DE2433805A1

DE2433805A1 - Gleichrichtersatz zur gleichrichtung von mehrphasen-wechselstrom

Info

Publication number: DE2433805A1
Application number: DE2433805A
Authority: DE
Inventors: David L Striker
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1973-07-13
Filing date: 1974-07-13
Publication date: 1975-01-30
Also published as: JPS5033417A; CA1018591A; JPS5417125B2; GB1468685A

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. V.Beyer
Dipl.-yi-rtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main Staufenstrasse 36

In Sachen:

Ford-Werke Aktiengesellschaft
Köln / Shein
Ottoplatz 2

Gleichrichtersatz zur Gleichrichtung von Mehrphasen-Wechselstrom.

Die Erfindung betrifft einen Gleichrichtersatz zur Gleichrichtung von Mehrphasen-Wechrelstrom mit einer der Phasenzahl entsprechenden Anzahl von Paaren gleichsinnig in Reihe geschalteter Halbleiter-Dioden, zwischen denen je eine Phase des Kehrphasen-WechselStroms anschließbar ist und deren äußere Enden mittels zweier metallischer Anschlußplatten für den Gleichstromabgriff gruppenweise miteinander verbunden sind sowie einen damit ausgerüsteten Kehrphasen-Wechselstromgenerator, insbesondere eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine,

Wie allgemein bekannt ist, versagen Halbleiter-Dioden, wenn ihre Betriebstemperatur über einen vorbestimmten Wert ansteigt, der für Siliziumdioden in der Nähe von 1?0° C liegt. Die innerhalb einer beliebigen Diode eines Gleichrichtersatzes erzeugte Wärme ist eine Funktion des die Diode durchfließenden Stroms. Ein zusätzlicher Faktor ist dabei außerdem die Wärmeabfuhr von der Diode.

Gegenwärtig werden die Dioden einzeln in wärmeleitenden und

509819/0951 Po 8590/12.7.1974

- tr-

elektrischem Kontakt mit zwei Eisenplatten zu einer im ■wesentlichen ebenen Baugruppe zusammengefügt, die dann mittels Schrauben oder auf andere Weise innerha-lb des Wechselstromgenerator befestigt wird. Um die Wärmeableitung von den Dioden zu unterstützen, ist ein solcher Gleichrichtersatz für gewöhnlich in der Nähe einer mit Flügeln versehenen Riemenscheibe angebracht, über welche der Generator angetrieben wi\*d und die gleichzeitig einen Luftstrom über den Gleichrici.itersatz erzeugt, wobei die Luft hauptsächlich lotrecht zur Ebene der die Wärme ableitsnden Anschlußplatten strömt.

Die Bestrebungen in der modernen Automobiltechnik gehen dahin zu verlangen, daß die Lichtmaschine größere Stromstärken zum Aufladen der Batterie und ebenso zur Energieversorgung daran angeschlossener Zusatzeinrichtungen wie Rundfunkgeräte, Gebläsemotoren, Türverschluß- und Geschwindigkeit süberwachungsvorrichtungen, heizbarer Scheiben, Fensterheber, kraftbetätigter Sitzverstelleinrichtungen, Pumpen u.dgl. liefert. Dies führt generell zu einem Anwachsen der in den Dioden erzeugten Wärme und stellt größere Anforderungen an das Wärmeabführvermögen der damit verbundenen Halterung. Ein anderes Bestreben in der Automobiltechnik, ist die Forderung nach Abgasreinigungsanlagen und Abgasbehandlungsgeräten in enger Kachbarschaft zur Brennkraftmaschine, um die Verschmutzungsauswirkungen der Fahrzeugabgase zu vermindern. Derartige Abgasreinigungsanlagen führen zu einem Ansteigen der Temperatur unter der Fahrzeughaube. Die Bestrebungen bestehen darin, die Abgasreinigungsanlage größer auszubilden, was mit einem weiteren Anwachsen der Temperatur unter der Fahrzeughaube verbunden ist. Die gegenwärtig verfügbaren Gleichrichtersätze sind jedoch nicht in der Lage, eine entsprechende Wärmeabfuhr von den Dioden und damit deren Schutz in der Umgebung der zu erwartenden Temperatur zu gewährleisten.

