DE2516505A1 - Kapselung fuer umlaufende elektronische bauelemente - Google Patents

Description

• Kapselung für umlaufende elektronische Bauelemente Die Erfindung bezieht sich auf eine explosions- und schlagwettersichere Kapselung für elektronische Bauelemente, die an umlaufenden Teilen elektrischer Maschinen angeordnet sind.
• Aus Sicherheitsgründen ist es nicht zulässig, die zum Erreger-oder Steuerstromkreis gehörigen, mit dem Läufer elektrischer Maschinen umlaufenden elektronischen Bauelemente wie Thyristoren und Dioden in explosions- oder schlagwettergefährdeter Umgebung ohne eine zusätzliche Schutzkapselung zu betreiben. Man hat deshalb sowohl diese Bauelemente als auch die zugehörigen Beschaltungselemente jeweils einzeln mit Schutzgehäusen versehen und diese am Läufer der Maschine angeordnet. Infolge der Vielzahl der einzelnen Schutzgehäuse ist jedoch ein verhältnismäßig großer Platzbedarf erforderlich, wodurch sich insbesondere die axiale Baulänge der elektrischen Maschine beträchtlich vergrößern kann. Es entsteht dabei auch zusätzlicher mechanischer Aufwand, da es notwendig ist, die einzelnen Schutzgehäuse gegen die Einwirkungen der beim Betrieb der Maschine auftretenden Zentrifugalkraft abzusichern. Schließlich ist die Anordnung einer Vielzahl einzelner, kleiner Gehäuse mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kapselung zum Explosions- und Schlagwetterschutz für an den umlaufenden Teilen einer elektrischen Maschine angeordnete elektronische Bauelemente zu schaffen, durch die die äußeren Abmessungen der Maschine nicht vergrößert werden, zu deren Herstellung und Montage nur geringer Aufwand erforderlich ist und die zusatzlich noch dazu dient, die elektronischen Bauelemente vor den Einwirkungen der Zentrifugalkraft zu schützen.
• Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 oder 2 beschriebenen Merkmale. In den Unteransprüchen sind einzelne Ausgestaltungen der Erfindung näher angegeben.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf die geöffnete, für sämtliche elektronischen Bauelemente gemeinsame Kapselung und Fig. 2 die Draufsicht auf die geöffnete, aus zwei Einzelgehäusen bestehende Kapselung.
• Im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein über Stromrichter gespeister Synchronmotor, der zum Antrieb von Maschinen beliebiger Art in einer explosionsgefährdenden Umgebung eingesetzt ist, beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung auch für Motoren und Generatoren anderer Art entsprechend anwendbar.
• Die in der Fig. 1 dargestellte Kapselung ni t sämtliche für den Synchronmotor benötigten und mit dessen Läufer umlaufenden elektronischen Bauelemente sowie deren Beschaltungselemente gemeinschaftlich auf. Das Kapselgehäuse ist als Hohlring mit U-förmigen Querschnitt ausgebildet und umgibt konzentrisch die Läuferwelle 1. Die beiden Außenschenkel des U-förmigen Querschnittes werden durch den Außenring 2 und den Innenring 15 der Kapselung gebildet, während der Kapselboden 16 durch den Mittelschenkel gebildet wird. Der so beschaffene Hohlring wird mittels eines nicht dargestellten, kreisringförmigen, aufschraubbaren Deckels zünddurchschlagsicher verschlossen. Die Kapselung besteht vorzugsweise aus Stahl- oder Aluminiumguß.
• Sie ist entweder direkt auf der Läuferwelle 1 oder am Läufer blechpaket befestigt.
• Innerhalb der Kapselung, vorzugsweise an deren Außenring 2 flach anliegend, sind die beiden Tragplatten 3 und 4 angeordnet. Die Tragplatten sind durch die zwischengelegte Isolierschicht 10 gegenüber der Kapselung isoliert und führen unterschiedliches Potential. Auf den beiden Tragplatten sind die elektronischen Bauelemente, beispielsweise die Dioden 5 und der Thyristor 8, befestigt, indem ihre Fußteile elektrisch leitend mit den Tragplatten verschraubt sind. Die Dioden- bzw.
• Thyristorausgänge sind als Durchführungen 8 ausgebildet, die den Kapselboden 16 durchdringen. Infolge der Formgebung und Anordnung der Tragplatten 3 und 4 ergibt sich eine besonders günstige Einbaulage für die elektronischen Bauelemente, da deren Längsachse radial zur Welle 1 angeordnet werden kann. In dieser Lage werden die elektronischen Bauelemente durch die auftretende Fliehkraftwirkung am wenigsten beansprucht.
