DE1538325C - Anschluß- und Befestigungs-Vorrichtung für Gleichrichter an der Stirnseite eines Wechselstromgenerators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anschluß- und ■ Befestigungs-Vorrichtung für Gleichrichter an der ■ Stirnseite eines Wechselstrom-, insbesondere Drehstromgenerators, bestehend aus wenigstens einem, mit mehreren Gleichrichterelementen einer Polarität wärmeleitend in Verbindung stehenden, metallischen, eine Vertiefung aufweisenden Kühlkörper, der zusammen mit einer Isolierplatte einen mindestens teilweise abgeschlossenen, die Gleichrichterelemente aufnehmenden Hohlraum bildet, welche Isolierplatte mit den Verbindungsleitungen zu den einzelnen Gleichrichterelementen fest verbunden ist.

Aus der französischen Patentschrift 1 390 001 ist es bekannt, als Kühlkörper für die Gleichrichter Gußkörper zu verwenden, welche die Gleichrichterzellen weitgehend umschließen und so vor Korrosionseinflüssen schützen. Die bekannten Gußkörper weisen Vertiefungen zur Aufnahme eines Gleichrichterelementes auf, welche zusammen mit einer Isolierplatte einen teilweise abgeschlossenen Hohlraum für das Gleichrichterelement bilden. Derartige Gußkörper sind jedoch wegen ihrer komplizierten Formgebung schwierig herzustellen. Die Fertigung ist aufwendig und der anfallende Ausschuß bei den fertigen Gußteilen ist nicht unbeträchtlich. Außerdem besteht bei Gußkörpern, welche zur Material- und Gewichtsersparnis dünnwandig hergestellt werden müssen, stets die Gefahr, daß bei einem mit Erschütterungen verbundenen Betrieb später Ausfälle infolge von Brüchen auftreten. Die Gestaltung und die Anordnung des Isolierstoffteils der bekannten Ausführung hat den Nachteil, daß eine Kontrolle oder eine notwendig werdende Reparatur am Gleichrichterteil wegen der Anordnung der elektrischen Verbindungen auf der den Gleichrichtern zugekehrten Seite des Isolierstoffteils erschwert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anschluß- und Befestigungs-Vorrichtung für Gleichrichter zu schaffen, welche diese vor Korrosion schützt und gut kühlbar ist. Die Vorrichtung soll einfach und mit geringem Aufwand herstellbar sein und Fehler bei der Fertigung sowie im späteren Betrieb weitgehend ausschließen. Sie soll weiterhin eine raumsparende Unterbringung der Gleichrichter ermöglichen und zur Verringerung des Gesamtgewichts der Stromerzeugungseinrichtung selbst möglichst leicht sein.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Anschluß- und Befestigungs-Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Kühlkörper durch Tiefziehen aus Blech hergestellt ist, daß die Gleichrichterelemente mit der jeweiligen Verbindungsleitung und mit dem Kühlkörper verlötet sind und daß die Verbindungsleitungen auf der vom Kühlkörper abgewandten Seite der Isolierplatte angeordnet sind. Durch die Herstellung der Kühlkörper aus Blech wird eine wesentliche Verringerung des Fertigungsaufwandes erreicht. Außerdem sind Blechkörper, gegen Beschädigungen sehr viel unempfindlicher als Gußkörper. Die zur Vermeidung unerwünschter Resonanzerscheinungen im Betrieb notwendige Steifigkeit der Vorrichtung ist durch die Verformung des Blech-Kühlkörpers gewährleistet. Mit der speziellen Anordnung und Befestigung der' Kühlkörper und der Verbindungsleitungen ist eine raumsparende Anordnung geschaffen worden, welche außerdem im Vergleich zu älteren Ausführungsformen ohne vollständige Demontage der Vorrichtung Überprüfungs- und Reparaturarbeiten erleichtert. Trotz platzsparender Bauweise steht eine große Kühlfläche zur Verfügung, und die Gleichrichterzellen sind gegen mit der Kühlluft zugeführten Schmutz und gegen Feuchtigkeit geschützt.