509819/0951 Po 8590/12.7.

einem
EfS ist weiterhin bei/Gleichrichtersatz mit Wärmeabführeigenschaften bekannt (US-PS 3 648 121) bekannt, Pellets oder tablettenförmige Körper aus Halbleitermaterial zu verwenden, die sit leitendem und Isoliermaterial zu zwei "wärmeableitenden Gleichstrom-Anschlußplatten laseliiert sind. Derartige Bausätze sind kompakter, mechanisch widerstandsfähig und verhältnismäßig kostengünstig in Vergleich zu Gleichrichtersätsen mit Einzeldioden. Jedoch ist auch hierbei die Wärmeabfuhr"gegenüber den erwünschten erhöhten Anforderungen unzureichend.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleichrichtersatz der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Wärmeabfuhr wesentlich gesteigert ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anschlußpiatten im Bereich der.Halbleiter-Dioden mit Kühlrippen tragenden Verdickungen versehen sind.

Der erfindungsgemäße Gleichrichtersatz hat nicht nur ein gesteigertes Wärmeableitungsvermögen, sondern läßt sich auch leicht vollautomatisch herstellen und zusammenbauen* Von Hand auszuführende Arbeitsgänge können damit entfallen. Der erfindungsgemäße Gleichrichtersatz erlaubt ferner die Verwendung vorgefertigter Einzeldioden, die auf einfache Weise eingefügt werden können.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlrippen wird die Wärmeabfuhr zur umgebenden Atmosphäre beträchtlich erhöht. Eine weitere Steigerung der Wärmeabfuhr läßt sich dadurch erzielen, daß die Anschlußplatten im Bereich der Rippenzwischenräume Durchlässe für die Kühlluft enthalten.

Weiterhin sollten die Kühlrippen an den Verdickungen vorzugsweise sternförmig angeordnet sein.

Fo 8590/12.7.1974 509819/0951

Nach einem besonderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Halbleiter-Dioden von Hohlräumen im zentralen Bereich der Verdickungen- aufgenommen. Durch diese Maßnahme lassen sich vorgefertigte Dioden sehr einfach und zugleich in guter wärmeleitender Verbindung an den Verdickungen anbringen.

Um die wärmeleitenden Ans:hlußplatten aus gewöhnlichen Blechen herstellen zu köiy en, sind diese nach einem enderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung im Bereich der Verdickungun mit Durchbrechungen versehen, und die Verdickungen sind als besondere Körper ausgebildet, welche an den Rippen durch Lotung od.dgl. mit den I'urchbrechungsrändern der Anschlußplatten wärmeleitend verbunden sind. Dabei kennen die Verdickungen stumpf gegen die Anschlußplatten angesetzt und verlötet werden. Eesonders zweckmäßig ist es jedoch, die Rippen an den plattenseitigen Stirnenden unter Ausbildung einer Schulter abzudrehen und mit den abgedrehten Teilen in die Durchbrechungen der Anschlußplatten einzusetzen.

Ein Mehrphasen-Wechselstromgenerator, insbesondere eine Kraftfahrzeuglichtmaschine, mit einem Gleichrichtersatz nach der Erfindung wird dann vorteilhaft so ausgebildet, daß die Anschlußplatten unmittelbar hinter einem Lagerschild um die Welle verteilt angeordnet sind und der Lagerschild im Bereich der Verdickungen mit Durchbrechungen für den Durchtritt von Kühlluft zu den Kühlrippen versehen ist.

