltung sind in einem Säulenspannverband angeordnet. Jeweils zwischen zwei luftgekühlten Kühlkörpern ist ein scheibenförmiger Thyristor angeordnet. Die Beschaltungswiderstände sind jeweils seitlich am Kühlkörper eines zugehörigen scheibenförmigen Thyristors lösbar befestigt. Die Beschaltungskondensatoren sind jeweils mittels eines Tragrahmens direkt vor den zugehörigen scheibenförmigen Thyristoren angeordnet.
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Aus der
US 5 675 466 A ist eine Kühldoseneinheit mit einer Kühldose, einer Montageeinheit für Komponenten zweier RC-Beschaltungen jeweils eines scheibenförmigen Leistungshalbleiters bekannt. Dabei ist die Montageeinheit an einer Stirnseite der Kühldose angeordnet und mit dieser mechanisch lösbar verbunden.
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Aus der
EP 1 178 593 A1 ist ein Säulenspannverband mit einer Vielzahl von scheibenförmigen Leistungshalbleitern und Kühldoseneinheiten bekannt. Dieser bezieht sich auf einen Halbleiter-Spannstapelsatz, wobei jeweils ein Kühlkörper mit einer Kühlkörperhalterung fest verbunden ist. Zwischen zwei derartigen Kühlkörpern ist ein scheibenförmiger Leistungshalbleiter angeordnet. Die Kühlkörperhalterung ist vorzugsweise eine Platte oder ein Formteil aus isolierendem Material, die oder das außerdem Verbindungselemente aufweist. Mittels dieser Verbindungselemente ist die Kühlkörperhalterung mit Kühldosen entlang der Achsrichtung des Spannstapels verschiebbar. Dadurch können sich die Körper beim Spannen bzw. beim Lösen des Spannstapels ebenfalls in Achsrichtung bewegen.
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Aus der
DE 198 30 424 A1 ist eine weitere Ausführungsform einer Kühlkörperhalterung bekannt. Diese Kühlkörperhalterung ist ein Formteil, mittels dem ein Kühlkörper (Kühldose) räumlich in einem Spannverband angeordnet wird. zur Führung und Halterung auf Schienen des Spannverbandes weist das Formteil einrastende Verschlüsse auf.
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Dieser Offenlegungsschrift ist außerdem eine weitere Ausführungsform eines Säulenspannverbands einer 6-pulsigen luftgekühlten Stromrichter-Brückenschaltung entnehmbar. Dieser Säulenspannverband unterscheidet sich vom zuvor genannten Säulenverband dadurch, dass die Kondensatoren einer jeden RC-Beschaltung der im Säulenspannspannverband untergebrachten scheibenförmigen Leistungshalbleiter, insbesondere Leistungsthyristoren, neben dem Säulenspannverband übereinander angeordnet sind. Dadurch sind diese scheibenförmigen Leistungshalbleiter frei zugänglich, so dass im Fehlerfall ein fehlerhafter scheibenförmiger Leistungshalbleiter ohne großen Aufwand ausgetauscht werden kann.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kühldoseneinheit für einen Säulenspannverband anzugeben, der die Komponenten zweier RC-Beschaltungen zweier scheibenförmiger Leistungshalbleiter aufnimmt, und einen Säulenspannverband anzugeben, der diese Kühldoseneinheiten aufweist.
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Diese Aufgabe wird einerseits mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und andererseits mit den Merkmalen des Anspruchs 7 jeweils erfindungsgemäß gelöst.
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Zur Lösung der Aufgabe weist eine erfindungsgemäße Kühldoseneinheit eine Kühldose, mittels der zwei scheibenförmige Leistungshalbleiter entwärmt werden, und eine Montageeinheit auf, die derart beschaffen ist, dass die Komponenten zweier RC-Beschaltungen platzsparend aufgenommen werden können.