• Zwischen den beiden Tragplatten 3 und 4 befinden sich am Außenring 2 der Kapselung die Beschaltungselemente 7. Dies sind beispielsweise elektrische und elektronische Bauelemente zur Dämpfung der an den Gleichrichtern entstehenden Spannungsspitzen und Schaltelemente zum Ansteuern der Thyristoren.
• Die Anordnung eines für sämtliche elektronischen Bauelemente gemeinsamen explosionsgeschützten Kapselgehäuses bringt den Vorteil mit sich, daß normale Bauelemente in nicht geschützter Ausführungsform Verwendung finden können. Durch deren Anordnung auf den beiden, potentialführenden Tragplatten wird der erforderliche Aufwand für die Stromverteilung und Isolation erheblich verringert und die Montage beträchtlich vereinfacht.
• In der Fig. 2 ist eine andere Ausbildungsform der Kapselung dargestellt. Anstelle des einteiligen Kapselgehäuses sind zwei Einzelgehäuse 17 und 18 vorgesehen, welche im Inneren eines Tragringes 12 angeordnet sind. Die beiden Gehäuse 17 und 18 sind als kreissegmentförmige Kapselungen ausgebildet, besitzen einen U-förmigen Querschnitt und sind jedes für sich, mittels eines aufschraubbaren Deckels zünddurchschlagsicher verschließbar.
• Beide Gehäuse führen unterschiedliches Potential und sind durch die Isolationsschicht 20 gegen den Tragring 12 isoliert. Sie sind entweder am Blechpaket 13 oder an der Welle 1 befestigt.
• Innerhalb dieser Gehäuse sind ungeschützte elektronische Bauelemente so angeordnet, daß ihre Längsachse radial zur Welle 1 verläuft. Die Gehäuse 17 und 18 sind mittels der Schrauben 14 am Tragring 12 befestigt. Dadurch sind die beiden Gehäuse zueinander fixiert. Der Tragring dient außerdem dazu, die auf die Gehäuse einwirkende Zentrifugalkraft aufzunehmen.
• In vorteilhafter Weise sind an den Böden und/oder Deckeln der Gehäuse 17 und 18 axial vorspringende Kühlrippen 11 angeordnet, die in Maschinenachsrichtung über die Breite der Gehäuse bzw.
• des Tragringes hinausragen und beim Betrieb der Maschine eine Ventilationswirkung zur Folge haben. Da die in den Kapselungen befestigten elektronischen Bauelemente direkten Wärmekontakt zu denjenigen Bauteilen haben, auf denen sie befestigt sind, ist bei den Gehäusen 17 und 18 eine erheblich bessere Wärmeabfuhr als in einer Kapselung entsprechend der Fig. 1 gegeben.
• Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, sind auch die jeder Gruppe von elektronischen Bauelementen zugehörigen Beschaltungselemente 7 innerhalb des entsprechenden Gehäuses 17 oder 18 untergebracht.
• Im Gegensatz zur in der Fig. 1 gezeigten Ausführung sind die Thyristoren 9 als Scheibenthyristoren ausgebildet. Eine Stirnseite dieser Thyristoren ist in vorteilhafter Weise direkt leitend auf das potentialführende Gehäuse aufgesetzt. Die Verwendung solcher Scheibenthyristoren bringt den Vorteil mit sich, daß gleichartige Thyristoren sowohl im Gehäuse 17 als auch im Gehäuse 18 eingesetzt werden können, da jeweils eine Stirnseite des Thyristors direkt mit dem jeweiligen Potential des Gehäuses verbunden werden kann. Gleiches gilt für in Scheibenbauart ausgebildete Gleichrichter. Zur Vereinfachung der notwendigen Bauteile sind die Durchführungen 8 gleichzeitig als Anschlußpunkte für die Seile der Dioden bzw. Thyristoren ausgebildet.
• Beide gezeigten Ausführungsformen für explosionssichere Kapselungen können in vorteilhafter Weise als Nabe für ein ebenfalls auf der Läuferwelle 1 angeordnetes, als Erregermaschine dienendes Blechpaket ausgebildet sein. Diese Bauweise bringt eine axiale Verkürzung der Synchronmaschine mit sich.
• Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten explosionssicheren Kapselung für die elektronischen Bauteile einer elektrischen Maschine entsteht der Vorteil, daß das Volumen der Maschine -gegenüber der ungeschützten Ausführung - nicht vergrößert wird, da die Kapselung an einer Stelle angeordnet ist, die ohnehin anderweitig nicht nutzbar ist. Durch Verwendung elektronischer Bauelemente normal gebräuchlicher Ausführung und einfacher, leicht zu montierender mechanischer Bauteile für die Kapselung bleibt der benötigte Aufwand relativ gering. Eine sichere und ausreichende Wärmeabfuhr von den elektronischen Bauelementen ist in jedem Fall gewährleistet und wird noch durch Anordnung von Kühlrippen verbessert.