tie Durchbrechungen in den Lagerschilden können von einfachen Bohrungen gebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, die Durchbrechungen von rohrstutaenförmigen Ansätzen zu begrenzen, in welche die Kühlrippen an den Verdickungen mit Radialabstand unter Bildung von Kühlluftführungen eingreifen. Dadurch wird die Kühlluft

509819/09 51
Fo 8590/12.7.1974-

im Bereich der Kühlrippen gebündelt und die Kühlwirkung begünstigt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die elektrisc ie Schaltung eines Dreiphasen-Wechselstromgenerators mit einem nachgeschalteten Gliichrichtersatz, auf welchen die Erfindung anwmdbar ist,

Fig. 2 die Stirnansicht eines solchen Generators, mit weggeschnittenem Lagerschild und den unmittelbar dahinter angeordneten Gleichrichtersatz,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht nach Linie 4-4 in Fig. 3»

Fig. 5 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 3 mit einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform mit einer tabletter-förmigen Diode.

Der in der Schaltung nach Fig. 1 durch einen gestrichelten Sahmen angedeutete Generator 10 kann die Drehstrom-Lichtlnaschine eines Kraftfahrzeugs sein, deren Strom in einem gleichfalls durch einen gestrichelten Rahmen 12 angedeuteten Gleichrichtersatz gleichgerichtet wird. Der Gleichstrom wird an den Klemmen 14 und 16 abgegriffen.

509819/0951

Der Generator lO'hat· in bekannter Weise drei Ständerwicklungen 18a, 18b und 18c, in denen phasenverschobene Wechselspannungen von dem rotierenden Magnetfeld des Läufers induziert werden, daß von einer mit Gleichstrom erregten Läuferwicklung 2Q erzeugt wird. Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird die Läuferwicklung 20 mit geregelter Spannung über einen Spannungsregler 22 gespeist, der seinerseits an die positive Klemme einer Batterie 24· angeschlossen ist. Das andere Ende der Läuferwicklung ist über Hasse mit der negativen Klemme der Batterie verbunden.

Der Halbleiter-Gleichrichtersatz 12 besteht aus Paaren in fieihe geschalteter Dioden 26 und 28, 30 und 32 sowie 34- und 36· Die Kathoden der Dioden 26, 30 und 34- sind an die Ausgangsklemme 16 angeschlossen, die deshalb als positive Klemme betrachtet werden kann, und die Anoden der Dioden 28, 32 und 36 sind mit der an Masse liegenden anderen Ausgangskiemme verbunden. Die gemeinsamen Verbindungsstellen 38 von Anode und Kathode der Dioden 26 und ist an die Ständerwicklung 18a angeschlossen·und wird von dieser mit Wechselstrom gespeist. In entsprechender Weise sind die gemeinsame Verbindung 40 von Anode und Kathode der Dioden 30, 32 an die Ständerwicklung 18b und die gemeinsame Verbindung 4-2 von Anode und Kathode der Dioden ;>4· und 36 an die Ständerwicklung 18c angeschlossen.

Gemäß der Darstellung in Pig. 1 ist die Ständerwicklung im Stern geschaltet. Diese Schaltung ist nur beispielsweise gewählt und könnte ebenso eine Dreieckschaltung sein. Die elektrische Polarität der Ausgangsklemmen 14-," 16 und/oder der Batterie 24- könnte ebenso vertauscht sein. Der Generator nach Pig. 1 ist, wie bereits erwähnt, ein Dreiphasen-Wechselstromgenerator. Im Rahmen der Erfindung kann die Phasenzahl auch eine andere, d.h. kleiner oder größer sein.

509819/0951

In Fig. 2 ist nun di'e Anwendung der Erfindung auf einen Generator 10 und einen Gleichrichtersatz 12 veranschaulicht. Zwei wärmeableitende Anschlußplatten 44 und 46 sind an Schraubklemmen 14 und 16 angeschlossen, welche den Ausgangsklemmen 14 und 16 nach Fig. 1 entsprechen. Die Schraubklemcen 14, 16 erstrecken sich durch das Gehäuse 48 des Generators für den Anschl\ß an den äußeren Stromkreis. Angesichts der Tatsache, r aß die Klemme 14 elektrisch an Masse oder einem gemeinsamen Potential liegt, erstreckt sich diese unisoliert durch das Gehäuse 48, während die Klemme 16 gegenüber dem Gehäuse 48 isoliert dargestellt ist.

