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Trockengleichrichter Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten
Aufbau eines Trockengleichrichters, der aus in mindestens einem Stapel angeordneten
plattenförmigen Gleichrichterelementen aufgebaut ist, die in einem Behälter in einem
sie gegen äußere Einflüsse kapselnden, elektrisch isolierenden, sich selbsttätig
an ihre gesamte Oberfläche anlegenden und durch Kühlschlangen rückgekühlten Mittel
angeordnet sind.
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Es war bekannt, Trockengleichrichter zur Abführung der an ihnen im
Betrieb entstehenden Jouleschen Wärme, also mit Luft oder einem elektrisch isolierenden
flüssigen Kühlmittel, z. B. Öl, zu kühlen. Dabei ergibt sich gegenüber einer Luftkühlung
durch die Ölkühlung der Vorteil, daß bei ihr die schädlichen Einflüsse, die von
etwaigen Beimengungen der Kühlluft, wie Staub, Feuchtigkeit und Säuredämpfen, herrühren,
vermieden sind. Die Ölkühlung ergibt aber nur eine vergleichsweise geringe Kühlwirkung.
Bekannt ist ferner, ein Trockengleichrichterelement oder mehrere Trockengleichrichterelemente,
welche gegebenenfalls in den Behälter eingebaut sind, rohrförmig auszubilden, wobei
die Außenfläche der Rohre mit der wirksamen Schicht bedeckt ist und durch das Rohrinnere
ein Kühlmittel, z. B. Öl, hindurchgeschickt wird; der Raum zwischen der wirksamen
Schicht der Gleichrichterelemente und dem die Gleichrichterelemente umschließenden
Behälter ist durch eine elektrisch gut leitende Flüssigkeit, z. B. Quecksilber,
ausgefüllt. Mehrere solche rohrförmige Behälter als Gleichrichterelemente in einem
Behälter können dann nur in Parallelschaltung betrieben werden, und das Kühlmittel
bespült nur das Grundmetall im Sinne der Grundplatten von Gleichrichterelementen
nach Art des für Kupferoxydulgleichrichter oder Selengleichrichter bekannten Aufbaues.
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Es war dann weiterhin bekanntgeworden, solche rohrförmigen Gleichrichterelemente
in einem ölgefüllten Behälter einzubauen und sie auf der Innenseite von einem Kühlmittel,
wie Wasser oder Luft, durchströmen zu lassen. Es war dabei in Aussicht genommen,
in dem die Gleichrichterrohre umgebenden Mittel, wie 0I oder Luft, von einem Kühlmittel
durchströmende Rohre vorzusehen. Es war auch in Betracht gezogen, an rohrförmigen
Selengleichrichterelementen die Außenseite der Rohre nur stellenweise mit der wirksamen
Schicht zu bedecken, also an den übrigen Stellen der Außenseite des Grundmetalles
frei zu lassen, damit dieses Grundmetall der Außenseite ebenso wie das Grundmetall
der Rohrinnenseite zur Wärmeabführung nach außen dienen kann.
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Es war weiterhin eine Kühleinrichtung für Trockengleichrichter bekannt,
bei welcher die Gleichrichterelementesäulen in einem Gehäuse angeordnet sind und
dieses von einem im Kreislauf umgewälzten und außerhalb des Gleichrichtergehäuses
rückgekühlten Kühlmittel, wie z. B. Öl, durchflossen wird, wobei in der Rückkühleinrichtung
mit Luft oder Kühlwasser gearbeitet werden kann bei einer solchen Führung dieses
Kühlmittels, daß es im Gegenstrom zu dem umlaufenden Kühlmittel fließt.
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Nach einer anderen bekannten Lösung einer Kühleinrichtung für elektrische
Geräte, wie insbesondere Trockengleichrichter, war das zu kühlende Gerät, also der
Trockengleichrichter, dem in einer geschlossenen Bahn umlaufenden Strom eines verdichteten
gasförmigen Wärmeübertragungsmittels ausgesetzt, und dieses unterlag seinerseits
der Wirkung einer Einrichtung zur Wärmeabfuhr.
