DE1814876A1

DE1814876A1 - Model mit Kuehlkoerper

Info

Publication number: DE1814876A1
Application number: DE19681814876
Authority: DE
Inventors: James Phelix; Otteson Christian Sheidon
Original assignee: ELECTRIC REGULATOR CORP
Current assignee: ELECTRIC REGULATOR CORP
Priority date: 1968-06-26
Filing date: 1968-12-16
Publication date: 1970-01-02
Also published as: CH492383A; NL6901605A; GB1247927A; BE726560A; FR2011668A1; US3536960A

Description

Anmelder; Electric Regulator Corporation, Pearl Street, Norwalk, Connecticut, USA

Modul mit Kühlkörper

Die Erfindung betrifft einen Modul, insbesondere mit einem Kühlkörper zur Abfuhr von Wärme, die durch ein elektrisches Bauelement als Teil des Moduls entwickelt wird=

Im Patent ... (Patentanmeldung P 17 65 496.5) ist ein Stromversorgungsaggregat beschrieben, in dem die einzelnen Schaltungsabselmitte der Stromversorgung in getrennten Modulen untergebracht sind, die lösbar an freiliegenden Teilen von Sammelschienen an einer äußeren Haltewand montiert sind. Wenn die einzelnen Module an den Sammelschienen montiert werden, werden geeignete elektrische Verbindungen zwischen den elektrischen Bauelementen in den Modulen und der äußeren Stromversorgungsschaltung hergestellt. Die lösbare Verbindung zwischen dem Modul und der äußeren Haltewand kann vorteilhaft durch eine schnell lösbare Verbindungseinheit gemäß Patent ... (P 17 50 618,2) hergestellt werden. '

Ein in einer derartigen Stromversorgung verwendeter typischer Modul hat ein elektrisches Bauelement wie einen Gleichrichter» Während des Betriebs des Gleichrichters erzeugt der Halbleiterübergang Wärme, so daß bei Fehlen einer Einrichtung zur Abfuhr der so erzeugten Wärme das Halbleitermaterial beschädigt würde. Um dies zu verhindern, wird normalerweise ein Kühlkörper verwendet, der die durch beispielsweise einen Thyristor erzeugte Wärme an die Umgebung abgibt,

BAD ORIGfNAL

Der Kühlkörper kann aus zwei Abschnitten bestehen, die jeweils mehrere verbundene Rippen haben. Jader Abschnitt des Kühlkörpers steht normalerweise in Wärme-(und gewünschrenfalls elektrischer) Leitung mit einer anderen Oberfläche des elektrischen Bauelements und ist starr mit dem vorgesehenen isolierten Modul verbunden. Getrennte Abschnitte, die die Modulhalteelernente bilden, erstrecken sich von jedem Abschnitt des Kühlkörpers, wobei diese Halteelemente auf Sicherungselementen an den Sammelschienen montiert (und gewünschtenfalis auch elektrisch verbunden) sind, die durch die äußere Haltewand getragen sind . (Wenn eine derartige elektrische Verbindung hergestellt ist, leiten die Abschnitte des Kühlkörpers elektrischen Strom zu und von dem elektrischen Bauelement.)

Es ist jedoch festgestellt worden, daß wegen der Gefahr der Abweichung der Haltewand von einer genauen Ebene eine genaue Ausrichtung zwischen den Sicherungselementen an dieser Wand und den Halteelementen des Moduls aufgehoben wird, so daß die Kühlkörperabschnitte fehlausgerichtet werden. Dadurch wird entweder die Wärme- und elektrische Leitung zwischen den Kühlkörperabschnitten und dem elektrischen Bauelement beeinträchtigt oder ein sehr hoher Druck auf das elektrische Bauelement in Abhängigkeit von der Richtung der Fehlausrichtung ausgeübt. In beiden Fällen sind die Ergebnisse nachteilig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Modul anzugeben, der diese Machteile vermeidet, indem er Kühlkörperabschnitte hat, die an dem elektrischen Bauelement in einer Weise angreifen, die mechanisch, thermisch und gewünschtenfalis elektrisch optimal ist, selbst wenn die äußere Haltewand, an der der Modul montiert ist, stärker von einer Ebene abweichen würde. Ferner soll der Modul so beschaffen sein, daß er leicht und sicher zu montieren und trotzdem stabil ist und sich ändernden Montagebedingungen angepaßt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist ein Abschndtt des Kühlkörpers in bekannter Weise starr mit seinen Halteelementen verbunden, während der andere Abschnitt des Kühlkörpers ein "beweglicher" Abschnitt ist, der nur mit dem ortsfesten Abschnitt und bei