Die Anschlußplatte 44 ist mit mehreren Verdickungen 50, und 54 versehen, die in bezug auf den Gleichrichtersatz und insbesondere in bezug auf die drei damit verbundenen Dioden 26, 30 und 34 in deren unmittelbarer Nähe und diese umschließend angeordnet sind. In ähnlicher Weise hat die Anschlußplatte 46 drei Verdickungen 56, 58 und 60, die in unmittelbarer Nähe der zugehörigen Dioden 28, 32 und angeordnet sind und diese umschließen. Es ist allgemein üblich, die Dioden 26, 30 und 34 derart anzuschließen, daß ihre Kathoden mit der wärmeableitenden Anschlußplatte 44 und den Verdickun^en 50, 52 und 54 elektrisch verbunden sind. In ähnlicher Weise sind die Dioden 28, 32 und 36 über ihre Anoden mit der wärmeableitenden Anschlußplatte 46 und deren Verdickungen 56, 58 und- 60 verbunden.

In den Fig. 2 und 3* insbesondere der letzteren ist ein Teil der Wänneableitkonstruktion im Schnitt gezeigt. Die Verdickung 58 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Zentralkörper 62, von welchem sich eine Vielzahl / !lippen 64 radial erstrecken. Der zentrale Körper 62 enthält einen Hohlraum oder eine Bohrung, die sich axial teilweise durch den zentralen Körper 62 erstreckt, und die Diode 30 ist innerhalb der Bohrung aufgenommen. Die

509819/0951

Verdickung 58 ist hier so dargestellt, als ob sie sich durch eine geeignete Durchbrechung innerhalb der Anschlußplatte 46 erstreckt und mit dieser bei 66 elektrisch und thermisch dauerhaft verlötet oder auf andere Veise verbunden ist. Dies bringt die Verdickungen und die Anschlußplatten in thermische und elektrische Berührung und schafft in bezug auf die thermischen Vorgänge eine in sich zusammenhängende Wärineableit einrichtung, die aus den Platten 44 und 46 und den Verdickungen 50, 52, 54, 56, 53 und besteht. Die Verdickungen 52, 54, 56, 58 und 60 sind untereinander ähnlich ausgebildet und in gleicher Weise mit der zugehörigen Anschlußplatte 44 bzw. 46 verbunden.

Vie weiterhin aus Fig. 3 hervorgeht, besteht die Gleichrichterdiode 30 aus Halbleiter-Diodenmaterial 68 und ist mit einem nach außen führenden Leiter 70 versehen, der an den Baukörper des Gleichrichtersatzes 12 angeschlossen ist. Der Leiter 70 entspricht der Anode der Diode 30. Die Kathode der Diode 30 ast von einem topfförmigen Körper gebildet, welcher das Halbleitermaterial 68 umschließt und an seinem Boden mit dem Halbleitermaterial in elektrischer Berührung steht. Der topfförmige Körper 72 ist in der Bohrung des zentralen Teils 62 der Verdickung derart aufgenommen, daß er über einen größeren Teil seiner Oberfläche mit dem zentralen Teil 62 in elektrischer und thermischer Berührung steht.