Die Vorrichtung wird ferner mit Vorteil so ausgebildet, daß auf der dem Kühlkörper zugekehrten Seite der Isolierstoffplatte in an sich bekannter Weise mindestens ein zusätzliches Gleichrichterelement angeordnet ist. Eine zweckmäßige Weiterbildung dieser Ausführungsform liegt in ebenfalls bekannter Weise dann darin, daß die Isolierstoffplatte eine der Phasenzahl des Generators entsprechende Anzahl zusätzlicher, mit einer Erregerwicklung des Generators verbundener Gleichrichterelemente trägt, welche Erregerwicklung über eine gemeinsame Verbindungsleitung auf der Isolierplatte an die gleichnamigen Elektroden dieser Gleichrichterelemente angeschlossen ist. Hierdurch ergibt sich eine weitere Vereinfachung der Anordnung sowie eine zusätzliche Raumersparnis.

Konstruktiv hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Gleichrichterelemente in einem tjf Ringkanal des Kühlkörpers angeordnet sind. Sowohl die Raumersparnis wie auch der Schutz der Gleichrichterelemente gegen Schmutz und Feuchtigkeit sind bei dieser Anordnung besonders günstig, insbesondere dann, wenn bei Verwendung getrennter Kühl-. körper für die Gleichrichterelemente positiver und negativer Polarität die beiden Kühlkörper axial so übereinander angeordnet sind, daß die auf ihnen befestigten Isolierplatten einander gegenüberliegen und daß wenigstens ein mit beiden Isolierplatten mechanisch und mit den entsprechenden Verbindungsleitungen auf den Isolierplatten elektrisch verbundenes, metallisches Halteorgan zumindest teilweise in eine Ausnehmung des Kühlkörpers mit seitlichem Abstand hineinragt.

Durch die Erfindung erhält man also eine kompakte Gleichrichtereinheit, die außerhalb des Generators fertig montiert und dann als solche in das Gehäuse des Generators eingebaut werden kann. Auch der Service wird durch die Erfindung sehr erleichtert: Bei einem Defekt im Gleichrichter kann die ganze ^

Gleichrichtereinheit en bloc ausgetauscht werden.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht eines Klauenpolgenerators mit zwei angebauten Kühlkörpern, die im Schnitt dargestellt sind,

F i g. 2 eine andere Ansicht der beiden Kühlkörper nach F i g. 1,

Fig. 3 eine Ansicht nach der Linie III-III der Fig.2, -

F i g. 4 eine Ansicht nach der Linie IV-IV der Fig.2,

F i g. 5 ein Schaltbild zum Erläutern der in den F i g. 1 bis 4 vorgesehenen elektrischen Verbindungen,

F i g. 6 eine Ansicht entsprechend F i g. 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels von Kühlkörpern nach der Erfindung,

F i g. 7 eine Ansicht nach der Linie VII-VII der Fig. 6 und

F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7.

Der in F i g. 1 mit 10 bezeichnete Drehstrom-Klauenpolgenerator, dessen Wicklungen im Stern geschaltet sind, wird über seine Antriebswelle 11 von einem nicht dargestellten Antriebsmotor, z. B. einer

25. Vom Verbindungsbolzen 35 führt ein Leiter 46 zum Gleichrichterelement 29 und ein Leiter 47 zum Gleichrichterelement 26. Hieraus ergibt sich, daß die sechs Gleichrichterelemente 24 bis 29 als Dreiphasen-

Brennkraftmaschine, angetrieben. Sein gegenüberlie- 5 Brückengleichrichter geschaltet sind. Die Schaltung

gendes Wellenende ist mit zwei Schleifringen 12,13 versehen, über die seiner Feldwicklung in bekannter Weise ein Erregerstrom zugeführt werden kann. Sein antriebsseitiges Lagerschild 14 hat einen Fuß 15, der

folgenden F i g. 2 bis 4 näher dargestellte Kühlkörper 17,18, die zum Kühlen von Gleichrichterelementen dienen, welche die vom Generator 10 gelieferte dreiphasige Spannung gleichrichten.

