DE4108037A1 - Einrichtung zum loesbaren befestigen eines gekuehlten diodengleichrichters an einem transformator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum lösbaren Befestigen eines gekühlten Diodengleichrichters an einem Trans­ formator. Vom Problem her geht es speziell darum, einen Trafo-Gleichrichtblock für eine Schweißanlage sehr hoher Lei­ stung zu schaffen, die zudem unter raumbeengten Verhältnissen einsetzbar ist.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche, auch ganz unter­ schiedliche Lösungen zum Befestigen von Gleichrichtereinheiten an Transformatoren bekannt. In aller Regel ist dabei jeweils eine Kühleinrichtung vorgesehen, um die unvermeidbare, be­ trächtliche elektrische Verlustwärme abzuführen. Die bisher be­ kanntgewordenen Lösungen nehmen nicht Rücksicht auf raumsparen­ de Ausbildung der Mittel, mit denen der Gleichrichter an dem Transformator befestigt ist; das schmälert die Verwendbarkeit jener Transformatoren. Die Hinnahme dieses Mangels mag daran liegen, daß das Kühlen des Gleichrichters im Vordergrund steht, um so die Stromabgabe des Gleichrichters steigern zu können. Dabei ist es üblich, die Kühlung mit einer Kühlflüssigkeit oder mit Kühlluft vorzunehmen.

Bei bekannten Lösungen ist man - unter Außerachtlassung des Raum­ bedarfes solcher Gleichrichter - sogar so weit gegangen, daß die Kühlung des Gleichrichters und die des Transformators zusammen­ gefaßt wurden, wie z. B. in der DE-AS 22 27 989 vorgeschlagen ist. In Einzelfällen kann solch eine Lösung zufriedenstellend sein; sie befriedigt jedoch nicht, wenn gesteigerte Leistung, d. h. Stromabgabe, des Gleichrichters und zugleich raumsparende Ausbildung der Trafo-Gleichrichtereinheit verlangt werden. Die­ se Forderung tritt meist bei der Verwendung einer solchen Ein­ heit in Schweißanlagen auf, wenn die Schweißarbeiten unter räum­ lichen engen Verhältnissen durchgeführt werden müssen.

Hieraus erwuchs die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Weg für eine raumsparende Anordnung der Dioden an einem Transformator aufzuzeigen und zugleich die notwendige Kühlung des Gleichrichters so zu intensivieren, daß die Höhe des Aus­ gangsgleichstromes über das übliche Maß hinaus gesteigert wer­ den kann.

Die Erfindung geht aus von einem üblichen Transformator und ei­ nem an den Transformator anmontierten Gleichrichterblock, der aus Kühlkörpern und Dioden zu einer Säule zusammengefügt und - zum Abführen der elektrischen Verlustwärme - zwangsgekühlt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer solchen Gleichrich­ tereinheit - vom Wesentlichen her - nach Anspruch 1 des Schutz­ begehrens darin, daß jeweils zu beiden Seiten der Gleichrichter­ dioden ein etwa quaderförmiger Körper unter Pressung durch ein Tellerfederpaket anliegt, der mit einem Kanalsystem für eine Kühlflüssigkeit versehen ist; die Lösung besteht weiter darin, daß von jenen Kühlkörpern zum einen jeder zweite Kühlkörper ein zu einem Winkelstück geformte Stromfeder trägt, mit dem jeweils über den einen Schenkel der Stromfeder jene Kühlkörper an dem Transformator angeschraubt sind, und daß zum anderen jeder zwei­ te der anderen Kühlkörper ein ebensolches Stromfederpaket trägt, aber dieses Element aus der Befestigungsebene der Leiterelemente von vorher an dem Transformator um 90° herausgeschwenkt und an die Gleichstromschiene angeschraubt sind.

Mit dem Kanalsystem für die Kühlflüssigkeit in den an den Dioden unter Pressung anliegenden Körpern wird die Kühlwirkung beträcht­ lich gesteigert, dies nicht nur, weil das Kühlmittel in unmittelbarer Nähe der zu kühlenden Dioden wirkt, sondern auch deswegen, weil der Kühlkörper unter Druck an den Dioden anliegt und somit der Temperaturübergang verbessert ist. Diese gute Küh­ lung hat zur Folge, daß es möglich wird, die Gleichstromabgabe zu steigern. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß eine Schweißmaschine mit solch einem Gleichrichter einen Schweißstrom von bis zu 540 A (je Schweißimpuls) abzugeben vermag. Die winkelförmige Leiterelemente, mit denen die Gleichrichter­ einheit an dem Transformator befestigt sind, nehmen schon an sich wenig Raum in Anspruch, und sie tun es zusätzlich, weil sie nicht einfach gegenüberliegen, sondern statt dessen ab­ wechselnd gleichsam in der zweiten Reihe eine Platz einnehmen, der sonst ungenutzt bliebe. Die geringe Entfernung, wie sie sich ergibt, von dem Gleichrichter zu dem Transformator, ruft nicht etwa eine nachteilige, gegenseitige Wärmebeeinflussung hervor; hierfür ist die Kühlwirkung aus den quaderförmigen Kör­ pern zu hoch, als daß diese Beeinflussung nachteilig werden könnte.