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Damit die Zugänglichkeit der scheibenförmigen Leistungshalbleiter im Säulenspannverband nicht gestört wird, ist diese Montageeinheit gegenüber einer an der Kühldose angebrachten Halterung an dieser Kühldose lösbar befestigt. Mittels der Halterung wird diese erfindungsgemäße Kühldoseneinheit wie üblich federnd in einem Rahmen eines Säulenspannverbands eingehängt, wobei jede Kühldose dieser Kühldoseneinheit beidseitig jeweils einen scheibenförmigen Leistungshalbleiter aufnimmt.
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Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühldoseneinheit ist unabhängig von der Ausgestaltung der Kühldose. Das heißt, als Kühldose kann eine flüssigkeitsgekühlte oder luftgekühlte Kühldose verwendet werden. Durch die Verwendung einer Montageeinheit auf Kühldosenpotential können die Komponenten einer RC-Beschaltung jeweils eines mittels der Kühldose entwärmten scheibenförmigen Leistungshalbleiters aufgenommen und miteinander elektrisch leitend einfach verbunden werden.
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Zur platzsparenden Aufnahme der Komponenten Beschaltungswiderstand, Beschaltungskondensator und Symmetrierwiderstand zweier RC-Beschaltungen ist die Montageeinheit wannenförmig ausgebildet. Dadurch können zwei Widerstandsmodule, die jeweils zwei Widerstände aufweisen, in diesen wannenförmigen Teil der Montageeinheit auf Kühldosenpotential untergebracht werden. Die beiden Schmalseiten der wannenförmig ausgebildeten Montageeinheit sind derart ausgebildet, dass jeweils ein Beschaltungskondensator aufgenommen und mit dieser mechanisch verbunden ist. Dadurch sind die beiden Widerstandsmodule in Flucht zur Kühldose angeordnet und beidseitig mit einem Beschaltungskondensator versehen. Das heißt, dass die bestückte Montageeinheit den Raum unterhalb einer Kühldose ausfüllt. Dadurch verändert sich der Raumbedarf einer Kühldoseneinheit gegenüber einer herkömmlichen Kühldose innerhalb eines Säulenspannverbands nicht. Mittels der Montageeinheit werden die Komponenten zweier RC-Beschaltungen kompakt zur Kühldose der Kühldoseneinrichtung montiert.
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Zur Lagefixierung eines jeden Beschaltungskondensators ist jede Schmalseite der wannenförmig ausgestalteten Montageeinheit mit einer Tragstütze versehen. Dabei handelt es sich um einen Teil der Schmalseite, die rechtwinklig vom dieser abgekantet ist. Auf diesen rechtwinklig abgekanteten Teil der Schmalseite stützt sich ein Beschaltungskondensator ab und ist mittels einer lösbaren Befestigung mit dem Potential der Montageeinheit elektrisch leitend verbunden.
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Zur Lagefixierung der erfindungsgemäßen Kühldoseneinheiten in einem Säulenspannverband weist die wannenförmig ausgebildete Montageeinheit einen Fixiersteg auf, der an einer der Kühldose gegenüber liegenden Stirnseite der Montageeinheit angeformt ist. Dieser Steg wird auch durch rechtwinkliges Abkanten eines Teils dieser Stirnseite der wannenförmigen Montageeinheit hergestellt. Mittels dieses Stegs und einer mit Nuten versehenen Isolierleiste eines Säulenspannverbands werden diese im Säulenspannverband eingehängten erfindungsgemäßen Kühldoseneinheiten lagefixiert.
