DE1489661C2 - Gleichrichtersäulen aus Halbleitergleichrichtern, die je zwei Kühlkörper aufweisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichrichtersäule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Gleichrichtersäule ist bekannt aus der US-PS29 36 409.

Um die Belastungsfähigkeit von Halbleitergleichrichtern zu erhöhen, sind Gleichrichterkonstruktionen entwickelt worden, bei denen jede der beiden Seiten eines Halbleiterelements in elektrischem und thermischem Kontakt mit je einem Kühlkörper steht, der meist mit einem Anschluß für den Belastungsstrom versehen ist.

Bei der aus der US-PS 29 36 409 bekannten Gleichrichtersäule der eben genannten Art sind die beiden gegenüberliegenden Wände des Kühlluftkanals vorzugsweise als halbzylindrische Flächen ausgebildet, so daß sie zusammen einen allseits geschlossenen vorzugsweise zylindrischen Kühlluftkanal bilden, in welchem mehrere Gleichrichter in Längsrichtung der Säule hintereinander angeordnet sind. Jeder Gleichrichter besteht aus zwei Kühlkörpern, zwischen denen ein Halbleiterelement eingespannt ist. Bei dieser Anordnung durchströmt die Kühlluft auch die Räume zwischen den Kühlkörpern jedes Gleichrichters, was den doppelten Nachteil hat, daß einerseits die empfindlichen Zündleitungen der steuerbaren Halbleiterelemente durch Schwingungen beschädigt werden können und andererseits die empfindlichen Isolationsstrecken zwischen den Kühlkörpern durch Verschmutzung in ihrer Isolationsfestigkeit verschlechtert werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Gleichrichtersäule besteht darin, daß die Wartung der Halbleiterelemente und das Auswechseln der Gleichrichter kompliziert und zeitraubend ist, da zunächst die gegenüberliegenden Wände des Kühlluftkanals entfernt werden müssen, um die Gleichrichter zugänglich zu machen. Auch für eine einfache Inspektion der Halbleiterelemente durch Augenschein ist dieser aufwendige Montagevorgang durchzuführen.

Aus der US-Patentschrift 28 15 472 ist eine Gleichrichtersäule bekannt, bei der das einzelne Halbleiterelement zwischen zwei Platten angeordnet ist, die ihrerseits zwischen zwei von Kühlkanälen durchzogenen Kühlkörpern eingebettet sind. Die beiden Kühlkörper sind über eine das Halbleiterelement seitlich umgebende Isolierschicht fest miteinander verklebt. Eine Vielzahl solcher Anordnungen sind in Längsrichtung zu einer Gleichrichtersäule zusammengesetzt. Bei dieser Gleichrichtersäule kommt zwar das Halbleiterelement nicht mehr mit dem Kühlmedium unmittelbar in Berührung; es bleibt jedoch der Nachteil, daß die Halbleiterelemente einer einfachen Inspektion nicht zugänglich sind, und daß der Ersatz eines defekten Gleichrichters ein Auseinandernehmen des gesamten Kühlkanals erfordert, wobei gewissermaßen ein Teil des Kühlkanals selbst mit ausgetauscht werden muß.

Aus der deutschen Auslegeschrift 10 62 822 ist eine Gleichrichteranordnung bekannt, bei der Halbleiterelemente, die in einem Gehäuse untergebracht sind, an einem Gehäuseende mit einem Kühlkörper verbunden sind. Bei solchen einseitig gekühlten Gleichrichterelementen ist zwar eine Inspektion ohne weiteres möglich, jedoch läßt sich hier die intensive zweiseitige Kühlung nicht erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichtersäule der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Halbleiterelemente ohne weiteres inspiziert werden können und einzelne Gleichrichter ohne nennenswerte Montagearbeiten ausgetauscht werden können und gleichzeitig ein direkter Kontakt zwischen den Halbleiterelementen und dem Kühlmedium vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Gleichrichtersäule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß die in dessen kennzeichnenden Teil genannten Merkmale auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Säule nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Dank der erfindungsgemäßen Konstruktion sind die Halbleiterelemente von den Seiten frei zugänglich, und ein aus Halbleiterelement und zwei Kühlkörpern bestehender Gleichrichter kann in einfacher Weise nach der Seite herausgezogen werden. Trotz dieser offenen Bauweise sind geschlossene Kanäle für die Kühlluft vorhanden, und die Halbleiterelemente kommen mit der Kühlluft nicht in Berührung.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen an sich bekannten Halbleitergleichrichter mit zwei getrennten Kühlkörpern,

