DE2847129A1

DE2847129A1 - Stabfoermiges, elektrisches bauelement

Info

Publication number: DE2847129A1
Application number: DE19782847129
Authority: DE
Inventors: Erwin Klein; Paul Liehr; Hans Ing Grad Zink
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-10-30
Filing date: 1978-10-30
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2847129C2

Description

Stabförmiges, elektrisches Bauelement
Die Erfindung betrifft ein stabförmiges, elektrisches Bauelement, insbesondere einen elektrischen Hochlastwiderstand, mit elektrischen Anschlüssen an den Stirnseiten und mit Einrichtungen zur wärmeleitenden Befestigung an Kühl schienen.
Es ist bekannt, daß gesteuerte Halbleiterschaltelemente, insbesondere Thyristoren, wegen des Trägerstaueffektes mit RC-Gliedern beschaltet werden müssen. Werden die Halbleiterelemente beispielsweise in Stromrichtern mit hoher Taktfrequenz eingesetzt, so wachsen die elektrischen Verluste in den ohmschen Widerständen der RC-Glieder stark an. Um zu verhindern, daß durch die Erwärmung die Widerstände selbst oder die benachbarten Bauelemente beeinträchtigt oder gar zerstört werden, muß die Wärmeabfuhr von den Widerständen verbessert werden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß wegen der im allgemeinen beengten Platzverhältnisse die Bauelemente nicht vergrößert werden dürfen. Es;bleibt deshalb nur als Ausweg, den Wärmewiderstand zwischen Bauelement und Umgebung zu erniedrigen.
Es ist bereits bekannt, die Widerstände mit wärmeleitender Kittmasse in metallische Körper einzusetzen, welche an ihrer Außenseite Kühlrippen aufweisen. Auf diese Weise gelingt es, die Wärme abgebende Oberfläche zu vergrößern, ohne daß das Volumen des Bauelementes im gleichen Maßstab steigt. Ist das Aggregat, in dem derartige Widerstände verwendet werden, nicht mit Luft, sondern mit Flüssigkeit gekühlt, so werden die Widerstände auf von der Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlschienen montiert, so daß die Wärme durch das Kühlmedium abgeführt werden kann. Da bei einer direkten Montage des Widerstandes auf der Kühlschiene die Kontaktfläche relativ klein und damit der Wärmeübergang schlecht ist, hat man auch bei flüssigkeitsgekühlten Aggregaten die hochbelasteten Bauelemente bereits in Metallkörper eingesetzt, die große Berührungsflächen zu den Kühlschienen besitzen und damit den Wärmeübergang verbessern. Auch bei diesen relativ einfachen Konstruktionen wird weiterhin ein nicht unerheblicher Teil der Verlustleistung noch an die umgebende Luft und nicht an das eigentliche Kühlmedium abgegeben.
Aus der DE-OS 26 32 978 ist bereits ein hochbelastbarer elektrischer Widerstand bekannt, der in ein keilförmig genutetes Kühlprofil eingesetzt werden kann. Werden mehrere dieser Kühl profile entsprechend zusammengebaut, so entsteht zwischen den Kühlkörpern ein Hohlraum, der von dem Kühlmittel durchflossen wird, wodurch ein bedeutend günstigeres Wärmeableitvermögen erzielt wird. Der bekannte Widerstand besitzt stirnseitig als Kabel ausgebildete elektrische Anschlüsse, wobei die Verbindungsstelle zwischen Anschlußkabel und Widerstandsdraht vergossen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte hochbelastbare Bauelement dahingehend zu verbessern, daß die Herstellung vereinfacht, die Montage erleichtert, die Wärmeableitung verbessert und die elektrische Isolationsfähigkeit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die elektrisch aktiven Teile mit einer wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Keramikmasse zylinderförmig umhüllt sind und daß an der Aussenseite des Keramikzylinders ein Gewinde vorgesehen ist.
Eine alternative Lösung sieht an der Außenseite einen Konus vor.
Vorzugsweise besteht die Keramikmasse aus einer Gießmasse auf der Basis eines Metalloxides, wie Aluminiumoxid oder Berylliumoxid. Das erfindungsgemäße Bauelement kann mit Hilfe des Gewindes bzw. des Konusses in entsprechende Bohrungen von Kühlschienen eingeschraubt bzw. eingesteckt werden und führt dann auf seiner gesamten, durch das Gewinde bzw. den Konus vergrößerten Oberfläche die Wärme ab.
Der gute thermische Kontakt wird durch auf die Oberfläche aufgebrachte Wärmeleitpaste noch verbessert. Durch die Verwendung einer Gießmasse ist die Herstellung der isolie renden Umhüllung besonders einfach. Durch die Verwendung eines Gewindes bzw. eines Konusses zur Befestigung des Bauelementes erhält man zusätzlich den Vorteil, daß bei einem Defekt nur das Bauelement selbst ausgetauscht werden muß, während das Kühlprofil erhalten bleibt. Bei den bisherigen, handelsüblichen Widerständen muß dagegen das Kühlprofil ebenfalls verworfen werden.
Vorzugsweise sind-die Anschlüsse an den Stirnseiten des Bauelementes als Steckkontakte ausgebildet. Hierdurch werden Montage und Demontage des Bauelementes zusätzlich erleichtert.
Vorteilhafterweise bildet die Keramikmasse an den Stirnseiten des Bauelementes einen Kragen, der die Anschlüsse umfaßt. Hierdurch ergeben sich große Isolierstrecken zwischen den auf Hochspannungspotential liegenden Steckanschlüssen und dem auf Masse oder Erdpotential liegenden Kühlprofil. Mafi erhält somit einen hohen Isolierpegel, wie er mit Kabelanschlüssen normalerweise nicht erreicht werden kann.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
In Fig. 1 erkennt man ein als Hochlastwiderstand ausgebildetes zylindrisches, elektrisches Bauelement 1. Es besteht aus einem keramischen Trägerkörper 2, auf den Widerstandsdraht 3 aufgewickelt ist. Die Enden 4 des Widerstandsdrahtes 3 sind an Steckzungen 5 angeschweißt. In einer Gießform wurden die elektrisch aktiven Teile 2, 3, 4, 5 mit einer Keramikmasse 6 umhüllt. Dabei wurde im Bereich des Widerstandsträgerkörpers 2 an der Außenseite der Keramikmasse 6 ein Gewinde 7 geformt. Außerdem wurde im Bereich der Steckzungen 5 ein Kragen 8 gebildet, in dessen inneren Hohlraum 9 die Steckzungen 5 hineinragen. Zur Verbindung des Bauelementes mit weiteren Bauelementen dienen (in der Zeichnung nicht dargestellte) Steckhülsen, die auf die Steckzungen 5 aufgesteckt werden. Dabei werden die Steckhülsen von dem Kragen 8 elektrisch abgeschirmt. Mit Hilfe des Gewindes 7 ist das Bauelement 1 in eine entsprechende Gewindebohrung einer KühlschienelO eingeschraubt, T?obei mit Hilfe von Wärmeleitpaste der thermische Kontakt zwischen Keramikmasse 6 und Kühl schiene l0 verbessert wird. In den Hohlräumen 11 der Kühlschiene 10 wird das Kühlmedium geführt.
In Fig. 2 ist ein gleichartig aufgebauter Widerstand 20 dargestellt, dessen Außenhülle 27 konusförmig ist. Die Neigung des Konus ist so gewählt, daß Selbsthemmung eintritt, wenn der Widerstand in eine ebenfalls konische Bohrung einer Kühlschiene 30 eingebracht wird. Auch in diesem Fall ist zwecks besserer Kontaktierung Wärmeleitpaste zu verwenden.
Es ist jedoch auch möglich, den Widerstand 20 mit einem geeigneten Kleber mit der Kühlschiene 30 zu verbinden.
Statt wie in der Zeichnung dargestellt in eine flüssigkeitsgekühlte Kühl schiene kann das erfindungsgemäße Bauelement in ein verripptes, für Luftkühlung geeignetes Kühlprofil eingesetzt werden. Bei einem Defekt des Bauelementes muß dann nur das Bauelement selbst und nicht auch noch das Kühlprofil we<rworfen werden, wie es bei den derzeit handelsüblichen Ausführungen der Fall ist. Ausserdem kann das erfindungsgemäße Prinzip zur Verbesserung der Wärmeabgabe-sowie zur Verbesserung der Isolierung nicht nur bei elektrischen Widerständen, sondern prinzipiell bei allen hochbelasteten elektrischen Bauelementen angewendet werden.