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Für eine einfache Montage der wannenförmigen Montageeinheit auch im bestückten Zustand sind die freien Enden einer jeden Schmalseite des wannenförmigen Teils als Montageteil ausgebildet. Dieser Montageteil ist in der Breite derart ausgebildet, dass dieser zumindest der Breite der Kühldose der Kühldoseneinheit entspricht und zwei Bohrungen jeweils zur Aufnahme einer Schraube aufweist. Damit die wannenförmig ausgebildete Montageeinheit in Flucht zur Kühldose ausgerichtet ist, weist die Kühldose beidseitig jeweils zwei Nuten auf, und jeder Montageteil der Schmalseiten der wannenförmig ausgebildeten Montageeinheit jeweils zwei Führungsfinnen, die in die Nuten der Kühldose einführbar sind. Dadurch ist die Lage der Montageeinheit zur Kühldose fixiert und muss nur noch lösbar befestigt werden.
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Um die Montageeinheit einfach und kostengünstig herstellen zu können, besteht diese aus einem Blech, das derart zugeschnitten ist, dass dieses alle Teile der Montageeinheit aufweist. Durch rechtwinkliges Abkanten dieser Teile des Blechs zueinander erhält man die Montageeinheit, die die Komponenten zweier RC-Beschaltungen aufnimmt. Ein derartiges Blech wird mittels eines Stanzprozesses erzeugt.
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Einen Säulenspannverband nach der Erfindung weist neben einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Kühldoseneinheiten, die jeweils mit zwei scheibenförmigen Leistungshalbleitern versehen sind, wenigstens eine Stromschiene und eine mit Nuten versehene Isolierleiste auf, wobei die Stromschienen jeweils zwischen zwei scheibenförmigen Leistungshalbleitern zweier benachbarter Kühldoseneinheiten im Säulenspannverband federnd eingehängt sind. Diese Stromschienen weisen jeweils an einem freien Ende eine Ausnehmung zur Aufnahme der Isolierleiste auf. Damit diese Isolierleiste mechanisch zu jeder Stromschiene fixiert ist, weist diese jeweils eine zur Stromschienendicken korrespondierende Nut auf. Auf einer diesen Nuten gegenüberliegenden Seite der Isolierleiste weist diese für jede im Säulenspannverband eingehängte Kühldoseneinheit jeweils eine Nut auf, die derart bemessen ist, dass ein Fixiersteg einer Kühldoseneinheit aufgenommen werden kann. Mittels dieser Isolierleiste sind vor dem Verspannen die eingehängten Kühldoseneinheiten jeweils mit zwei scheibenförmigen Leistungshalbleitern und die eingehängten Stromschienen an ihren freien Enden jeweils zueinander lagefixiert. Dadurch sind die Komponenten eines Säulenspannverbandes vor dem Verspannen jeweils in ihrer Lage innerhalb dieses Säulenspannverbandes ausgerichtet, dass beim Verspannen nicht mehr auf eine exakte Ausrichtung geachtet werden muss.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Säulenspannverbands nach der Erfindung ist jede Stromschiene beidseitig mit einer Isolierplatte versehen. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit zwischen benachbarten Stromschienen erhöht, wodurch ein hohes Maß an Schutz vor Kurzschlüssen gewährleistet werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Säulenspannverbands ist jede Isolierplatte im Bereich eines scheibenförmigen Leistungshalbleiters mit einer Halteplatte versehen, die jeweils mit einer bogenförmigen Ausnehmung versehen ist, die derart ausgestaltet ist, dass diese einer Kontur eines Teils eines scheibenförmigen Leistungshalbleiters entspricht. Dadurch wird ein scheibenförmiger Leistungshalbleiter auch auf der einer Kühldose abgewandten Seite gestützt. Somit werden alle scheibenförmigen Leistungshalbleiter im unverspannten Säulenspannverband in axialer Richtung gehalten, so dass im verspannten Säulenspannverband alle scheibenförmigen Leistungshalbleiter flächenmäßig gleichmäßig belastet werden.
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Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühldoseneinheit und Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Säulenspannverbands schematisch veranschaulicht sind.