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Es war nach einer weiteren Lösung bekannt, die Gleichrichterplatten
in einem Behälter in einer Ölfüllung anzuordnen, und dabei sollte der Behälter mit
Kühlrippen versehen werden und in ihm Kühlschlangen von Kühlvorrichtungen mit Umlaufkühlung
für die isolierende Flüssigkeit angeordnet werden.
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Es war auch für Trockengleichrichter auf Fahrzeugen bekannt, die Gleichrichterplatten
zwischen nebeneinandergeschichteten kammförmigenAbstandsstücken aus Aluminium anzuordnen,
wobei der Kammzinkenträger des einen Kammkörpers jeweils den Zinken des in der Schichtung
vorausgehenden Kammkörpers zugewandt liegt, so daß die einzelne Gleichrichterplatte
mit ihrer einen Oberfläche an dem Zinkenträger eines Kammkörpers anliegt und mit
ihrer anderen gegenüberliegenden Oberfläche auf Zinken des anderen Kammes aufliegt.
Auf diese Weise bilden jeweils zwei Zinken des Kammes und
die Gleichrichterplatte
mit einer Teilfläche ihrer entsprechenden Oberfläche einen Kanal für das Kühlmittel.
Es war statt dessen auch in Aussicht genommen, die Abstandsstücke unmittelbar mit
Kanälen von rechteckförmigem Querschnitt zu versehen und die gesamte Anordnung aus
Gleichrichterplatten und Abstandsstücken mit einer abschließenden Hülle aus Isoliermaterial
zu versehen oder die Teile mittels einer Spannvorrichtung in der Weise zusammenzuhalten,
daß die Stirnseiten der Kanäle der Abstandsstücke in Richtung des bei der Bewegung
des Fahrzeuges erzeugten Fahrtwindes liegen. Bei einer solchen Anordnung muß also
eine gegenseitige Anpassung von Festkörpern durch entsprechende Bearbeitung ihrer
zur gegenseitigen Anlage kommenden Flächen stattfinden, damit eine entsprechende
gütemäßig ausreichende, hochwertige Wärmeübertragung erfolgen kann.
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Nach einer weiteren Lösung war es bekannt, Trockengleichrichterplatten
in einem Behälter in einer Flüssigkeit anzuordnen, die bei der höchstzulässigen
Temperatur des Systems siedet und entweder an den mit Kühlrippen versehenen, gegebenenfalls
außen von einem besonderen Kühlmittel, wie Luft, bespülten Wänden oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
wieder für seine Kondensation rückgekühlt wird oder seinen Umlaufweg auch in Dampfform
durch eine Kühlrohrspirale nimmt, welche in einem Behälter mit Kühlwasserzulauf
und Kühlwasserablauf für die Kondensation des dampfförmigen Mittels liegt.
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Bei einer anderen bekannten Trockengleichrichteranlage wurden mehrere
Pakete von Gleichrichterplatten und von Rückkühlsystemen für das Kühlmittel abwechselnd
in dem Kühlkanal hintereinander angeordnet, in welchem das Kühlmittel vorzugsweise
über diese Rückkühlsysteme und die Gleichrichterplatten in einem Umlaufsystem hinweggefördert
wurde und wobei in dem Wärmeaustauscher für die Rückkühlung mit dem Aufbau eines
Rohr- oder Spaltsystems Mittel vorgesehen werden konnten, durch die mit Hilfe von
Anlauf- und Wirbeleffekten auch luftseitig eine intensive Kühlwirkung erreicht wird.