Fig.2 die prinzipielle Ausführung einer erfindungsgemäßen Gleichrichtersäule, und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Säule und der Erfindung, die zwei Änderungen aufweist, nämlich einmal die Bemessung der gegenüberliegenden Wände, derart, daß zwischen ihnen zwei von entgegengesetzten Seiten eingeschobene, nebeneinanderliegende Gleichrichter Platz haben, und zum anderen die Anordnung mehrerer Gleichrichtersäulen mit gemeinsamen Zwischenwänden nebeneinander.

F i g. 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines an und für sich bekannten Halbleitergleichrichters mit zwei getrennten Kühlkörpern. 1 und 2 sind die mit Kühlflanschen bzw. Kühlrippen versehenen Kühlkörper, zwischen denen das gekapselte Halbleiterelement 3 liegt. Die Kühlkörper werden z. B. von hier nicht gezeigten Bolzen zusammengehalten und sind mit Flanschen 4 und 5 versehen, an welche die Leitungen, die den Belastungsstrom führen, angeschlossen werden können. Die Leitungen 6 für den Zündstrom, die am Halbleiterelement angeschlossen sind, liegen im Zwischenraum zwischen den Kühlkörpern.

Die in F i g. 2 gezeigte Gleichrichtersäule besteht aus zwei Wänden 7 und 8, die vorzugsweise aus isolierendem Material bestehen und zwischen denen die Gleichrichter liegen, von welchen zwei gezeigt sind. Diese haben Kühlkörper 11 und 12 bzw. 21 und 22, die Halbleiterelemente 13 bzw. 23 sowie die Anschlußflanschen 14 und 15 bzw. 24 und 25. Der mit Pfeilen angegebene Kühlluftstrom strömt in den nach außen von den Wänden 7, 8 begrenzten Zwischenräumen zwischen den Kühlrippen. Die Schienen 17, 27 und 37, die in den gezeigten Ausführungsformen auch dazu dienen, die Gleichrichter zu tragen, hindern den Kühlluftstrom daran, durch die Zwischenräume zwischen den beiden Kühlkörpern zu strömen. Um die Schienen mit den Wänden 7, 8 zu verbinden, benutzt man z. B. die Körper 18, 19, 28, 29 bzw. 38, 39. Diese können zweckmäßig dieselbe Erstreckung in der Längsrichtung der Säule haben wie der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gleichrichtern, wodurch die Kühlluftkanäle von der umgebenden Luft völlig abgegrenzt werden. Um die erforderliche elektrische Isolation zu erreichen, werden vorzugsweise sowohl die Schienen als auch die Befestigungsstücke aus isolierendem Material ausgeführt.

Fig.3 zeigt einen Querschnitt einer Gleichrichtersäule quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft. Bei größeren Stromrichtern ist es oft wünschenswert, mehrere einfache Gleichrichtersäulen zu größeren Einheiten zusammenzusetzen. Es kann dann zweckmäßig sein, die Wände 7, 8 so auszuführen, daß die Gleichrichter paarweise von entgegengesetzten Seiten zwischen die Wände eingeführt werden können. In der Figur sind 10 und 20 ein solches Gleichrichterpaar mit den gekapselten Halbleiterelementen 13 bzw. 23. 17 ist die unter den Gleichrichtern liegende Schiene, die die Kühlluft am Strömen durch die Zwischenräume zwischen den Kühlkörpern hindert. Der mit der Längsachse der Säule parallele isolierende zylindrische KörpeT 50 hindert einerseits die Kühlluft, die auch in die Zwischenräume zwischen den Gleichrichtern 10 und 20 einströmt, daran, durch die Zwischenräume zwischen den Kühlkörpern der Gleichrichter zu strömen; andererseits ergibt er einen zweckmäßigen Abstand zwischen den Gleichrichtern 10 und 20.