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1–3 zeigen Ersatzschaltschaltbilder eines Diodengleichrichters, die
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4 zeigt einen Ausschnitt eines Diodengleichrichters nach 1 mit zugehörigen RC-Beschaltungen, in der
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5 ist eine Kühldoseneinheit nach der Erfindung perspektivisch dargestellt, die
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6 zeigt eine erste Ausführungsform eines Säulenspannverbands nach der Erfindung mit Kühldoseneinheiten nach 5, in der
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7 ist eine weitere Ausführungsform des Säulenspannverbands nach 5 perspektivisch dargestellt, und in der
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8 sind die Säulenspannverbände eines Diodengleichrichters nach 1 dargestellt.
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1 zeigt das Ersatzschaltbild eines 12-pulsigen Diodengleichrichters 2 mit einer Reihenschaltzahl Zwei. Das heißt, pro Diodeneinbauplatz 4 werden zwei Dioden verwendet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Gemäß diesem Ersatzschaltbild weist dieser 12-pulsige Diodengleichrichter 2 drei Phasen U, V, W auf, die elektrisch parallel und elektrisch parallel zu einer nicht näher dargestellten Gleichspannungsquelle geschaltet sind. Von dieser Gleichspannungsquelle sind die beiden Potentialschienen P und N dargestellt, zwischen denen eine Gleichspannung VDC ansteht. Dieser 12-pulsige Diodengleichrichter 2, zusammengesetzt aus zwei 6-pulsigen Diodengleichrichtern 6 und 8, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, wird als netzseitiger Stromrichter eines Spannungszwischenkreis-Umrichters, insbesondere eines Mittelspannungs-Umrichters, verwendet, wenn die Netzrückwirkung möglichst klein sein soll.
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In 2 ist das Ersatzschaltbild eines 6-pulsigen Diodengleichrichters 10 mit der Reihenschaltzahl Vier dargestellt. Das heißt, pro Diodeneinbauplatz 4 sind vier Dioden elektrisch in Reihe geschaltet. Je höher die Amplitude einer wechselspannungsseitigen Eingangsspannung eines Diodengleichrichters ist, umso mehr Dioden müssen elektrisch in Reihe geschaltet werden. Gegenüber dem Ersatzschaltbild gemäß 1 ist die Amplitude der wechselspannungsseitigen Eingangsspannungen beim Ersatzschaltbild gemäß 2 annähernd doppelt so groß.
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In 3 ist das Ersatzschaltbild eines 24-pulsigen Diodengleichrichters 12 mit der Reihenschaltzahl Eins dargestellt. Dieser 24-pulsige Diodengleichrichter 12 besteht aus vier 6-pulsigen Diodengleichrichtern 12, 16, 18 und 20, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dieser 24-pulsige Diodengleichrichter 12 weist noch eine geringere Netzrückwirkung auf als der 12-pulsige Diodengleichrichter 2 der 1. Gegenüber diesem ist die Spannungsbelastung aber geringer.
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In 4 ist ein Ausschnitt aus einer Phase des 12-pulsigen Diodengleichrichters 2 der 1, insbesondere ein Diodeneinbauplatz 4, näher dargestellt. Hier sind die RC-Beschaltungen 22 einer jeden Diode veranschaulicht. Eine RC-Beschaltung 22 besteht aus einer Reihenschaltung eines Beschaltungswiderstands R1 und eines Beschaltungskondensators C und aus einem Symmetrierwiderstand R2, der elektrisch parallel zur Reihenschaltung des Beschaltungswiderstands und des Beschaltungskondensators geschaltet ist. Diese Symmetrierwiderstände R2 sorgen für eine statische symmetrische Spannungsaufteilung reihengeschalteter Leistungshalbleiter, insbesondere Leistungsdioden. Da immer zwei scheibenförmigen Leistungshalbleiter von einer Kühldose 24 eines Säulenspannverbands 26 entwärmt werden, weist die Verbindung der beiden Dioden, der beiden Symmetrierwiderstände R2 und der beiden Reihenschaltungen ein einziges Potential auf. Auf diesem Potential ist eine Kühldose 24 platziert. Dadurch befindet sich eine Diode anodenseitig auf einer Flachseite 28 der Kühldose 24, wogegen eine zweite Diode kathodenseitig auf einer gegenüberliegenden Flachseite 30 dieser Kühldose 24 angeordnet ist und jeweils thermisch gut leitend mit dieser Kühldose 24 verbunden ist. Die Komponenten R1, R2 und C einer RC-Beschaltung 22 müssen mit den Anschlüssen Anode und Kathode einer jeweils zugehörigen Diode elektrisch leitend verbunden werden. Da die Dioden einer Phase U bzw. V bzw. W des 12-pulsigen Diodengleichrichters 2 der 1 in einem Säulenspannverband 26 thermisch und elektrisch verschaltet sind, müssen die Komponenten R1, R2 und C einer jeden RC-Beschaltung 22 ebenfalls im Säulenspannverband 26 bzw. in dessen unmittelbarer Nähe untergebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass die RC-Beschaltungen 22 möglichst niederinduktiv mit einer zugehörigen Diode elektrisch leitend verbunden sind.