Die Elektrode 70 erstreckt sich durch den Deckelabschnitt des topfförmigen Körper 72 und ist demgegenüber elektrisch isoliert. Wie ferner aus Pig. 3 ersichtlich ist, besteht der Baukörper 12 aus einer äußeren Isolierung 74, die einen' inneren Leiter 76 umschließt. Der Leiter 76 verbindet die Anode 30 mit der Kathode der zugehörigen Diode 32. Im Vergleich mit Fig." 1 entspricht der Leiter der gemeinsamen Verbindung 40 in dieser Figur. Vie allgemein üblich, besteht der Gleichrichtersatz aus mehreren

509819/0951
Fo 8590/12.7.1974

voneinander isolierten Leitern ähnlich dem Leiter 76 mit jeweils einem Leiter für ein Paar von Dioden 26 und 28, 30 und 32 bzw. 34- und 36.

Es ist zu ersehen, daß das Gehäuse 48 des Generators 10 an der Stirnseite bzw. dem Lagerschild mit rohrstutzenförmigen Ansätzen 78 versehen ist, die in unmittelbarer Nähe der Verdickungen 50, 52, 54-, 56, 58, 60 angeordnet sind und diese umschließen. Fig. 3 zeigt einen solchen rohrstutzenförmigen Ansatz 78 für die Verdickung 58. Die rohrstutzenförmigen Ansätze bilden Luftführungen, mittels welcher der hindurchtretende Luftstrom in unmittelbarer Nähe der Rippen 64- gebracht wird.

Aus den Fig. 2, 3 und 4-, insbesondere der letzteren, läßt sich entnehmen, daß die Verdickungen und insbesondere die in Fig. 3 uncL 4- gezeigte Verdickung 58 in jeweils eine kreisrunde Durchbrechung 80 innerhalb der Anschlußplatte eingesetzt ist, welche eine Größe besitzt, die etwas geringer als der Radius der Verdickungen an den Enden der Rippen 64, jedoch größer als der Radius der Verdickungen an den Fußenden der Rippen 64 ist. Dadurch wird eine Vielzahl von Luftdurchtrittskanälen zwischen den benachbarten Rippen erhalten, welche den Luftstrom über die Rippenoberflächen leiten. Wie bei' dieser Ausfuhrungsform veranschaulicht ist, können die Verdickungen 50» 52, 5^» 56, 58 und 60 durch Abschneiden geeigneter Längen von extrudiertem massivem Kupfer oder Aluminium erhalten werden, wobei die Extruderform die gewünschte Rippenzahl und -forrm aufweist.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind die Kopfenden der Rippen an den Verdickungen auf der die Bohrung enthaltenden Seite des zentralen Teils 62 abgedreht, so daß die Verdickungen in die Durchbrechung 80 eingelassen werden können. Fig. 5 zeigt eine alternative

509819/0951 Fo 3590/12.7.1974-

Ausführungsform, bei welcher ein solches Abdrehen nicht erforderlich ist, indem die Verdickungen 84- stumpf gegen die Anschlußplatte 46a im wesentlichen zentrisch zur Durchbrechung 80 angesetzt sind. Fig. 5 zeigt ferner ein Generatorgehäuse mit Durchbrechungen ohne rohrförmig^ Ansätze für Anwendungsfälle, in denen eine solche Luftführung nicht erforderlich ist.

Bei der Herstellung des Gleichrichtersatzes gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2, 3 und 4 werden die Verdickungen 50, 52, 54-, 56, 58 und 60 zunächst in Aufnahmetaschen einer Haltevorrichtung eingesetzt. Daraufhin wird ein vorgeformter Ring aus Lötzinn an jeder Verdickung angebracht, und die Anschlußplatten 44, 46 werden über den Verdickungen placiert. Die Dioden 26, 28, 30, 32 und ;54 werden dann an dem Boden und den Seiten mit pastenföriaigem Lötzinn bestrichen und in die Bohrungen der Verdickungen eingesetzt. Dann wird der Baukörper 12 an der gesamten Anordnung mit Bolzen befestigt, und es wird vorgeformtes Lötzinn über den Diodenleitern angebracht. Alles zusammen wird dann zur Vollführung des Lotprozesses im Ofen gebrannt, und die elektrisch nicht an !lasse liegende Hälfte (hier die positive Hälfte), wird dann zur elektrischen Isolation emailliert. Durch das Einsetzen der einzelnen Dioden in eine dafür vorgesehene Bohrung innerhalb der Verdickungen wird eine maximale Wärmeübertragung zwischen dem topfföriaigen Körper 72 und dem zentralen Teil 62 der Verdickungen erhalten. Es kann unterstellt werden, daß einzelne Dioden mit sowohl Anoden- als auch Kathodenanschluß am topfförmigen Körper 72 leicht im Hande'l erhältlich sind.