Beide Kühlkörper 17,18 haben, wie aus den F i g. 3 und 4 hervorgeht, die Form von Kreisringsektoren; der innere Durchmesser ist beim Kühlkörper 17 etwas größer. Am Außenrand hat der Kühlkörper 17 einen

ist in herkömmlicher Weise in F i g. 5 dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in den F i g. 1 bis 4 benutzt werden.

Außerdem ist auf der Isolierplatte 31 ein von den

zur Montage dient, und sein gegenüberliegendes, io Leitern 42,44,46 getrennter Leiter 48 vorgesehen, nicht antriebsseitiges Lagerschild 16 trägt zwei in den an den die Kathoden von drei Gleichrichterelementen 51,52,53 angeschlossen sind. Die Anode des Gleichrichterelementes Sl ist mit dem Leiter 42, die Anode des Gleichrichterelementes 52 mit dem Leiter 15 44 und die Anode des Gleichrichterelementes 53 mit dem Leiter 46 verbunden. Die Gleichrichterelemente 51 bis 53 selbst befinden sich in F i g. 3 unterhalb der Isolierplatte 31 im Ringkanal 20 und sind daher nur gestrichelt dargestellt. Ihre Anschlüsse sind

Ringkanal 19 und der Kühlkörper 18 einen Ring- 20 ebenso wie die Anschlüsse der Gleichrichterelemente kanal 20; beide Ringkanäle haben einen etwa trapez- 24 bis 29 mit den zugehörigen Punkten der gedruckförmigen Querschnitt und dienen zur Aufnahme der ten Schaltung verlötet. Die Schaltung der Gleich-Gleichrichterelemente: Am Boden des Ringkanals richterelemente 51 bis 53 ist auch in F i g. 5 dar-19 sind drei Gleichrichterelemente 24, 25,26 mit gestellt. Sie dienen dazu, die Erregerwicklung des ihrem Gehäuse angelötet, das im Innern einen als 25 Generators 10 mit Strom zu versorgen, pn-übergang ausgebildeten Halbleitergleichrichter Auf den Kühlkörper 18 ist eine Anschlußfahne

enthält, dessen einer Anschluß mit dem Gehäuse ver- 54 mit Hilfe eines Niets 55 aufgenietet. Sie dient zum bunden und dessen anderer Anschluß durch einen Anschluß der Batterie und der Verbraucher an den Isolator am oberen Ende des Gehäuses ausgeführt Generator 10. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist der ist. Im Ringkanal 20 sind drei Gleichrichterelemente 30 Bürstenhalter 56 in vorteilhafter Weise so ausgebil-27, 28, 29 mit ihren Gehäusen festgelötet. Auch sie · det, daß er gleichzeitig als Führung für einen auf enthalten jeweils einen als pn-übergang ausgebilde- die Anschlußfahne 54 aufzusteckenden Anschlußten Halbleitergleichrichter, wobei jedoch das Gehäuse stecker dient.

an eine andere der beiden Schichten des pn-Uber- Die Anschlußleitungen zu der Drehstromwicklung