9 0 9 8 81/0888

elektrischer Leitung durch den Kühlkörperabschnitt mit seinem zugehörigen Halteelement nur durch einen flexiblen elektrischen Leiter verbanden ist. Auf diese Weise kann, selbst, wenn die Halteelemente am Modul und die entsprechenden Sicherungseieraente an der-Haltewand wegen eines nicht ebenen Verlaufs der Wand nicht genau ausgerichtet sind, das zu dem beweglichen Kühlkörperabschnitt zugehörige Halteelement in richtigen Eingriff mit dsm entsprechenden Sieherungselement an der Halteband ohne Erzeugung von mechanischen Spannungen in den oder eiser Relativbewegung der Kühlkörpssrabsclinitte gebracht werden = Daher werden praktisch keine mechanischen Spannungen in der elektrischen Steuereinrichtung erzeugt, und die tsi&en Kühlkörperabschnitte bleiben im erforderlichen guten Wärme- und elektrischen Kontakt mit dem elektrischen Bauelement= Die Külilkörgsrabschnitte sind in einem ausfülirungsbaispiel gemäß össr Srfiiiär.Bg durch eine I'lemmeinrichturig miteinander verbunden, die zwei Sicherungsglieder hat, die an den Abschnitten angebracht und. durch Befestigungselemente untereinander verbunden sind. Die Sicherungsglieder drücken auch jeden eier Kühlkörperabschnitte in guten Wärme= und elektrischen Kontakt mit geeigneten Oberflächen des elektrischen Bauelements, das sandi-zichartig dazwischen angeordnet ist.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert v/erden. Es ze igen 2

PIg=, 1 eine perspektivische, auseinandergesogene ansicht einem Gleichrichtermoduls mit den Abschnitten des Kühlkörpers gemäß der Erfindung?

Fig= 2 eine Aufsicht auf den zusammengebauten Modul einschließlich dem Kühlkörper gemäß der Erfindung?

Fig» 3 eine Frontansicht des Moduls von Fig. 2?

Fig» 4 eine Bückansicht des Moduls von Fig. 2; Fig. 5 eine Seitenansicht von links in Fig. 3?

Fig. 6 eine Seitenansicht von rechts in Fig. 3; und Fig. 7 einen Teilquerschnitt entlang Linie 7-7 von Fig.2.

Ein Modul 10, der im hier beschriebenen Äusfuhrungsbexspxel für eine Stromversorgung vorgesehen ist, weist in der Hauptsache ein elektrisches Bauelement auf. Ein derartiges Bau-

9 0 9 8 81/0P 8 8

element erzeugt gewöhnlich während seines Betriebs Wärme. Im vorliegenden Fall ist das elektrische Bauelement ein Thyristor 12, obwohl die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, da die Vorteile der Erfindung auch mit einem anderen Bauelement wie einem normalen Gleichrichter oder Transistor, das ebenfalls während des Betriebs Wärme erzeugt, erzielt werden können.

Damit die durch das Bauelement erzeugte Wärme nicht das Material des Bauelements selbst beschädigt, muß eine Einrichtung vorhanden sein, um diese Wärme an die Umgebungsatmosphäre abzuführen. Das wird gewöhnlich durch einen Kühlkörper 14 und 16 vorgenommen, der bei den bekannten Modulen im allgemeinen zwei ähnlich geformte Abschnitte aufweist, die in gutem Wärmekontakt mit leitenden Flächen an den gegenüberliegenden Enden des elektrischen Bauelements 12 stehen.