Die Erfindung läßt sich auch in Verbindung mit lameliierten Halbleiter-Gleichrichteranoidnungen verwenden, die Halbleiter-Pellets benutzen, welche zwischen entsprechenden Schichten aus isolierendem und leitendem Material

509819/0951

Fo 8590/12.7.1974-

zur Bildung eines zusammengesetzten Gefüges nach Fig. 6 eingeschlossen sind. Ein Pellet oder tablettenförmiger Körper aus Halbleitermaterial 84 befindet sich in einem kleinen Hohlraum 86 innerhalb einer Wilriceableitplatte Eine oder mehrere Schichten aus vorisprägnierten glasfaserverstärktem Polyestermaterial - hier die Sichten und 92 - sind zwischen der Platte 88 und einer Schicht 94-aus leitendem Material angeordnet. Beispielsweise kann die Schicht 94 aus einer Anzahl coplanarer Bleche aus Kupfer bestehen, die als Schaltungsplatte angeordnet sind, um die gemeinsamen Anode-Kathode-Verbindungen 28, 40, 4-2 nach Fig. 1 zu bilden. Eine weitere Sicht 96 dient zum Abdecken der leitfähigen Schicht 94 zwecks elektrischer Isolierung derselben. Eine Elektrode 97 des Elektrodenkörpers 84 würde dann in Berührung axt der Väraeableiteinrichtung sein, während die andere Elektrode 98 mit der leitfähigen Schicht 94 verlötet oder auf andere Weise verbunden würde.

Gemäß der Erfindung ist eine Verdickung 100 an der Platte 83 in wärmeleitender Berührung nahe dein Hohlraum 86 angebracht. Wie Fig. 6 zeigt, besteht die Verdickung aus einem massiven zentralen Körper 102 und einer Vielzahl sternförmig daran angeordneter Hippen 104. Ua den Luftstrom über die von den Rippen 104 gebildeten wärmetauschenden Oberflächen zu begünstigen, kann eine Vielzahl von Kanälen 106 vorgesehen sein, die sich durch den Gleichrichter-Baukörper 12 in der Nähe der Rippen erstrecken. Diese Kanäle können durch Stanzen oder Bohren in einem letzten Arbeitsgang hergestellt werden, werden jedoch vorzugsweise in den einzelnen Lamellen bereits vorher vorgesehen und sind so angeordnet, daß sie sich im zusammengebauten Zustand zu den Kanälen 106 ergänzen. Entfernbare Führungsstifte an der Zusammenbauvorrichtung können dieses Ergebnis gewährleisten.

Fo 8590/12.7.1974- 509819/0951

In allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Verdickung als getrennt geformtes Element dargestellt, welches mit einer Platte in wärmeleitender 3erührung verlötet oder auf andere Weise zusammengefügt ist. Diese Form einer Verdickung kann zweckmäßig aus Aluminium durch Kaltspritzen aus einer im vorhinein bemessenen Kasse, hergestellt werden. Alternativ hierzu könnten die Verdickungen auch durch spanende Bearbeitung, Prägen, Gießen, Schmieden, Sintern oder durch eine Kombination dieser Verfahren hergestellt werden, was auch die Ausbildung der Platten und Verdickungen als in sich geschlossene Körper einschließt.