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Werden die Gleichrichterplatten in einem Behälter in einem sie gut
gegen äußere Einflüsse kapselnden elektrisch isolierenden Mittel angeordnet, welches
sich selbsttätig an ihre gesamte Oberfläche anlegt und durch Kühlschlangen rückgekühlt
ist, so wird auf einfache Weise ein sicherer gleichmäßiger Wärmeübergang von den
Gleichrichterplatten an allen Flächenteilen auf das kapselnde'Mittel erreicht, wobei
allerdings in Kauf genommen werden muß, daß im allgemeinen die Wärmeleitfähigkeit
dieses kapselnden Mittels relativ gering ist. Der Erfindung liegt nun die Zielsetzung
zugrunde, diesen Mangel zu vermeiden, also trotzdem eine möglichst wirksame Kühlung
der Gleichrichterplatten zu schaffen, sowie die Erkenntnis, daß eine solche sinngemäße
Lösung dann erreichbar sein wird, wenn die Wegstrecke, über welche das kapselnde
Mittel als Wärmeflußträger zu wirken hat, möglichst kurz bemessen werden kann. Diese
Aufgabestellung führt bei einer Trockengleichrichteranordnung der eingangs angeführten
Art dann zu einer erfolgreichen Lösung, wenn erfindungsgemäß die Kühlschlangen für
die Rückkühlung des kapselnden Mittels in dem Stapel derart eingebaut werden, daß
sie zwischen den Gleichrichterplatten benachbart deren gekühlten Flächen verlaufen.
Jede einzelne Kühlschlange wird also dabei so zwischen den Gleichrichterplatten
eingebaut, daß sie mindestens im wesentlichen nicht mit den Gleichrichterelementen
in Berührung steht, sondern vorzugsweise nur in dem diese kapselnden Mittel, z.
B. Öl, liegt, also gegenüber den einzelnen Gleichrichterelementen in einem
gewissen, jedoch relativ kurzen Abstand angeordnet ist, so daß auch die gesamte
Oberfläche der jeweiligen Kühlschlange in günstiger Weise als Berührungsfläche mit
dem zu kühlenden kapselnden Mittel wirksam ist, dieses aber nur über eine möglichst
kurze Wegstrecke als sich zwar selbsttätig an die Oberfläche der Gleichrichterplatten
und die Oberfläche der Kühlschlangen anpassender Wärmeträger dient.
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Es ist weiterhin bei Trockengleichrichtern, insbesondere Selengleichrichtern,
die aus mehreren Gleichrichterelementen, vorzugsweise in Säulenform aufgebaut sind
und wobei der ganze zwischen den Bauelementen befindliche Raum mit Gießharz angefüllt
ist, vorgeschlagen worden, diesen mit Gießharz ausgegossenen Raum von einem oder
mehreren zwischen den Gleichrichterplatten liegenden Kanälen zum Durchleiten eines
Kühlmittel derart zu durchsetzen, daß alle Bauelemente des Gleichrichters noch mit
einer dünnen Schicht Gießharz bedeckt sind, die einen Füllstoff, wie Holzmehl oder
Quarzmehl, enthalten kann. Bei dieser Anordnung sind also wesensverschieden vom
Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Gleichrichtersäulen unmittelbar das tragende
und formbestimmende Skelett des Gießharzmassekörpers, dessen innere Kanäle in ihrer
Form durch nachträglich wieder entfernte Verdrängungskörper gebildet worden sind
und wobei Formenänderungen der Gleichrichterplatten auch dieser Gießharzumhüllung
aufgezwungen werden.
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Für eine solche Anordnung besteht der Ergänzungsvorschlag, daß die
im wesentlichen flächenparallel mit den Gleichrichterplatten verlaufenden Kanäle
Teile eines abgeschlossenen, von einem Kühlmittel durchströmten Systems sind und
daß an ihm, vorzugsweise an den in einer Ebene liegenden Öffnungsflächen der Kanäle,
trichterartige Flansche vorgesehen sind, die den durch die Kanäle gebildeten Raum
in das Kühlsystem führen, wobei die Flansche aus Gießharz sind und mit der die Bauelemente
des Gleichrichters bedeckenden Gießharzschicht einen Körper bilden oder die Flansche
an den Gleichrichter angeschraubt oder angepreßt sind.
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Die Kühlschlangen bei der vorliegenden Anordnung können, abgesehen
von ihrer Aufgabe, als Kühleinrichtung zu wirken bzw. ein Kühlmittel zu führen,
gleichzeitig unmittelbar noch eine weitere Funktion übernehmen. Die Kühlschlangen
werden nämlich für eine gute Wärmeübernahme von dem zu kühlenden Mittel, also z.