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In 5 ist eine erfindungsgemäße Kühldoseneinheit 32 perspektivisch dargestellt. Diese Kühldoseneinheit 32 weist eine Kühldose 24 und eine Montageeinheit 34 auf, die miteinander mechanisch verbunden sind. Die Montageeinheit 34 ist wannenförmig ausgebildet und weist zwei Schmalseiten 36 und 38, eine Flachseite 40 und eine Stirnseite 42 auf. Jede Schmalseite 36, 38 dieser Montageeinheit 34 ist derart ausgestaltet, dass jeweils ein Ende derart abgewickelt ist, dass diese eine Tragstütze 44 für einen Beschaltungskondensator C einer RC-Beschaltung 22 bildet. Der Beschaltungskondensator C ist mit dieser Tragstütze 44 lösbar verbunden. Zur oberen Fixierung eines Beschaltungskondensators C weist jeweils eine Schmalseite 36 bzw. 38 eine Halterung 46 auf, die einen Beschaltungskondensator C teilweise umklammert. Im wannenförmigen Teil der Montageeinheit 34 sind zwei Widerstandsmodule 48 und 50 übereinander angeordnet und mit der Flachseite 40 dieser Montageeinheit 34 lösbar verbunden. Jedes dieser beiden Widerstandsmodule 48 und 50 weist zwei Widerstände R1 und R2 auf, die intern miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Dieser Verbindungspunkt und jeweils ein freier Anschluss eines Widerstands R1 und R2 sind mit Anschlüssen 52, 54 und 56 des Widerstandsmoduls 48 bzw. 50 elektrisch leitend verbunden.
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Die Stirnseite 42 der Montageeinheit 34 ist einer Stirnseite der Kühldose 24 gegenüber angeordnet. Diese Stirnseite 42 ist derart ausgebildet, dass diese einen Fixiersteg 58 bildet, der rechtwinklig zur Stirnseite abgewinkelt ist. Zur lösbaren Befestigung dieser Montageeinheit 34 an einer Kühldose 24 sind die freien Enden der Schmalseiten 36 und 38 jeweils als Montageteil 60 und 62 ausgebildet. Diese Montageteile 60 und 62 weisen eine Montageplatte mit wenigstens zwei Bohrungen auf, die beidseitig mit Führungsfinnen versehen sind. Diese Führungsfinnen greifen in entsprechend ausgebildete Nuten der Kühldose 24 ein. D. h., die Montageteile 60 und 62 umklammern einen unteren Tei der Kühldose 24. Durch die in Nuten verlaufenden Führungsfinnen ist die wannenförmige Montageeinheit 34 genau in Flucht zur Kühldose 24 ausgerichtet. Mittels zweier Schrauben wird diese wannenförmige Montageeinheit 34 beidseitig mit der Kühldose 24 verschraubt.