Um das Wärmeabfuhrvermögen des erfindungsgemäßen Gleichrichtersatzes abzuschätzen, wurden Versuche mit einem 90-Amperegenerator und einem Gleichrichtersatz, der im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entspricht, durchgeführt. Die wärmeableitenden Anschlußplatten -4-4-, bestanden hierbei als Aluminiumblech mit einer Dicke von 2,3mm, und die Verdickungen (mit je 14 Rippen) hatten eine Dicke im Bereich der Dioden von 12,5mm. Bei den Versuchen wurden Umgebungstemperaturen von 88° C aufrechterhalten, und die an einem beliebigen Diodenort gemessene Maximaltemperatur betrug 153° G. Zum Vergleich wurden ähnliche Versuche mit einer Wärmeableitkonstruktion aus zwei Aluminiumplatten mit einer Dicke von 3,2mm durchgeführt. Diese Konstruktion entsprach in der Form den vorbekannten Wärmeableitkonstruktionen für Gleichrichtersätze mit Einzeldioden; jedoch war mit Rücksicht auf den Vergleich das Wärmeableitmaterial Aluminium anstelle des normalerweise verwendeten Eisens. Die gemessene Kaximaltemperatur an einem beliebigen Elektrodenort unter im übrigen identischen Versuchsbedingungen betrug 164° C. Somit erbrachte die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 eine Verminderung der Ilaximaltemperatur um 11 C. Dies entspricht angenähert 7% der Kexiinaltemperatur, was von grundlegender Bedeutung ist, wenn in Betracht gesogen

509819/0951
Fo 8590/12.7.1974

wird, daß Diodenbauteile, gleichgültig ob gesondert oder in Form von Pellets, in handelsüblichen Mengen zu geringem Preis leicht erhältlich sind und maximale Temperaturen an den Anschlußstellen von 15O⁰C haben. Ein Betrieb über längere Zeitabschnitte bei Temperaturen oberhalb der maximalen Anschlußtemperatur führt zu einer Diffusion an dem pn-Anschluß, was ein Ansteigen der RückfluSverluste zur Folge hat. Die bei den Versuchen gemessenen maximalen Diodentemperaturen lagen natürlich etwas unter der Anschlußtemperatur aufgrund des voraussagbaren Temperaturgradienten innerhalb des Materials. Jedoch könnten die gemessenen Spitzenter/peraturen gut unterhalb der maximalen Anschlußtemperaturen durch Erhöhung der Anzahl der Rippen an den Verdickungen oder durch Vergrößerung der Dicke derselben oder beide Maßnahmen zusammen verhindert worden. Beispielsweise könnte die Anzahl der Rippen leicht auf 16 oder 18 erhöht werden, oder die Dicke kennte auf 19mm oder dergleichen vergrößert werden. Somit lassen sich dank der Erfindung die gegenwärtig im Handel erhältlichen Dioden bei ihrer Verwendung in Gleichrichtersätzen gegenüber Maximaltemperaturen schützen, ohne Rücksicht auf das Temperaturstandvermögen der Diode kann diese als bestgeeignet zum Betrieb von Gleichrichtersätzen mit kleinstmögiichem Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur angesehen werden. Der Hauptgrund hierfür ist die Verminderung der Kosten für die erforderlichen Platten, die Isoliermaterialien und die Lötverbindungen für die geringeren Temperaturabweichungen und die größere Leichtigkeit, mit welcher die Ausdehnungskoeffizienten für die verschiedenen im Gleichrichtersatz verwendeten Materialien aufeinander abgestimmt werden können. Es sollte hervorgehoben werden, daß die Diodenwärmeableitkonstruktion des cbigen Ausführungsbeispiels in'Ausführung gemäß der Erfindung einen geringeren Gesamtme'tallgehalt aufwies als die Vergleichskonstruktion. Somit ermöglicht die Erfindung

Po 8590/12.7.-1974 ^509819/095Ί

die Realisierung verbesserter Värmeableiteigenschaften, während gleichzeitig ein geringerer Gesamtaetallgehalt erforderlich ist, als er für ein entsprechendes Wärmeableitvermögen in einer Konstruktion gemäß den Lehren des Standes der Technik erforderlich ist.