B. dem Öl, je nach dem kühlenden Mittel, welches sie durchfließt, aus einem Stoff
guter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet, wie z. B. Kupfer. Kupfer ist aber gleichzeitig
ein guter elektrischer Leiter. Aus diesem Grunde können nach einer Weiterbildung
der Erfindung die Kühlschlangen gleichzeitig unmittelbar als elektrische Leiter
ausgenutzt werden, die entweder als Zuleitungen oder/und auch als Zwischenverbindungen
in derGleichrichteranordnung wirken können. Da die Kühlschlangen zwischen den einzelnen
Gleiehrichterelementen verlegt werden, können sie für die Übernahme der Funktion
eines elektrischen Leiters entweder unmittelbar an den einzelnen Gleichrichterelementen
oder an besonderen Kon-
taktelementen oder aber auch an unmittelbar
auf den Tragbolzen der Gleichrichterelemente mit aufgereihten Kontaktfahnen, Hülsen
oder Schellen, die elektrische Verbindung mit den Gleichrichterplatten haben, angeschlossen
werden. Diese Verbindung kann entweder in Form einer Klemmverbindung oder in Form
einer Dauerverbindung, d. h. durch Verlöten od. dgl., vorgenommen werden. Die oder
einige der Verbindungsglieder können auch gleichzeitig Träger bzw. Halter der Kühlschlangen
sein. Im Rahmen der Erfindung ist es an sich gleichgültig, welches Kühlmittel in
der Kühlschlange benutzt wird. Es könnte also gegebenenfalls ebensogut ein gasförmiges
Kühlmittel, wie z. B. auch Luft, oder auch ein flüssiges Kühlmittel benutzt werden.
Vorzugsweise wird ein Kühlmittel möglichst guter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Wasser
benutzt. Das zu kühlende Mittel kann außerdem noch mittels einer besonderen Einrichtung
umgewälzt oder in einem Kreislauf durch die Anordnung gefördert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen
die Figuren der Zeichnung in zwei einander entsprechenden Rissen, wobei die Fig.
2 ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1 ist. 1 bezeichnet einen rohrförmigen
Gehäuseteil, der in diesem Falle viereckigen Querschnitt hat und der aus Metall
oder auch aus einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen kann. Er ist an seiner
Innenseite mit vier U-Schienen 2 versehen, welche für die Einführung und Haltung
der im nachfolgenden beschriebenen Gleichrichteranordnung bestimmt sind. Der rohrförmige
Teil 1 ist an seinen beiden Grundflächen durch Deckelteile 3 bzw. 4 aus Isoliermaterial
abgeschlossen, die über nur ihren Mittellinien nach angedeutete Schrauben und zwischengelegte
Dichtungen 5 bzw. 6 gegen Flansche des Rohrteiles 1 flüssigkeitsdicht festgespannt
sind. In dem auf diese Weise gebildeten Gehäuse, welches mit einer Kühlflüssigkeit
7, z. B. Öl, gefüllt ist, ist die Gleichrichteranordnung untergebracht, welche aus
den fünf Gleichrichterplatten 8 besteht, die auf nur ihren Mittellinien nach
angedeuteten Bolzen 9 aufgereiht und auf diesen festgespannt sind. Die freien
Enden der Bolzen dienen gleichzeitig als Führungs- und Halteorgane der Gleichrichteranordnung
in den bereits erwähnten Schienen 2 an der Innenwand des rohrförmigen Gehäuseteiles
1. Auf den Bolzen 9 sind schellenartige Teile 10 vorgesehen aus zwei
gegeneinanderliegenden Teilen, die an ihren freien Enden eine gabelartige Öffnung
bilden. In diesem gabelartigen Teil ist eine Kühlschlange 11 festgespannt,
die in mehreren Hin-und Rückläufen sich zwischen je zwei der Gleichrichterplatten
erstreckt. Die schellenartigen Teile 10
sind vorzugsweise derart auf den Bolzen
angeordnet und gegen die Gleichrichterplatten abgestützt, daß sie gleichzeitig Kontaktbrücken
zwischen der jeweiligen Elektrode des Gleichrichterelementes bzw. den Elektroden
gleicher Polarität zweier benachbarter Elemente und der Kühlschlange 11 bilden.
Je zwei der Kontaktplatten benutzen in dem Ausführungsbeispiel in diesem Sinne jeweils
die dazwischenliegende Kühlschlange als gemeinsame elektrische Zu- bzw. Ableitung.