Claims

Ansprüche Stabförmiges, elektrisches Bauelement, insbesondere elektrischer Hochlastwiderstand, mit elektrischen Anschlüssen an den Stirnseiten und mit Einrichtungen zur wärmeleitenden Befestigung an Kühlschienen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch aktiven Teile (2, 3, 4, 5) mit einer wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Keramikmasse (6) zylinderförmig umhüllt sind und daß an der Außenseite des Keramikzylinders (6) ein Gewinde (7) vorgesehen ist.
2. Stabförmiges, elektrisches Bauelement, insbesondere elektrischer Hochlastwiderstand, mit elektrischen Anschlüssen an den Stirnseiten und mit Einrichtungen zur wärmeleitenden Befestigung an Kühlschienen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch aktiven Teile (2, 3, 4, 5) mit einer wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Keramikmasse (6) zylinderförmig umhüllt sind, und daß an der Außenseite des Keramikzylinders ein Konus (27) vorgesehen ist, dessen Winkel (10) gewählt ist, daß beim Einsetzen in eine entsprechende Bohrung Selbsthemmung eintritt.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmasse (6) Aluminiumoxid enthält.
4. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmasse (6) Berylliumoxid enthält.
5. Bauelement nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmasse (6) eine Gießmasse ist.
6. Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse an den Stirnseiten des Bauelementes (1) als Steckkontakte (5) ausgebildet sind.
7. Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmasse (7) an den Stirnseiten des Bauelementes (1) einen Kragen (8) bildet, der die Anschlüsse (5) umfaßt.