In Ausgestaltung der Lösung nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das Kanalsystem in den Körpern durch Bohrungen gebildet wird, die mit Anschlüssen für Leitungen für die Kühlflüssig­ keit versehen sind, und daß die winkelförmigen Leiterelemente mit einer Kopfschraube (an dem Transformator) angeschraubt sind.

Weiter ist nach der Erfindung vorgesehen, daß zum Aneinander­ pressen der Gleichrichterdioden zu einer Säule Zuganker vorge­ sehen sind, die der quaderförmige Körper durchdringen und deren Gegenlager von einem Tellerfederpaket abgestützt sind; es ist vorteilhafter, symmetrisch vier solcher Anker anzuwenden, die gegebenenfalls ein gemeinsames Gegenlager haben.

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Darstellung des Trafo-Gleichrichterblocks,

Fig. 2 und 3 die quaderförmigen Körper mit dem Kanal­ system für die Kühlflüssigkeit und mit einem winkel­ förmigen Leiterelement, und

Fig. 4 zeigt schematisch den Zusammenbau der Gleichrichter­ Bauteile mit Zuganker in einer Anlage mit mehreren Transformatoren.

Es sei vorausgeschickt, daß hier die notwendigen elektrischen Anschlüsse und Verbindungen ebenso wie notwendigen Isolierungen manch eines Bauteiles gegenüber einem anderen Bauteil nicht dargestellt und erläutert sind, weil dies Maßnahmen sind, die lediglich Grundwissen aus der Elektrotechnik betreffen. Dies gilt uneingeschränkt auch für die hier benutzten Dioden-Gleich­ richter, die zueinander in dem Ausgangsstromkreis liegen. Fig. 1 zeigt, daß die Einrichtung sich durch eine gedrungene Bauweise auszeichnet. Herzstück dieser Lösung sind einfach ge­ staltete, nämlich quaderförmige Körper 2′ und 2′′. Diese Körper nehmen - im Paar - jeweils die Dioden 1 zwischen sich auf und drücken sie aneinander. Zugleich sind sie aber auch elektrisch wirksam, weil sie die Anschlüsse zu dem Transformator 5 her­ stellen, nämlich über Stromfedern 4′ und 4′′, die zu einem Winkelstück geformt sind. Diese Stromfedern sind, wie noch dargelegt wird, leitend mit dem Transformator verbunden; sie sind deshalb im Querschnitt entsprechend dimensioniert und aus den Strom gut leitendem Metall hergestellt. An dem einen Ende sind sie in einem Schlitz 8 mit dem Körper 2′ bzw. 2′′ verlötet oder gepreßt (vgl. Fig. 3).

Den Stromfedern kommt aber auch die Aufgabe zu, als Befesti­ gungsmittel der Körper 2′ und 2′′ und damit der Gleichrichter- Bauteile an dem Transformator zu dienen. Deshalb sind sie an ihrem anderen Ende (vgl. Fig. 3) mit drei Durchgangsbohrungen 7 versehen, über die sie mittels einer Kopfschraube an dem Trans­ formator befestigt sind. Diese Art der Befestigung ergibt nicht nur eine feste mechanische Verbindung an dem Transformator, son­ dern auch einen guten elektrischen Anschluß, der dort z. B. eine Leiterplatte sein kann.

Die Gleichrichterbauteile sind zu einer Säule zusammengefaßt, wie Fig. 1 zeigt. Es wechseln also Wechselstrom- und Gleich­ strom-Kühlkörper miteinander ab.

Um dafür die entsprechende Lage der stromführenden Leiterelemen­ te 4′ und 4′′ zu schaffen, ist nun vorgesehen, daß die Leiter­ elemente mit der Wechselstromseite an den Transformator in Rei­ he hintereinanderliegen und die Leiterelemente der Gleichstrom­ seite zwar auch in Reihe hintereinander liegen, jedoch aus der ersten Reihe um 90° bzw. 180° herausgeschwenkt sind. Dies ergibt dann in der Gleichrichtersäule ein Bild, wie es in Fig. 1 dar­ gestellt ist. Die herausgeschwenkte Reihe der Leiterelemente 4′′ liegt damit in einem Raum, der sonst ungenutzt geblieben wäre, was der gedrungenen Bauweise des Trafo-Gleichrichterblocks sehr zugute kommt.