Die freien Enden jeder Kühlschlange sind flüssigkeitsdicht durch den Deckel 3 oder
4 hindurchgeführt. So sind die Enden der Kühlschlange 11 durch den linken
Deckelteil 3 hindurchgeführt. Sie bilden außerhalb des Deckelteiles einmal einen
Anschlußstutzen für die Schlauchverbindungen oder Rohre, mittels welcher von einer
geeigneten Quelle ein Kühlmittel durch die Kühlschlange hindurchgeschickt wird.
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An der rechten Seite der Fig. 1 ist zu erkennen, wie die Enden der
Kühlschlange 11' durch den Deckelteil 4 hinausgeführt sind, die in der Tiefenrichtung
zwischen dem nachfolgenden Plattenpaarsystem liegt. Die heraustretenden freien Enden
der Kühlschlangen sind jeweils mit einer Stromschelle 12 bzw. 13 versehen, die einmal
auf den beiden Enden der Kühlschlange festgespannt sind und andererseits einen entsprechenden
Anschluß tragen, wie bei 14
bzw. 15 angedeutet, um eine entsprechende Zusammenschaltung
der Gleichrichterplatten untereinander und einen Anschluß der gesamten Gleichrichteranordnung
an irgendeine Spannungsquelle und einen Verbraucher vorzunehmen können. An dem Gehäuseteil,
welcher die Gleichrichteranordnung aufnimmt, können auch besondere Rohranschlüsse,
wie z. B. 1 a und 1 b an dem rohrförmigen Teil 1, vorgesehen sein, an welche ein
Pumpsystem angeschlossen werden kann, wie es z. B. bei 15 angedeutet ist, um auf
diese Weise einen Umlauf der in dem Behälter eingeschlossenen Kühlflüssigkeit 7
vorzunehmen. Um der Strömung der Flüssigkeit dabei in dem Behälter in einem solchen
Fall einen bestimmten Verlauf zu geben, sind entsprechende Scheidewände
16 vorgesehen, die sich gegen die Längskanten der Gleichrichterplatten 8
sinngemäß legen, so daß sich ein mäanderförmiger Durchlauf der Kühlflüssigkeit 7
durch das Gehäuse ergibt, wie es durch die in Fig. 2 eingetragenen Pfeile veranschaulicht
ist.
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Durch den neuartigen Aufbau einer Gleichrichteranordnung nach der
Erfindung wird die Wärme, die von den Gleichrichterplatten an die Kühlflüssigkeit
7 abgegeben wird, gewissermaßen unmittelbar nahe ihrem Entstehungsort von einer
besonderen Kühleinrichtung übernommen, so daß sich auf diese Weise eine sehr wirksame
und schnelle Abkühlung des Kühlmittels 7 ergibt, wenn dieses betriebsmäßig eine
hohe Wärmemenge, insbesondere bei einem intermittierenden Betrieb einer solchen
Einrichtung, übernommen hat. Die Zahl der Hin- und Rückläufe, die an einer solchen
Kühlschlange zwischen je zwei Platten des Gleichrichtersystems benutzt werden, ist
natürlich an sich beliebig, ebenso die Zahl der Kühlschlangen zwischen je zwei Platten,
die auch einzeln oder gemeinsam und mit gleichen oder verschiedenen Kühlmitteln
und/oder mit verschieden schnellem Kühlmitteldurchlauf gespeist sein können.
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Es könnten auch die Kühlschlangen, die zwischen je zwei der Gleichrichterplatten
verlaufen, mit anderen in Gruppen oder zu einem einzigen Kühlschlangensystem vereinigt
werden, je nach den Erfordernissen der Kühlung und der erwünschten Ausnutzung der
Kühlschlangen als elektrische Leiter. Es würde auch bei einem durchgehenden Schlangensystem
gegebenenfalls noch eine ausreichende elektrische Trennung der einzelnen Kühlschlangensysteme
zwischen verschiedenen Platten ausreichend sein, wenn zwischen den Kühlschlangensystemen
der verschiedenen Platten als Verbindungsstücke entsprechende Stücke aus Isoliermaterial
benutzt werden.