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Die der wannenförmigen Montageeinheit 34 gegenüberliegende Stirnseite der Kühldose 24 ist mit einer Halteplatte 64 versehen. Diese Halteplatte 64 weist zwei Bohrungen 66 auf, durch die jeweils ein Anschluss 68 bzw. 70 für eine Kühlflüssigkeit der Kühldose 24 ragt. Die Enden dieser Halteplatte 64 sind als Haken 72 ausgebildet. Mittels der Halteplatte 64 wird diese Kühldoseneinheit 34 in einen Säulenspannverband 26 platziert.
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Zur Kontaktierung der Beschaltungskondensatoren C zweier RC-Beschaltungen 22 weisen diese beiden Kondensatoren C jeweils einen elektrischen Anschluss 74 auf. Durch die lösbare Verbindung zwischen Tragstütze 44 und Beschaltungskondensator C ist jeder Kondensator C mit dem Potential der Kühldose 24 elektrisch leitend verbunden, da die wannenförmig ausgebildete Montageeinheit 34 mittels ihrer Montageteile 60 und 62 mit der Kühldose 24 elektrisch leitend verbunden ist. Da die beiden Widerstandsmodule 48 und 50 mit dem wannenförmigen Teil der Montageeinheit 34 verbunden sind, weist eine Grundplatte eines jeden Widerstandsmoduls 48 und 50 das Potential der Kühldose 24 auf.
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Die wannenförmig ausgebildete Montageeinheit 34 wird vorzugsweise aus einem gestanzten Blech hergestellt, das alle Teile dieser Montageeinheit 34 aufweist. Durch rechtwinklige Abkantungen einzelner Teile dieses gestanzten Blechs erhält man die wannenförmig ausgebildete Montageeinheit 34. Sie dient lediglich als Traggerüst für die Komponenten R1, R2 und C zweier RC-Beschaltungen 22. Durch die Verwendung einer derartigen Montageeinheit 34 werden die Komponenten R1, R2 und C zweier RC-Beschaltungen 22 platzsparend und in unmittelbarer Nähe zweier scheibenförmiger Leistungshalbleiter an einer Kühldose 24, insbesondere Leistungsdioden, im Säulenspannverband 26 angeordnet. Die zu den beiden RC-Beschaltungen 22 gehörenden Leistungsdioden sind an der Kühldose 24 auf den Flachseiten 28 und 30 angeordnet. Dazu weist die Flachseiten 28 und 30 jeweils drei Noppen 76 auf, mittels derer beidseitig jeweils ein scheibenförmiger Leistungshalbleiter auf der Kühldose 24 zentriert werden.
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Die 6 veranschaulicht einen Säulenspannverband 26 einer Phase des 12-pulsigen Diodengleichrichters 2 der 1 in einer perspektivischen Darstellung. Dieser Säulenspannverband 26 weist vier Kühldoseneinheiten 32 gemäß 5, drei Stromschienen 1U, 1M und 2U, zwei weitere Potentialschienen P und N und pro Kühldoseneinheit 32 zwei scheibenförmige Leistungshalbleiter 78, insbesondere scheibenförmige Leistungsdioden, auf, die innerhalb eines Traggerüsts 80 des Säulenspannverbands 26 aneinander gedrückt angeordnet sind. Das Traggerüst 80 wird gebildet von zwei Seitenwänden 82 und 84, von denen bei dieser Darstellung nur die Seitenwand 82 dargestellt ist, und zwei Endstücken 86 und 88. Jede Seitenwand 82 und 84 weist zur Aufnahme von Haltefedern Bohrungen auf. Mittels dieser Haltefedern ist jeweils eine Kühldoseneinheit 32 und jeweils eine Stromschiene 1U, 1M und 2U an einen vorbestimmten Platz im Säulenspannverband 26 eingehängt. Nachdem diese Kühldoseneinheiten eingehängt worden sind, wobei jede Kühldoseneinheit 32 jeweils mit Komponenten R1, R2 und C zweier RC-Beschaltungen 22 bestückt sind, werden die scheibenförmigen Leistungsdioden 78 eingeführt. Diese scheibenförmigen Leistungsdioden 78 werden jeweils von einer zugehörigen Kühldose 24 gehalten.