• - Patentansprüche -

Claims (17)

1. Patentansprüche 1.xplosions- und schlagwettersichere, an umlaufenden Bauteilen einer elektrischen Maschine angeordnete Kapselung für umlaufende elektronische Bauelemente, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kapselung aus einem druckfesten, zünddurchschlagsicher verschließbaren Gehäuse besteht, welches sämtliche elektronischen Bauelemente (5,6) gemeinsam aufnimmt.
2. 2. Explosions- und schlagwettersichere, an umlaufenden Bauteilen einer elektrischen Maschine angeordnete Kapselung für umlaufende elektronische Bauelemente, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kapselung aus mehreren, zu einer räumlichen Einheit zusammengefaßten Gehäusen (17,18) besteht, die druckfest und einzeln zünddurchschlagsicher verschließbar sind und die jeweils mehrere, eine bestimmte Baugruppe bildende elektronische Bauelemente (5,7,9) aufnehmen.
3. 3. Kapselung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Gehäuse als einstückiger Hohlring U-förmigen Querschnitts ausgebildet ist, der mittels eines kreisringförmigen Deckels verschließbar ist und die Läuferwelle (i) konzentrisch umgibt.
4. 4. Kapselung nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß innerhalb des Gehäuses mindestens zwei. unterschiedliches elektrisches Potential führende Tragplatten (3,4) angeordnet sind, die gegenüber dem Gehäuse isoliert sind und auf denen jeweils mehrere, einer bestimmten Baugruppe zugehörige elektronische Bauelemente (5,6) elektrisch leitend befestigt sind.
5. 5. Kapselung nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Tragplatten (3,4) an der Innenseite des Außenringes (2) des Gehäuses unter Zwischenlage einer Isolierschicht (10) anliegen.
6. 6. Kapselung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß innerhalb eines die Läuferwelle (1) konzentrisch umgebenden Tragringes (12) mindestens zwei Gehäuse (17,18) angeordnet sind, die als Kreisringsegmente U-förmigen Querschnitt es ausgebildet sind.
7. 7. Kapselung nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Gehäuse (17,18) gegen den Tragring (12) mittels der Zwischenlage (20) elektrisch isoliert sind, unterschiedliches elektrisches Potential führen und daß innerhalb eines jeden Gehäuses (17,18) mehrere, einer bestimmten Baugruppe zugehörige elektronische Bauelemente (5,7,9) elektrisch leitend befestigt sind.
8. 8. Kapselung nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Gehäuse (17,18) vorwiegend auf der Außenseite des Gehäusebodens und gegebenenfalls auf der Außenseite des Deckels mit Kühlrippen (11) versehen sind.
9. 9. Kapselung nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die elektronischen Bauelemente (5,6) mit ihren Fußteilen so an den Tragplatten (3,4) befestigt sind, daß ihre Längsachse radial zur Läuferwelle (1) verläuft.
10. 10. Kapselung nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die elektronischen Bauelemente (5,9) mit ihren Fußteilen so an den am Tragring (12) anliegenden Wände der Gehäuse (17,18) befestigt sind, daß ihre Längsachse radial zur Läuferwelle (1) verläuft.
11. 11. Kapselung nach den Ansprüchen 1 bis 10 s d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse bzw. der Tragring (12) als Nabe für ein konzentrisch zur Läufer welle (1) angeordnetes, umlaufendes Blechpaket ausgebildet ist.
12. 12. Kapselung nach den Ansprüchen 1 bis 10 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die verwendeten elektronischen Bauelemente (5,6,7,9) solche handelsüblicher, ungeschützter Ausführungsform sind.
13. 13. Kapselung nach den Ansprüchen 1 bis 10 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschaltungselemente (7) ebenfalls innerhalb der Gehäuse angeordnet sind.
14. 14. Kapselung nach den Ansprüchen 1 bis 12 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Thyristoren (6) Scheibenthyristoren (9) Verwendung finden.
15. 15. Kapselung nach den Ansprüchen 1 bis 12 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Dioden (5) solche in Scheibenform Verwendung finden.
16. 16. Kapselung nach den Ansprüchen 1 bis 15 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jedem elektronischen Bauelement (5,6,9) eine explosionsgeschützte, durch eine Wandung des Gehäuses führende Durchführung (8) zugeordnet ist, die zugleich als Anschlußpunkt für die Dioden- bzw. Thyristorseile innerhalb der Gehäuse dienen.
17. 17. Kapselung nach Anspruch 16 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Thyristoren (6,9) jeweils an einer Diodendurchführung angeschlossen sind.