DE7202709U - Haltevorrichtung zur aufnahme von leistungs-thyristoren - Google Patents

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PATENTANWÄLTE F.W. H EMM ER ICH · GERD MÜLLER · D. G ROSSE

10. Jan. 1972 g.we 71 539

Hermann iiatzei. did'j hi a ί-er berg

Haltevorrichtung zur Aufnahme von Leistungs-Thyristoren

Die feuerung betrifft eine Haltevorrichtung zur Aufnahine und zum Kühlen von mindestens 77/ei vorzugsweise antiparallel geschalteten Leistungsthyristoren. Derartige Thyristoren werden bspw. zum Hegeln bzw. Steuern des Stromes in Schv/eißmaschinen benutzt. Die sie aufnehmendeη Halterungen haben nicht nur die Aufgabe, die Tb¹"¹'^{5 a}*<">τ*⁰™ mop.Vinrn sn.h auf znnfihmßn und zu traeen. sie dienen auch der Zuführung und Abnahme der starken Ströme, und ihnen fällt insbesondere die Aufgabe zu, die in den Thyristoren entwickelte Wärme abzuführen und WärmeStauungen zu vermeiden.

i/blich ist es, die Thyristoren, die im wesentlichen paarweise verwendet werden, zwischen zwei Lletallblökken mittels Spannbolzen unter starker mechanischer Vorspannung zu halten. Die Metallblöcke stellen einerseits die elektrischen Anschlüsse dar, während sie andererseits Kühlkanale für sie durchströmendes Kühlwasser enthalten und auch die Wärmeabführung bewirken. Zwar lassen sich derartige Haltevorrichtungen einfach bearbeiten, denn es sind nur jeweils zwei Metallblökke herzustellen und gegeneinander zu verspannen; ein großflächiger, inniger Kontakt mit den Kontaktflächen der Thyristoren läßt sich aber bei einem solchen Aufbau nicht erzielen. Verantwortlich gemacht werden hier-

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PATENTANWA

für im wesentlichen die Toleranzen bei der Anfertigung der Thyristoren sowie die insbesondere bei Verwendung des üblichen, zentraⁿen Druckbolzens auftretende elastische Verformung der Letallcuader. Sobald aber der erforderliche großflächige Kontakt nicht auftritt, wird der elektrische übergangswiderstand erhöht, so daß eine zusätzliche V/äriaeentv/icklung auftritt. Als wesentlich schwerwiegender aber stellt sich heraus, daß die V/ärmeabnahme vom Thyristor erheblich beeinträchtigt wird, so daß entweder derart gehaltene Thyristorgruppen nur mit einem Teil der Nennleistung belastbar sind oder aber thermisch gefährdet werden.

Um diesem ^beistände abzuhelfen, sind schon je Thyristor einzelne Halterungen verwendet worden oder aber über einem eine Basis darstellenden Lietallblock je Thyristor getrennte Auflageböcke vorgesehen. Bereits die Ferti-

Igung solcher einzelnen I'löcke erweist sich als verhältnismäßig aufwendig; erhebliche Komplikationen sowohl bei der Fertigung als auch oei der Llontage und im Betriebe aber ergeben sich durch die an die einzelnen Irletallquader zu führenden Anschlüsse: die beiden dekkenden Hetallquader der Haltevorrichtung eines Thyristorpaares sind nicht nur getrennt durch elektrische Leitungen großen Querschnittes anzuschließen, auch der Kühlwasserzulauf und -ablauf sind jeweils getrennt vorzusehen und anzuschließen. Der ohnehin als unliebsam groß empfundene Raumbedarf wird durch eine solche Ausbildung noch v/eiter gesteigert.

Die Neuerung geht von der Aufgabe aus, eine Halterung für mehrere, mindestens zwei, Thyristoren zu schaffen, die einerseits einfach zu fertigen ist und einen nur geringen 3aumbedarf aufweist, während sie andererseits die Thyristoren so zu halten vermag, daß sie mi j hohen

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Strömen belastbar sind, so daß die Voraussetzungen einer großflächigen, festen Anlage zu schaffen sind.

Diese Aufgabe wird "enäß der lieuerung ^r/elöst_; indeu. mindestens innerhalb eines der ketallblöcke zwischen den zur Aufnahme der Thyristoren vorgesehenen Bereicnen nur jeweils eine Kühlwasser leitende Bohrung vorgesehen ist, und indem von beiden Flanken des Letallblocks her zwischen den Bereichen auf die Bohrung gerichtete Einschnitte vorgeseiien sind, welche in eine ausreichende Wandstärke sicherndem Abstände vor der das Kühlwasser führenden Bohrung enden, so daß die beiden Bereiche brückenartig durch einen die Bohrung auf v/eisenden Steg verbunden sind; die Bereiche v/erden jeweils durch getrennte, sie übergreifende und jeweils symmetrisch belastende Druckplatten vorgespannt. Zweckmäßig werden diese Druckplatten als beidcndig von Druckbolzen oder -schrauben durchgriffene Laschen ausgebildet. Zur Aufrechterhaltung des als optimal erkannten Druckes hat es sich als wesentlich gezeigt, σ,wischen den Druckplatten und dem übergriffenen i.ietallblock Druckfedern vorzusehen, die vorteilhaft als einander übergreifende konzentrische Tellerfedern ausgebildet sind. Als nachahmenswert wurde erkannt, die Druckfedern von einem Distanzring umgreifen zu lassen, der topfartig als Federgehäuse ausgebildet sein kann. Als nachahmenswert wurde erkannt, den Distanzring, die Federn und/oder das Federgehäuse formschlüssig auf dem Metallblock und/oder unter der Lasche zu zentrieren.