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Damit diese Kühldoseneinheiten 32 zueinander und zu den Stromschienen 1U, 1M und 2U an ihren freien Enden lagefixiert sind, ist eine Isolierleiste 90 vorgesehen. Dieser Isolierleiste 90 weist für jeden Fixiersteg 58 einer Montageeinheit 34 einer jeden Kühldoseneinheit 32 eine entsprechende Nut auf. Außerdem weist diese Isolierleiste 90 auf einer diesen Fixierstegen 58 abgewandten Seite jeweils eine Nut für eine der drei Stromschienen 1U, 1M und 1U auf. Somit stützt sich diese Isolierleiste 90 auf diesen drei Stromschienen 1U, 1M und 2U ab, wodurch diese an ihren freien Enden zueinander in ihrer Lage fixiert sind.
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Sobald diese im Säulenspannverband 26 hängenden Stromschienen 1U, 1M, 2U fixiert sind, werden nacheinander die bestückten Kühldoseneinheiten 32 eingehängt, die sich mit den jeweiligen freien Enden mittels ihrer Fixierstege 58 in einer korrespondierenden Nut der Isolierleiste 90 abstützen. Dadurch sind die federnd eingehängten Kühldoseneinheiten 32 und die federnd eingehängten Stromschienen 1U, 1M und 2U an ihren freien Enden zueinander lagefixiert.
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Um diese mit scheibenförmigen Leistungsdioden 78 versehenen Kühldoseneinheiten 32 und diese Stromschienen 1U, 1M und 2U mit den beiden Potentialschienen P und N, die jeweils an einem Ende der Säule angeordnet sind, zu verspannen, weist der Säulenspannverband 26 zwei Druckplatten 92 und 94, eine Spannfeder 96, insbesondere ein Tellerfederpaket, und eine Spannschraube 98 auf. Jede Druckplatte 92 und 94 ist mit der Potentialschiene P und N verbunden. Die Spannfeder 96 ist zwischen dem Endstück 86 des Traggerüsts 80 und der Druckplatte 94 angeordnet. Mittels der Spannschraube 98 und dieser Spannfeder 96 werden die in der Säule eingehängten scheibenförmigen Leistungsdioden 78, die Kühldose 24 und die Stromschienen 1U, 1M und 2U derart miteinander verspannt, dass zwischen den scheibenförmigen Leistungsdioden 78 und den Kühldosen 24 jeweils ein optimaler thermischer Übergang und zwischen zwei scheibenförmigen Leistungsdioden 78 und einer zwischen diesen angeordneten Stromschiene 1U bzw. 1M bzw. 2U ein optimaler elektrischer Übergang entstehen.
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Dieser vorteilhaften Ausführungsform des Säulenspannverbands 26 ist außerdem zu entnehmen, dass jede Stromschiene 1U, 1M und 2U beidseitig mit einer Isolierplatte 100 versehen ist. Dadurch erhält man eine Schottung zwischen den Stromschienen 1U und 1M bzw. 1M und 2U, wodurch ein hoher Schutz vor Kurzschlüssen gewährleistet wird. Als Isolierplatten 100 kann vorzugsweise jeweils eine Platte aus glasfaserverstärktem Kunststoff vorgesehen sein, wodurch die zwischen zwei derartigen Isolierplatten 100 angeordneten Stromschienen 1U, 1M und 2U versteift werden. Dadurch wird verhindert, dass durch Stromkräfte diese Stromschienen 1U, 1M und 2U derart verbogen werden, dass diese mit Komponenten R1, R2 bzw. C der RC-Beschaltungen 22 einer Kühldoseneinheit 32 in Berührung geraten könnten, wodurch ein Kurzschluss innerhalb des Säulenspannverbands 26 entstehen könnte.