gangs angeschlossen ist als das Gehäuse der Gleich- 35 des Generators 10 werden durch Öffnungen des Kühlrichterelemente 24 bis 26. körpers 17 hindurch aus dem Generatorinnern her-Am Kühlkörper 17 ist eine Isolierplatte 30 und am ausgeführt, wie das in F i g. 1 an einer Anschluß-Kühlkörper 18 eine Isolierplatte 31 mit Nieten 32 leitung 57 dargestellt ist, die durch eine öffnung 58 befestigt. Jede dieser Isolierplatten trägt eine im Kühlkörper 17 hindurchgeführt ist. Diese Öffgedruckte Schaltung, die auf den beiden Isolierplat- 40 nung ist so groß bemessen, daß auch ein gewisser ten verschieden ausgebildet ist, wie das, aus den Kühlluftstrom durch sie fließen kann. F i g. 3 und 4 hervorgeht. Die gedruckten Schaltungen Vor der Montage werden die Kühlkörper 17 und dienen dazu, die nicht mit dem zugehörigen Kühl- 18 bereits komplett aufgebaut, d. h. die Gleichrichterkörper verbundenen Elektroden der Gleichrichter- elemente 24 bis 29 werden eingelötet, die Isolierelemente 24 bis 29 mit den entsprechenden Wicklun- 45 platten 30 und 31 werden aufgesetzt und mit den gen des Klauenpolgenerators 10 zu verbinden. Hierzu Anschlüssen der Gleichrichterelemente verlötet, nachsind an der Isolierplatte 30 des Kühlkörpers 17 in dem bereits zuvor in die Isolierplatte 31 die Gleichelektrischem Kontakt mit deren gedruckter Schal- richterelemente 51 bis 53 eingesetzt worden waren, tung, aber elektrisch vom Kühlkörper 17 isoliert, drei Dann werden die Isolierplatten durch die Nieten 32 Verbindungsbolzen 33, 34, 35 festgenietet, auf deren 50 fest mit ihrem Kühlkörper verbunden, so daß komfreien Enden der Kühlkörper 18 mittels Schrauben plette Montageeinheiten von Plus-Kühlkörpern 18 befestigt ist. Hierzu ist der Kühlkörper 18 mit drei und Minus-Kühlkörpern 17 vorliegen, die am Monkreisförmigen Ausnehmungen 36, 37, 38 versehen, tageband als fertige Einheit eingesetzt werden. Zudurch die die Verbindungsbolzen 33 bis 35 ragen, nächst wird dazu der Kühlkörper 17 mit Hilfe von ohne den Kühlkörper 18 zu berühren. Sie sind da- 55 in F i g. 2 erkennbaren Schrauben 59 an dem Lagerdurch nur mit der Isolierplatte 31 und den betreffen- schild 16 befestigt; dann werden die Anschlußleitunden Abschnitten der auf dieser angebrachten gen zu den Generatorwicklungen, z.B. die in Fig. 1 gedruckten Schaltung verbunden. An den Verbin- sichtbare Leitung 57, mit Kabelschuh auf die Verdungsbolzen 33 bis 35 sind Kabelschuhe befestigt, bindungsbolzen 33 bis 35 aufgesteckt, und daraufhin von denen Leitungen zu den drei im Stern geschalte- 60 wird der Plus-Kühlkörper 18 auf die Verbindungsten Phasenwicklungen des Klauenpolgenerators füh- bolzen 33 bis 35 aufgesetzt und durch die in den ren; die Schaltung ist in F ig. 5 dargestellt. Fig. 1 und 2 erkennbaren Muttern und Unterleg-Die gedruckten Schaltungen sind so aufgebaut, scheiben mit diesen Verbindungsbolzen festgezogen, daß vom Verbindungsbolzen 33 ein Leiter 42 zum Die Montage der Kühlkörper 17,18 mit ihren Gleichrichterelement 27 und ein Leiter 43 zum 65 Gleichrichterelementen ist also denkbar einfach und Gleichrichterelement 24 führt. Vom Verbindungs- kann auch von ungeschulten Arbeitskräften ausbolzen 34 führt ein Leiter 44 zum Gleichrichterele- geführt werden, da die einzelnen Kühlkörper und ment 28 und ein Leiter 45 zum Gleichrichterelement ihre Schalterelemente bereits vor dem Einbau auf

Funktionstüchtigkeit überprüft sind. Außerdem sind die Gleichrichterelemente beim beschriebenen Aufbau einerseits durch die große Fläche der — einfach durch Tiefziehen herzustellenden — Kühlkörper 17 und 18 gut gekühlt und dabei doch durch ihre Unterbringung in den von den Ringkanälen 19 und 20 und den Isolierplatten 30 und 31 gebildeten Hohlräumen gut gegen Verunreinigung und Korrosion geschützt. Selbstverständlich ist es zweckmäßig, die Kühlkörper 17 und 18 ebenso wie auch die auf den Isolierplatten 30, 31 befindlichen gedruckten Schaltungen durch geeignete Schutzlacke gegen Korrosion zu schützen.