Bei einem Gleichrichter der hier verwendeten Art tritt ein hohes Maß an elektrischer Verlustwärme auf, die abgeführt werden muß. Hierfür ist dann, ohne die erreichte gedrungene Bauweise zu stören, vorgesehen, die quaderförmigen Körper 2′ und 2′′ zusätzlich als Kühlkörper auszubilden, um die Dioden zu kühlen. Deshalb sind diese Körper mit einem Kanalsystem 3 versehen, das durch einfache Bohrungen 6 in dem Körper gebildet ist. In den Fig. 2 und 3 ist dies in einem Längs- und einem Querschnitt durch den Körper veranschaulicht. Die Anfänge der Bohrungen 6 sind so gelegen, daß sie mit zugänglichen Anschlüssen für Lei­ tungen zum Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit versehen werden können.

Verständlicherweise ist es von besonderem Vorteil, wenn die Gleichrichterbauteile unter besonders hohem Druck aneinander­ liegen. Dies wird mit Zugankern 9 erreicht, wie die Fig. 4 erkennen läßt. Bei der zu einer Säule zusammengefaßten Gleich­ richteranordnung durchdringen die Zuganker die quaderförmigen Körper 2′ und 2′′. Deshalb weisen diese Körper, ohne daß das Kanalsystem 3 gestört wird, Durchgänge ⌀ 13 auf (vgl. Fig. 2), durch die die Zuganker hindurchgeführt sind. Aus Gründen wir­ kungsvoller Symmetrie für sehr hohe Pressung sind vier solcher Anker vorgeschlagen. Zu einem Anker hier vorgesehener Art gehört ein Gegenlager; hier ist es das Gegenlager 10, das über eine Tellerfeder 11 elastisch abgestützt ist (vgl. Fig. 4 unten). Es versteht sich von selber, daß mehrere Zuganker ein gemeinsames Gegenlager haben können, es kann auch die elastische Abstützung gemeinsam sein; auch dies ist aus der Darstellung in Fig. 4 er­ kennbar. Zuganker haben nicht nur den Vorteil bezüglich des gu­ ten Kontaktes zwischen den Dioden, wie erwähnt, sondern sie ver­ einfachen auch die Montage der Gleichrichterbauteile. Und das Auswechseln einzelner Teile ist einfach, weil hierfür lediglich die Zuganker zu lösen sind.

Erwähnt sei noch, daß für viele Fälle sich das Baukastenprinzip mit mehreren Transformatoren anbietet.

Claims (5)

1. Einrichtung zum lösbaren Befestigen eines gekühlten Dioden­ gleichrichters an einem Transformator, wobei der Gleichrichter aus den zu einer Säule zusammengefügten Dioden und Kühlkörpern besteht und mit einer Zwangskühlung zum Abführen der elektri­ schen Verlustwärme ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zu beiden Seiten der Gleichrichterdioden (1) ein etwa quaderförmiger Kühlkörper (2′ bzw. 2′′) unter Pressung anliegt, der mit einem Kanalsystem (3) für eine Kühlflüssigkeit versehen ist, daß von jenen Körpern (2′ bzw. 2′′) einmal jeder zweite Körper (2′, 2′...) ein zu einem Federelement geformtes Leiter­ stück (4′) trägt, mit dem jeweils über den einen Schenkel des Winkelstückes jene Körper (2′, 2′...) an dem Transformator (5) angeschraubt sind, und daß zum anderen jeder zweite der anderen Körper (2′, 2′′...) ein ebensolches zum Federelement geformtes Leiterstück (4′′) trägt, aber diese Elemente aus der Befesti­ gungsebene der Leiterelemente von vorher an dem Transformator um 90° herausgeschwenkt und an anderer Stelle an die Gleich­ stromschiene angeschraubt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem (3) in den quaderförmigen Körpern (2′ und 2′′) durch Bohrungen (6) in dem Körper mit Anschlüssen für insbeson­ dere flexible Leitungen zum Zuführen der Kühlflüssigkeit gebil­ det ist.

3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der auf dem Transformator (5) aufliegende Schenkel der winkelförmigen Federelemente (4′, 4′′) mit einer Durch­ gangsbohrung (7) zum Hindurchstecken einer Kopf schraube verse­ hen und der jeweils andere Schenkel jener Elemente in einem Schlitz (8) der Körper (2′, 2′′) verlötet ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für das Aneinanderpressen der Gleichrichterdioden (1) zu einer Säule Zuganker (9) vorgesehen sind, die die Körper (2′, 2′′) durchdringen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß symmetrisch verteilt vier der Zuganker (9) vorgesehen sind, de­ ren gegebenenfalls gemeinsames Gegenlager (10) von einer Teller­ feder (11) elastisch abgestützt ist.