Bei bereits entwickelten derartigen Modulen ist jeder Abschnitt des Kühlkörpers elektrisch leitend, steht in elektrischer Verbindung mit einem Anschluß des elektrischen Bauelements und trägt ein Halteelement,"das starr an einer Sammelschiene oder einem ähnlichen Leiter montiert werden kann, der an einer äußeren Haltewand der Stromversorgung ortsfest montiert ist. Auf diese Weise ist der Modul in der Stromversorgung montiert und werden die vorzunehmenden elektrischen Verbindungen mit dem in dem Modul untergebrachten elektrischen Bauelement hergestellt.

Die in dem Modul vorhandenen Halteelemente greifen im allgemeinen an Gegensicherungselementen an der Haltewand an, so daß sie den Modul an den Sammelschienen haltern. Es ist wichtig, daß die elektrische Leitung zwischen den Modulhalteelementen und den Sammelschieneη möglichst gut ist, um die EnergieVerluste in den Leitungswegen zum Modul und damit die an den Modul- und Samme1schienenverbindungen erzeugte Wärme klein zu halten. Aus diesem Grund werden die Halteelemente des Moduls gegen die Sammelschienen gedrückt, um eine gute Leitung zu gewährleisten.

909881/0888

™~ O "■* *

Die Sammelschienenflächen, an denen die Modulhalteelemente montiert sind, sind im Idealfall eben, so daß die Halteelemente und die damit verbundenen Kühlkörper richtig ausgerichtet und spannungsfrei sind. In der Praxis wird jedoch die ideale ebene Form nicht erreicht, z.B. wegen Fertigungstoleranzen, einem Verziehen wegen des Einbaus oder wegen Alterung oder Wärme.

Diese Abweichung von einer ebenen Form erzeugt Querkräfte in den Kühlkörperabschnitten, die entweder die Kühlkörperabschnitte voneinander weg nach außen bewegen, so daß sie den gewünschten guten Wärme- und elektrischen Kontakt zwischen sich und den leitenden Flächen des elektrischen Bau- ' elements verlieren, oder nach innen zueinander bewegen, so daß gefährliche mechanische Spannungen in dem Material des elektrischen Bauelements erzeugt werden. Wenn diese mechanischen Spannungen groß genug sind und lang genug dauern, führen sie schließlich zum Ausfall des elektrischen Bauelements.

Gemäß der Erfindung wird der gewünschte elektrische Kontakt zwischen den Haiteelementeη und den Sammelschienen aufrechterhalten und bleibt das elektrische Bauelement im wesentlichen unbeeinflußt durch eine Abweichung der Haltewand von einer ebenen Form, indem nur ein Abschnitt des Kühlkörpers, nämlich der ortsfeste Abschnitt 14, an dem Modul in der oben beschriebenen üblichen Weise befestigt wird, während der a ndere Abschnitt des Kühlkörpers als "beweglicher" Abschnitt 16 nur mit dem ortsfesten Abschnitt und dem elektrischen Bauelement 12, aber starr weder mit der Sammelschiene noch seinem zugehörigen Halteelement verbunden ist. Die Abschnitte 14 und 16 können aus mehreren geformten Blechteilen bestehen oder extrudiert, gegossen oder anderweitig gefertigt sein.

Der ortsfeste Abschnitt 14 hat eine Metallplatte 17, die an einem Ende einen nach außen gebogenen Fuß 18 aufweist, der ein Halteelement bildet. Eine Sammelschiene 20 ist fest an einer starren Haltewand 22 an der Rückseite einer Schalttafel montiert, die davon durch einen Isolier-

909881/0888

körper 24 isoliert ist. Der Fuß oder das Halteelement 18 kann an der Sammelschiene 20 montiert werden. Der ortsfeste Abschnitt 14 hat ferner mehrere insgesamt U-förmige Rippen 26, 28,30,32 und 34, die aneinander und an der Platte 17 durch Schrauben 35 befestigt sind. Der Fuß 18 trägt eine Sicherungsmuttereinheit 36, die starr an einem Sicherungselement 38 angreifen kann, das an der Haltewand 22 befestigt ist, um lösbar den ortsfesten Abschnitt 14 an der Sammelschiene 20 zu montieren.