In manchen Fällen kann es bei Generatoren höherer Leistung vorteilhaft sein, zur Gleichrichtung für jede Phase mehrere parallel geschaltete Gleichrichterelemente zu verwenden, da hier bei einem Ausfall eines Gleichrichterelementes die übrigen Gleichrichterelemente weiterarbeiten und deshalb nur ein geringer Leistungsabfall bei Zerstörung eines Gleichrichterelementes auftritt. In einem solchen Fall kann mit Vorteil eine Kühlkörperanordnung Verwendung finden, wie sie in den F i g. 6 bis 8 dargestellt ist. Dort sind für jede Phase zweimal vier parallel geschaltete Gleichrichterelemente vorgesehen, deren Lötverbindungen und Drahtenden so schwach bemessen sind, daß sich das betreffende Gleichrichterelement nach seiner Zerstörung durch den hohen auftretenden Strom selbst auslötet und dadurch sich selbst abschaltet. Die in F i g. 6 dargestellte Anordnung ist ebenso wie diejenige nach F i g. 2 dazu bestimmt, mit Hilfe von Schrauben 63 am Lagerschild 16 des Generators 10 befestigt zu werden. Sie besteht im wesentlichen aus einem Minus-Kühlkörper 64 und einem Plus-Kühlkörper 65, die beide als kreisringförmige Blechschalen aus gut wärmeleitendem Blech durch Tiefziehen hergestellt sind. Mit dem Kühlkörper 64 ist eine Isolierplatte 66 und mit dem Kühlkörper 65 eine Isolierplatte 67 jeweils durch Nieten 68 fest verbunden. Beide Isolierplatten 66 und 67 tragen gedruckte Schaltungen, von denen die auf der Isolierplatte 67 vorgesehene Schaltung in F i g. 7 dargestellt ist. Außerdem hat jede der Isolierplatten an ihrem äußeren Umfang nutenförmige Einschnitte 69, die zur Aufnahme von Gleichrichterelemente bestimmt sind. Für die erste Phase des Drehstromgenerators 10 sind vier Gleichrichterelemente 70, für die zweite Phase vier Gleichrichterelemente 71 und für die dritte Phase vier Gleichrichterelemente 72 zur Gleichrichtung des Laststroms im Plus-Kühlkörper 65 vorgesehen; ebenso befinden sich im Minus-Kühlkörper 64 dreimal vier Gleichrichterelemente, die zusammen mit den Zellen 70 bis 72 einen Drehstrom-Brückengleichrichter von der gleichen Art bilden, wie er in der Schaltung in F i g. 5 dargestellt ist. Wie in F i g. 8 an einem Gleichrichterelement 71 ersichtlich, liegen diese Zellen am Boden ihres Kühlkörpers an und sind mit ihrem einen Anschlußdraht mit dem zugehörigen Leiter der gedruckten Schaltung und mit ihrem anderen Anschluß mit ihrem Kühlkörper verlötet, wobei zur Lötverbindung vorzugsweise ein Lot mit einem niedrigen Schmelzpunkt verwendet wird, das bereits bei geringen Übertemperaturen auslötet. Im Plus-Kühlkörper 65 sind außerdem drei getrennte Gleichrichterelemente 73, 74, 75 vorgesehen, die an einem gemeinsamen Leiter 76 angeschlossen sind und zur Speisung der Erregerwicklung des Generators 10 dienen. Wie aus den F i g. 7 und 8 ersichtlich, liegen auch diese Gleichrichterelemente 73 bis 75 in dem vom Kühlkörper 65 gebildeten Ringkanal 77.

Ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kühlkörper 64 und 65 durch drei Verbindungsbolzen 78,79,80 miteinander verbunden, die nur an den Isolierplatten 66 und 67 befestigt sind, so daß sie auf einfache Weise von den Kühlkörpern 64 und 65 isoliert bleiben. Die Montage ist

ίο daher ebenso einfach wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Zunächst wird der Kühlkörper 64 mit Hilfe der Schrauben 63 am Lagerschild 16 befestigt und daraufhin werden die drei Anschlüsse der Drehstromwicklung des Generators 10 mit Hilfe von Kabelschuhen 81, 82, 83 an die Verbindungsbolzen 78, 79, 80 angeschlossen. Dann wird der Plus-Kühlkörper 65 aufgesetzt und mittels geeigneter Verbindungselemente an den Verbindungsbolzen 78 bis 80 befestigt. Zum Anschluß an den Plus-Kühlkörper 65 dient ein Anschlußbolzen 84. Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel natürlich auch möglich, die beiden Kühlkörper 64 und 65 als fertige Einheit zu montieren.

Der Generator 10 ist in den Ausführungsbeispielen als Klauenpolgenerator dargestellt. Ebensogut könnte aber eine andere Bauart eines Synchrongenerators verwendet werden. Auch bei der Form der Kühlkörper und der dazugehörigen Isolierplatten mit den gedruckten Schaltungen ist eine Vielzahl von Ausführungsformen denkbar, w:3 das bereits aus den • gezeigten beiden Ausführungsbeispielen hervorgeht. Im wesentlichen hängt die Ausbildung der Kühlkörper von den verwendeten Gleichrichterelementen und von den konstruktiven räumlichen Gegebenheiten am jeweiligen Generator ab.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anschluß- und Befestigungs-Vorrichtung für Gleichrichter an der Stirnseite eines Wechselstrom-, insbesondere Drehstromgenerators, bestehend aus wenigstens einem, mit mehreren Gleichrichterelementen einer Polarität wärmeleitend in Verbindung stehenden, metallischen, eine Vertiefung aufweisenden Kühlkörper, der zusammen mit einer Isolierplatte einen mindestens teilweise abgeschlossenen, die Gleichrichterelemente aufnehmenden Hohlraum bildet, welche Isolierplatte mit den Verbindungsleitungen zu den einzelnen Gleichrichterelementen fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (17,18; 64, 65) durch Tiefziehen aus Blech hergestellt ist, daß die Gleichrichterelemente (24 bis 29; 70 bis 72) mit der jeweiligen Verbindungsleitung (42 bis 47) und mit dem Kühlkörper verlötet sind und daß die Verbindungsleitungen auf der vom Kühlkörper abgewandten Seite der Isolierplatte (30, 31; 66,

67) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kühlkörper (18; 65) zugekehrten Seite der Isolierplatte (31, 67) mindestens ein zusätzliches Gleichrichterelement (51 bis 53; 73 bis 75) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte (31; 67) eine der Phasenzahl des Generators entsprechende

Anzahl zusätzlicher, mit einer Erregerwicklung des Generators verbundener Gleichrichterelemente (51 bis 53; 73 bis 75) trägt, welche Erregerwicklung über eine gemeinsame Verbindungsleitung (48; 76) auf der Isolierplatte (31; 67) an die gleichnamigen Elektroden dieser Gleichrichterelemente angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelemente (24 bis 29; 51 bis 53; 70 bis 75) in einem Ringkanal (19, 20; 77) des Kühlkörpers (17,18; 64, 65) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 4, mit je einem Kühlkörper für Gleichrichterelemente positiver und negativer Polarität, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kühlkörper axial so übereinander angeordnet sind, daß die auf ihnen befestigten Isolierplatten (30, 31; 66, 67) einander gegenüberliegen und daß wenigstens ein mit beiden Isolierplatten mechanisch und mit den entsprechenden Verbindungsleitungen (42 bis 47) auf den Isolierplatten elektrisch fest, verbundener, metallischer Verbindungsbolzen (33 bis 35; 78 bis 80) zumindest teilweise in eine Ausnehmung (36 bis 38) des Kühlkörpers mit seitlichem Abstand hineinragt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 537/205