Es läßt sich somit ersehen, daß die Erfindung auf einfache Weise den an sich gestellten Anforderungen entspricht. Die bisherigen Konstruktionen erfordern wesentlich größere Hassen an "wärmeleitendem Material in "wärmeleitender Verbindung mit den Diodenelementen eines Halbleiter-Gleichrichters und erfordern ferner, daß größere Oberflächen für den Wärmetausch mit dem umgebenden Medium, beispielsweise der Atmosphäre* vorgesehen werden. Zusätzlich liefert die vorbeschriebene Konstruktion Luftkanäle, die sich durch das Väraeableitglied, d.h. die Anschlußplatte erstrecken und' das Auftreten von Luftstautauschen vermeiden, die dazu führen würden, daß Wärme zurückgehalten wird, und die einen ausreichenden Wärmetausch verhindern oder einen ungleichen Wärmetausch hervorrufen würden, der von ungleichen Luftstromverteilungen über die verschiedenen Stellen des wärmeleitenden Materials herrühren würde.

Patentansprüche /

ft, 8590/13.7.1974 509819/0951

Claims

Patentansprüche

1. Gleichrichtersatz zur Gleichrichtung von Mehrphasen-Wechselstrom mit einer der Phasenzahl entsprechenden Anzahl von Paaren gleichsinnig in Reihe geschalteter Halbleiter-Dioden, zwischen denen ,je eine Fhase des Kehrphasen-Wechselstroms anschließbar ist und deren äußere Enden mittels zweier metallischer Anschlußplatten für den Gleichstromabgriff gruppenweise miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatten (44_$ 46; 88) im Bereich der Halbleiter-Dioden (26 bis 42; 84) mit Kühlrippen (64; 104) tragenden Verdickungen (50 bis 60; 100) versehen sind.

2. Gleichrichtersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußplatten (44, 46; 88) im Bereich der Rippenzwischenräume Durchlässe (80; 106) für die Kühlluft enthalten.

3. Gleichrichtersatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (64; 104) an den Verdickungen (50 bis 60; 100) sternförmig angeordnet sind.

4. Gleichrichtersatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Dioden (26 bis 36) von Hohlräumen im zentralen Bereich der Verdickungen (50 bis 60) aufgenommen sind.

5. ,Gleichrichtersatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatten (44, 46;-88) im Bereich der Verdickungen (50 bis 60; 100) mit Durchbrechungen versehen sind und die Verdickungen als gesonderte Körper ausge-

509819/0951 Fo 8590/12.7.1974-

bildet sind, welche an den Rippen (64-; 104) durch Lötung od.dgl. mit den Durchbrechungsrändern der Anschlußplatten wärmeleitend verbunden sind.

6. Gleichrichtersatz nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet , daß die Rippen (64) an den plattenseitigen Stirnenden unter Ausbildung einer Schulter abgedreht und mit den abgedrehten Teilen in die Durchbrechungen der Anschlußplatten (44, 46; SS) eingesetzt sind.

7. Mehrphasen-Wechselstromgenerator, insbesondere Kraftfahrzeug-Lichtmaschine, mit einem Gleichrichtersatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußplatten unmittelbar hinter einem Lagerschild um die Welle verteilt angeordnet sind und der Lagerschild im Bereich der Verdickungen (50 bis 60; 100) mit Durchbrechungen für den Durchtritt von Kühlluft zu den Kühlrippen versehen ist.

8. Mehrphasen-Wechselstromgenerator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die D'jurchbrechungen im Lagerschild von rohrstutzenförmigen Ansätzen (78) begrenzt sind, in welche die Kühlrippen (64; 104) an den Verdickungen (50 bis 60; 100) mit Radialabstand unter Bildung von Kühlluftführungen eingreifen.

509819/0951
Fo 8590/12.7.1974

Leerseite