Eine Platte 40 ist an einem starren Isolierkörper 42 montiert, und ein Steg 44 der Platte 17 ist starr am Isolierkörper 42 durch eine Befestigungsschraube 46 befestigt. Der Isolierkörper 42 dient daher zur räumlichen und elektrischen Trennung des Fußes 18 von der Platte 40, wobei eine Aussparung 43 im Isolierkörper 42 ausgebildet ist, durch die der Fuß 18 der Platte 17 verläuft. Die Platte 40 hat einen vorstehenden Fuß 48, der das zweite Halteelement des Moduls bildet und eine zweite Sicherungsmuttereinheit 36 trägt, die an einer Sicherungseinrichtung 52 angreift, die von der Wand 22 ausgeht, um starr, aber lösbar den Fuß 48 gegen die Sammelschiene 54 zu drücken, die ihrerseits von der Wand 22 durch einen Isolierkörper 56 isoliert ist.

Der bewegliche Kühlkörperabschnitt 16 hat eine Metallplatte 60, die an einem Ende nach außen gebogen ist, um einen Steg 62 zu bilden, sowie insgesamt U-förmige Rippen 64, 66,68 und 70, die aneinander und an der Platte 60 durch Schrauben 72 befestigt sind. Die Platte 60 trägt einen Anschluß 73, der elektrisch mit einem Anschluß 74 auf der Platte 40 durch ein flexibles Verbindungskabel 58 verbunden ist, das also zur elektrischen Verbindung des beweglichen Abschnitts 16 mit der Platte 40 und damit mit der Sammelschiene 54 dient.

Der bewegliche Abschnitt 16 ist mechanisch mit dem ortsfesten Abschnitt 14 durch eine Klemmeinrichtung verbunden,die zwei im wesentlichen gleiche, hohle, trogförmige Isolierkörper 76 und 78 aufweist, die zentral an den Oberflächen

909881/0888

der Rippen 34 bzw. 70 angeordnet sind. In den Isolierkörpern 76 und 78 sind Paare von Öffnungen vorhanden, die mit Öffnungen 77 bzw. 79 in den Kühlkörperabschnitten 14 bzw. 16 fluchten, und zwei hohle, zylindrische, Isolierbuchsen 80 und 82 befinden sich zwischen dem ortsfesten und dem beweglichen Kühlkörperabschnitt 14 bzw. 16, um die Kühlkörperabschnitte voneinander elektrisch zu isolieren.

Unterlegscheiben 84, die Öffnungen 86 und 88 haben, die mit den Öffnungen 77 bzw. 79 in den Kühlkörperabschnitten bzw. 16 fluchten, sind von den Isolierkörpern 76 und 78 aufgenommen. Zwei Befestigungsschrauben 90 und 92 verlaufen durch — die fluchtenden Öffnungen in den Unterlegscheiben 84 und 86, ^ den Isolierkörpern 76 und 78, den Abschnitten 28 und 58 und den Distanzhaltern 80 und 82. Zwei Muttern 94 und 96 sind fest auf die freien Enden von Schrauben 90 und 92 aufgeschraubt, die durch die Unterlegscheibe 84 verlaufen. Die Isolierkörper 76 und 78 sind jeweils mit hohlzylindrischen Vorsprüngen 100 und 102 versehen, die durch Öffnungen 77 bzw. 79 in jedem der Abschnitte 28 und 50 verlaufen. Für einen optimalen Betrieb des Moduls ist es wichtig, daß die Oberflächen 17 und 60 der Kühlkörperabschnitte 14 bzw. 16 gut an den gesamten Leitungsflächen des elektrischen Bauelements 12 anliegen. Um ein derartiges Anliegen zwischen den Kühlkörperabschnitten 14 und 16 und den Oberflächen des elektri- ä sehen Bauelements 12 zu gewährleisten, selbst wenn diese Oberflächen nicht parallel sind, was oft der Fall ist, ist eine Kugelpfanne 104 schwenkbar auf einem Zapfen 106 gelagert, der von einem Kugelhohlraum in der Innenfläche der Isolierkörper 76 und 78 ausgeht, das heißt in denjenigen Flachen ausgebildet ist, die an den Kühlkörperabschnitten anliegen. Diese Konstruktion erlaubt, daß jeder Kühlkörperabschnitt leicht verschwenkbar ist,bis die gewünschte Anlage zwischen den Kühlkörperabschnitten und den Oberflächen des elektrischen Bauelements erreicht ist.