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In 7 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Säulenspannverbands 26 der 6 perspektivisch dargestellt. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass jede Stromschiene 1U, 1M und 2U zusätzlich eine Halteplatte 102 aufweist. diese Halteplatte 102 ist derart ausgebildet, dass diese eine bogenförmige Ausnehmung aufweist, die der Kontur einer scheibenförmigen Leistungsdiode 78 entspricht. Diese Halteplatte 102 ist derart mit einer Isolierplatte 100 mechanisch verknüpft, dass ihre bogenförmige Ausnehmung eine von einer Kühldose 24 einseitig gehaltene scheibenförmige Leistungsdiode 78 auf der der Kühldose 24 abgewandten Seite der scheibenförmigen Leistungsdiode 78 hält. Dadurch wird jede in der Säule angeordnete scheibenförmige Leistungsdiode 78 jeweils von einer Kühldose 24 oder einer Halteplatte 102 einer Stromschiene 1U, 1M und 2U in der axialen Ausrichtung der Säule gehalten, bevor diese Säule mechanisch verspannt wird.
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In 8 sind drei Säulenspannverbände 26 gemäß 6 oder 7 nebeneinander angeordnet. Diese drei nebeneinander angeordneten Säulenspannverbände 26 entsprechen einer realisierten dreiphasigen 12-pulsigen Diodenbrücke 2, deren Ersatzschaltbild in 1 dargestellt ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Kühldoseneinheit 32 werden die Komponenten R1, R2 und C zweier RC-Beschaltungen 22 zweier scheibenförmiger Leistungshalbleiter 78, die von der Kühldose 24 der Kühldoseneinheit 32 entwärmt werden, in unmittelbarer Nähe der scheibenförmigen Leistungshalbleiter 78 angeordnet. Dadurch vereinfacht sich der Aufwand für die elektrische Verbindung zwischen scheibenförmigen Leistungshalbleitern 78 und zugehörigen RC-Beschaltungen 22 wesentlich. Es muss nur noch eine elektrische Verbindung zwischen einem Anschluss eines scheibenförmigen Leistungshalbleiters 78 und einer zugehörigen RC-Beschaltung 22 verlegt werden. Außerdem wird in je einem Schaltschrank, in dem die drei Säulenspannverbände 26 eines dreiphasigen Diodengleichrichters angeordnet werden, kein zusätzlicher Platz für die Beschaltungskondensatoren C der RC-Beschaltungen 22 der vielen scheibenförmigen Leistungsdioden 78 beansprucht, da die scheibenförmigen Leistungsdioden 78 einer Phase und ihre RC-Beschaltungen 22 in einem Säulenspannverband 26 vereint sind. Dadurch kann der Aufbau eines Säulenspannverbands 26 ohne großen Aufwand an andere Konfigurationen eines dreiphasigen Diodengleichrichters, beispielsweise eines 6-pulsigen Diodengleichrichters 10 mit der Reihenschaltzahl Vier (2) oder eines 24-pulsigen Diodengleichrichters 12 mit der Reihenschaltzahl Eins (3), angepasst werden. Dadurch ist eine einfache Adaption an verschiedene Zwischenkreisspannungen eines Spannungszwischenkreis-Umrichters, der netzseitig einen dreiphasigen Diodengleichrichter 2 bzw. 10 bzw. 12 aufweist, vorgenommen werden. Ferner kann der Säulenspannverband 26 mit den erfindungsgemäßen Kühldoseneinheiten 32 vorab mechanisch und elektrisch geprüft werden. Dadurch reduzieren sich die Fertigungs- und Prüfkosten, da Fehler nicht erst bei einer Stückprüfung des Umrichtergeräts auffallen und behoben werden können.