Wie Fig.3 zeigt, können ferner mehrere Gleichrichtersäulen nebeneinander gesetzt werden, wobei zweckmäßig die sie trennenden Wände (8 in der Figur) gemeinsam sein können.

Wie aus dem Obengesagten hervorgeht, erfüllt die Säule nach der Erfindung alle an eine Gleichrichtersäule zu stellenden Anforderungen. Die Gleichrichter sind außerordentlich leicht zugänglich für Messungen und Austausch. Die gekapselten Halbleiterelemente können unbehindert inspiziert werden. Die Zündleitungen sind direkt erreichbar zwecks Anschluß an das Steuergerät des Stromrichters. Ferner erhält man automatisch beim Einführen der Gleichrichter eine Dichtung der Kühlluftkanäle, teils gegen die umgebende Luft, teils gegen' die Zwischenräume zwischen den Kühlkörpern, wodurch die Zündleitungen gegen schädliche Vibrationen geschützt werden. Eine Gleichrichtersäule nach der Erfindung ist auch einfach in ihrer Ausführung und dadurch billig in der Herstellung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gleichrichtersäule aus Halbleitergleichrichtern, die je zwei getrennte rippentragende Kühlkörper mit zur Längsrichtung der Säule im wesentlichen parallelen Flanschen aufweisen, welche Säule Kühlluftkanäle enthält, die von zwei gegenüberliegenden Wänden begrenzt sind, zwischen denen mehrere Gleichrichter in Längsrichtung der Säule hintereinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. Die beiden gegenüberliegenden Wände (7, 8) sind derart ausgebildet, daß die Gleichrichter (10, 20) von der Seite her zwischen die Wände einschiebbar sind;

2. Zwischen den beiden Wänden (7,8) sind parallel zur Einschiebrichtung der Gleichrichter parallele Schienen (17, 27, 37) vorhanden, die ein Eindringen des Kühlluftstroms in den Zwischenraum zwischen den beiden Kühlkörpern

. (11,12) verhindern;

3. Von den Rippen jedes Kühlkörpers (11, 12) reichen wenigstens die beiden äußersten im eingeschobenen Zustand eines Halbleitergleichrichters bis an die Wände (7, 8), so daß zeitlich geschlossene Kühlluftkanäle entstehen.

2. Gleichrichtersäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen (17,27, 37) die Gleichrichter (10,20) tragen.

3. Gleichrichtersäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Schienen (17, 27, 37) an den Wänden (7, 8) mit Hilfe von Befestigungsstücken (18,28; 38; 19,29, 39) befestigt sind, die so bemessen sind, daß sie die Kühlluftkanäle im Bereich der Zwischenräume aufeinanderfolgenden Gleichrichtern seitlich nach außen abdichten.

4. Gleichrichtersäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (7, 8) so breit sind, daß zwischen ihnen zwei von entgegengesetzten Seiten quer zur Längsachse der Säule eingeschobene Gleichrichter Platz haben.

5. Gleichrichtersäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zentral zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Gleichrichtern ein mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse der Säule liegender isolierender zylindrischer Körper (50) angeordnet ist, der den Kühlluftstrom daran hindert, in den Raum zwischen den Kühlkörpern jedes Gleichrichters einzudringen.

6. Gleichrichteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Gleichrichtersäulen nach einem der vorhergehenden Ansprüche nebeneinandergesetzt sind und gemeinsame Zwischenwände haben.