Wie am besten aus Fig. 2 und 7 ersichtlich ist, werden, wenn der ortsfeste Abschnitt 14 und der bewegliche Abschnitt 16 des Kühlkörpers miteinander im Abstand durch die Klemm-

309881/0888

einrichtung verbunden sind, die leitenden Platten 17 und jedes Abschnitts in guten Wärme- und elektrischen Kontakt mit den gegenüberliegenden und leitenden Oberflächen des elektrischen Bauelements 12 gedrückt. Ferner ist der bewegliche Kühlkörperabschnitt 16 nur mit dem ortsfesten Kühlkörperabschnitt 14 fest verbunden. Eine elektrische Verbindung zwischen dem beweglichen Kühlkörperabsehn itt 16 und seinem zugehörigen Halteelement oder Fuß 48 wird durch das flexible Kabel 58 vorgenommen. Die Vorsprünge und 102 und die Endabschnitte der Isolierhülsen 80 und 82 erstrecken sich in die Öffnungen 77 und79 in den Kühlkörperabschnitten 14 und 16. Infolgedessen wird eirt? wirksame elektrische Isolierung zwischen den beiden Kühlkörperabschnitten erreicht.

Wenn also die Halteelemente 18 und 48 des Moduls 10 an den Sicherungselementen 3 8 bzw. 52 an der Haltewand 32 angreifen, um lösbar den Modul 10 an der Haltewand zu befestigen, «und die Wand 22 von ihrer ebenen Form abweicht, dann werden durch diese Abweichung die Kühlkörperabschnxtte nicht gezwungen, sich zueinander zu bewegen. Daher werden weder nachteilige Spannungen im elektrischen Bauelement 12 entwickelt noch die Kühlkörperabschnitte aus ihrem gewünschten Wärme- und elektrischen Kontakt mit den leitenden Endflächen des elektrischen Bauelements 12 bewegt.

Vorzugsweise, wie auch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel abgebildet ist, hat der Modul 10 eine Frontplatte 112, die an einem Steg 113 der Platte 17 befestigt ist,und von der ein Handgriff 114 ausgeht.Eenster 116 und 118 befinden sich in der Frontplatte 112 jeweils fluchtend mit Sicherungsmuttereinheiten 36, so daß ein geeignetes Werkzeug leicht durch die Fenster eingesetzt werden kann, um die Muttern zu drehen.

Gewünschtenfalls kann eine isolierte Anschlußtafel an dem Steg 62 befestigt werden, zu der Drähte 122 von dem elektrischen Bauelement 12 laufen. Wenn das Bauelement 12 ein Thyristor ist, dann leiten die Drähte 112 das Steuersignal

909881/0888

a 4876

und ein Bezugssignal zum Bauelement 12.

Der Kühlkörperabschnitt 14 mit seinem Halteelement 18, die Isolierplatte 42 mit ihrem Halteelement 48, der Handgriff 114 und die Deckplatte 112 bilden die Hauptkonstruktion des Moduls, die mit der äußeren Haltewand verklemmt und von ihr gelöst werden kann. Mechanische Spannungen infolge fehlender ebener Form dieser Haltewand werden durch die Isolierplatte 42 aufgenommen. Das elektrische Bauelement 12 ist sandwichartig zwischen den Kühlkörperabschnitten 14 und 16 angeordnet, und der Druck auf das Bauelement 12 wird allein durch die Klemmeinrichtung bestimmt, die den beweglichen Kühlkörperabschnitt 16 am Hauptkühlkörperabschnitt 14 sichert, wobei dieser Druck vollkommen unabhängig von jedem Verschwenken, Neigen oder Verschieben der Halteelemente 18 und 48 relativ zueinander ist_e Daher werden weder zerstörende Kräfte auf das elektrische Bauelement ausgeübt noch die Güte des Wärme- und elektrischen Kontakts der Kühlkörperabschnxtte nachteilig beeinflusst, und zwar unabhängig von der Halterung des Moduls.

