DE4409593A1 - Spannelement für eine Halbleiterzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannelement für eine Halb­ leiterzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und kann bei­ spielsweise bei Stromrichtern für elektrische Schienenfahrzeuge eingesetzt werden.

Es ist in der Stromrichtertechnik allgemein bekannt, Strom­ richter mit Halbleiterzellen und Kühlkörpern zum Abführen der in den Halbleiterzellen während des Betriebes produzierten Verlust­ leistungswärme in Spannverbänden zusammenzufassen, wobei mit Hilfe relativ großer Preßkräfte eine Druckkontaktierung der Halbleiterzellen erfolgt. Das Verspannen erfolgt vielfach unter Einsatz von Verschraubungen mit Federelementen, vorzugsweise Tellerfedern. Dabei ist es von Nachteil, daß die vorgeschriebene Vorspannkraft nur unter Einsatz eines Spezialwerkzeuges (Drehmo­ mentschlüssel oder Vermessen des Drehwinkels) eingestellt werden kann, wobei zusätzlich die Kopf- und Gewindereibung der Ver­ schraubung zu berücksichtigen ist und die exakte Vorspannkraft nicht überprüfbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannelement für eine Halbleiterzelle der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Einstellung der exakten vorgeschriebenen Vorspannkraft ohne Spezialwerkzeug in einfacher Art und Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sowohl bei der Erstmontage als auch bei einem eventu­ ellen späteren Austausch der Halbleiterzelle im Reparaturfall die Einstellung der vorgeschriebenen Vorspannkraft lediglich mittels eines einfachen Schraubenschlüssels erfolgt. Das Ver­ schrauben wird beendet, sobald sich das Prüfröhrchen nicht mehr bewegen läßt, denn dann ist die vorgeschriebene Vorspannkraft erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der einzigen Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. In der ein­ zigen Figur ist das Spannelement für eine Halbleiterzelle im einzelnen dargestellt. Es ist eine Halbleiterzelle (Scheiben­ zelle) 1 zu erkennen, die zwischen zwei Kühlkörpern 2, 3 eingespannt ist. Die während des Betriebes in der Halbleiter­ zelle 1 produzierte Wärme wird über die beiden Kühlkörper 2, 3 nach außen abgeführt. Wie in der Figur durch den weiteren Kühl­ körper 4 angedeutet ist, können weitere Halbleiterzellen und Kühlkörper innerhalb des Spannverbandes angeordnet sein.

Um Halbleiterzelle 1 und Kühlkörper 2, 3 mit der für die Druck­ kontaktierung erforderlichen Vorspannkraft zusammenzupressen, ist ein Tellerfederpaket 5 als Federelement vorgesehen, das mit­ tels einer Verschraubung - bestehend aus einer Schraube 6, drei Scheiben 8, 9, 11 und einer Mutter 12 - gespannt wird. Der Schraubenschaft 7 der Schraube 6 kann dabei durch Bohrungen in­ nerhalb der Kühlkörper 2, 3 greifen oder außerhalb dieser Kühl­ körper verlaufen. Ein Spannverband weist mindestens zwei solcher Spannelemente auf.

Im einzelnen wird das aus geschichteten Tellerfedern aufgebaute Tellerfederpaket zum Schraubenkopf hin durch die Scheibe 9 und zum Kühlkörper 2 hin durch die Scheibe 8 begrenzt und abge­ stützt. Der Schraubenschaft 7 greift durch die Zentralbohrungen der einzelnen Tellerfedern, während sich ein Prüfröhrchen 10 zwischen beiden Scheiben 8, 9 befindet, wobei sich ein Spalt zwischen dem Außenmantel des Tellerfederpakets 5 und dem Innen­ mantel des Prüfröhrchens 10 ausbildet. Die Höhe des Prüfröhr­ chens 10 ist derart bemessen, daß bei vorschriftsmäßig gespann­ tem Tellerfederpaket kein Spiel mehr zwischen Scheibe 8 und Prüfröhrchen 10 bzw. zwischen Scheibe 9 und Prüfröhrchen be­ steht. Das Prüfröhrchen 10 ist auf diese Weise bei entspanntem Tellerfederpaket 5 frei beweglich.

Eine hinsichtlich der auftretenden Reibung verbesserte Führung des Tellerfederpaketes 5 ergibt sich durch Einlage einer Füh­ rungsbuchse zwischen Schraubenschaft 7 und Tellerfederpaket. Die Höhe der Führungsbuchse ist geringfügig kleiner als die Höhe des Prüfröhrchens.

Um den Einfluß der Reibung zwischen den einzelnen Tellerfedern des Tellerfederpakets 5 zu minimieren und die Federkennlinie zu linearisieren, ist es zudem vorteilhaft, die Tellerfedern vor dem Einbau einzuölen.

Die Verschraubung selbst erfolgt unter Eingriff der Mutter 12 in den Gewindeabschnitt der Schraube 6, wobei sich die Scheibe 11 zwischen Kühlkörper 4 und Mutter 12 befindet. Zur Verspannung des Spannelementes werden Mutter 12 und Schraube 6 gegeneinander verdreht, bis das Tellerfederpaket 5 derart zusammengedrückt ist, daß sich das Prüfröhrchen 10 nicht mehr verschieben läßt. Die Tellerfedern stützen sich über die Scheiben 8, 9 ab und die durch die zusammengedrückten Tellerfedern erzeugte Vorspannkraft wird auf die Kühlkörper und die Halbleiterzelle(n) übertragen.

Zur Verspannung mit vorgeschriebener Spannkraft genügt demnach ein einfacher Schraubenschlüssel und Spezialwerkzeuge (z. B. ein Drehmomentschlüssel) sind entbehrlich. Bei montiertem Spannver­ band kann jederzeit nachgeprüft werden, ob die geforderte Vor­ spannkraft exakt eingestellt ist. Hierzu wird in einfacher Weise kontrolliert, ob sich das Prüfröhrchen 10 verschieben bzw. ver­ drehen läßt.

Das Tellerfederpaket sollte vor dem Zusammenbau einmal zu­ sammengedrückt werden, damit die geforderte Vorspannkraft exakt gewährleistet wird. Außerdem lassen sich dadurch etwaige Fehler durch falsches Schichten der Tellerfedern rechtzeitig erkennen.

Claims (4)

1. Spannelement für eine Halbleiterzelle, die mit minde­ stens einem Kühlkörper druckkontaktiert ist, wobei eine Schraube mit ihrem Schaft durch eine Zentralbohrung eines Federelementes greift und das Federelement mittels der Verschraubung zusammen­ gepreßt wird, um die vorgeschriebene Vorspannkraft zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (5) zum Schrauben­ kopf und zum Kühlkörper (2) hin durch Scheiben (8, 9) begrenzt wird und daß sich ein Prüfröhrchen (10) zwischen beiden Scheiben befindet, dessen Höhe derart bemessen ist, daß es sich im ent­ spannten Zustand des Federelements seitlich bewegen läßt, wäh­ rend bei Erreichen der vorgeschriebenen Vorspannkraft kein Spiel mehr zwischen Scheiben (8, 9) und Prüfröhrchen (10) besteht.

2. Spannelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein aus geschichteten Tellerfedern bestehendes Tellerfederpaket (5) als Federelement.

3. Spannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Tellerfedern eingeölt sind.

4. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungsbuchse zwischen dem Schrauben­ schaft (7) und dem Federelement (5) angeordnet ist.