Patentansprüche

909881/0888

Claims

Patentansprüche

1. Modul, der auf einem äußeren Glied zu montieren und damit elektrisch zu verbinden ist, für das die Gefahr einer Abweichung von einer ebenen Form besteht, mit einem Rahmen, mit zwei daran befestigten, getrennten Halteelementen, die an getrennten Sicherungselementen angreifen können, die an dem äußeren Glied befestigt sind, mit einem elektrischen Bauelement an dem Rahmen, das während seines Betriebs Wärme entwickelt, mit einer Einrichtung zum elektrischen Anschluß des elektrischen Bauelements, undmit einer Kühleinrichtung zur Abfuhr der von dem elektrischen Bauelement erzeugten Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung einen ortsfesten Abschnitt (14)und einen beweglichen Abschnitt (16), wobei der ortsfeste Abschnitt (14) starr an einem der Halteelemente (18) befestigt ist, und eine Klemmeinrichtung (76,78) hat, die auf die Abschnitte (14,16) einwirkt und den beweglichen Abschnitt (16) mit dem ortsfesten Abschnitt (14) verbindet sowie den beweglichen Abschnitt

(16) und den ortsfesten Abschnitt (14) in guten Wärmeleitungskontakt mit verschiedenen Oberflächen des elektrischen Bauelements (12) drückt, so daß der Modul

(10) auf dem äußeren Glied (22) ohne Beschädigung des elektrischen Bauelements (12) gehaltert ist, selbst wenn das äußere Glied(22) von der ebenen Form abweicht.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekenn-r zeichnet, daß die Klemmeinrichtung (76,78) einen ersten und zweiten Teil (76,78), die an nach außen zeigenden Flächen der beiden Abschnitte (14,16) angeordnet sind, und Verbindungsteile (90,92,94,96) hat, die die beiden Teile (76,78) aneinander sichern und gegeneinander drücken.

909881/0888

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfeste und der bewegliche Abschnitt (14,16) die elektrische Anschlußeinrichtung haben, daß die Halteelemente (18,48) Anschlüsse haben, daß das eine Halteelement (18) elektrisch mit dem elektrischen Bauelement (12) verbunden ist, und daß ein flexibler elektrischer Leiter (58) zwischen den beweglichen Abschnitt (16) und das andere Halteelement

(48) geschaltet ist.

4. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen eine Isolierplatte (42) hat, die an den Halteelementen (18, 48) befestigt ist und diese isoliert.

5. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (76,78) ein Isolierstück (80,82) zwischen dem beweglichen Abschnitt (16) und dem ortsfesten Abschnitt (14) hat.

6. Modul nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennze ichnet , daß die Klemmeinrichtungsteile (76,78) und der bewegliche und ortsfeste Abschnitt (16,14) jeweils mit fluchtenden Öffnungen (77,79) versehen sind, und daß die Verbindungsteile der Klemmeinrichtung Befestigungsmittel (90,92) haben, die durch die Öffnungen (77,79) verlaufen.

7. Modul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtungsteile (76,78) jeweils Vorsprünge (100,102) haben, die sich in die Öffnungen (77,79) in jedem der Abschnitte (14,16) erstrecken.

909881/0888

8. Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Isolierkörpers (80,82) sich in die fluchtenden Öffnungen (77,79) im wesentlichen fluchtend mit den Vorsprüngen (100,102) erstrecken.

9 0 9 8 8 1 / 0 Π Ρ P₁

Leerseite