Eine gleichmäßige Kühlung der Lie tall blöcke läßt sich erreichen, wenn die Kühlkanäle als eine Periode eines Lläanders ausgebildet sind. Sin derartiger Külilkanal

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ItUit sich durch eine Anzahl von Ssckbohrungeii erstellen, dere·: Tiefe zweckmäßig die zur Bildung des L&anders ber.ütigte yoersc-ireitet, und deren als Zuführung lizv;. ^.bführung iec ;>.lL:lwasGers dienende Bohrungen nit Aü^chlu-.stücke:: üU3._ectattet sind, während die übrigen Boiirun^en durch L.etallstopieii verschlossen sind. Ein einfsch herzustellender und sicher wirkender Verschluß läßt sie:, erreichen, wenn die ketallstopien in die hünduii'sstüche der Bohrungen eingepreßt sind und durch Löten in Bereiche einer an der honturengrenze gebildeten ..ut ^esicheri sind. Jine definierte Bingreiftiefe der Stopfen und/oder der iüischliiBstpcke läßt sich erreichen, indeL: die diese aufnehmeuaen Bohrungen bis auf definierte Tiefe nit größerem Durchmesser ausgeführt sind als die eigentliche Bonrung.

Im einzelnen sind die Merkmale der feuerung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert, Bs seifen hierbei:

Fig. 1 die teilweise geschnittene Seitenansicht einer mit ζwe
tevorrichtung,

einer mit zwei Thyristoren bestückten HaI-

Fi._. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II der Fig. 1 und

-■'ig. ο ei,ie Aufsicht auf die haltevorrichtung der Fi,,. 1.

Bie ocitenansicht einer Haltevorrichtung nach Fig. 1 zeigt zwei L'.et al !blöcke 1 und 2, zwischen denen zwei Thyristoren 3 und 4 ringes.j?;:nt sind. Die jeweils für Ti.yrijtorür, vor'-csu^enen BorciciiG des Letallblockes 2

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werden durch Laschen 5 übergriffen, die durch Spannschrauben 6, die durch Bohrungen 7 des LIetallblockes greifen, gegen den Letallblock 1 verspannt, der zu ihrer Aufnahme mit Gewindelöchern ausgestattet ist. Die Vorspannkraft wird von den Laschen 5 auf die beiden Thyristoren 3 und 4 zugeordneten Bereiche des IvIstallblockes 2 jeweils symmetrisch durch Tellerfedern übertragen, die in Federgehäusen 'Sj angeordnet und kentrisch gehalten sind. Die Höhe des topfartigen Bandes 10 der Federgehäuse 8 erleichtert die Liontage, indem ein geringer, zwischen dessen oberem Bund und der Lasche verbleibender Spalt eine Kontrolle des Anstellweges erlaubt. In Ausnehmungen des Metallblockes 2 eingreifende zapfenartige Vorsprünge 11 der Federgehäuse 8 sichern deren zentrische Lage.

7/ie insbesondere Figuren 2 und 3 zeigen, weist der Kstallblock 2 zwei Einschnitte 12 und 13 auf, welche die den beiden Thyristoren zugeordneten Bereiche voneinander scheiden. Die Einschnitte sind so weit geführt, daß einerseits der I.Ietallblock 2 in zwei 'Teile unterteilt wird, die durch ein verhältnismäßig schmalen Steg miteinander verbunden sind. Andererseits ist der Steg so stark gewählt, daß die ihn durchdringende, Kühlwasser führende Bohrung/5 eine ausreichende Wandstärke behält.

Im Einschritt 12 ist zusätzlich ein Gewinde 14 vorgesehen, welchej der Aufnahme eines Temperaturfühlers dient. Die besti.iunungsgemäß vorgesehene elastische Veriormung im Bereiche des Steges wird hierdurch nicht beeinträchtigt.

Ausbildung der Kühlwasserführung ist anhand der Fi. . 2 erkenntlich, welche einen Schnitt durch den ^etaliblock 2 darstellt. Zweckmäßig ist die Kühlwasser

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führung im Metallblock 1 gleichartig susgebildet. In die Kühlblocke werden eine Sackbohrung 15 sowie je zv/ei Sackbohr-ungen 16 und 17 eingebracht, deren durchlaufender Bereich eine Periode eines Mäanders darstellt. Die der Kühlwasserzufuhr und -abfuhr dienenden Öffnungen werden mit Anschlußstücken 19 ausgestattet, während die verbleibenden Öffnungen durch Stopfen 18 verschlossen werden//OiIlig erstellbare sowie sichere Verbindung ergibt sich, wenn die Stopfen 18, vorzugsweise naoh vorhergehender Rändelung bzw. Riffelung, in die Mündungen der Bohrungen 15 und 16 eingepreßt v/erden. Eine Fase an der freien Stirnfläche der Stopfen sowie ein geringfügiges Ansenken der Mündungen der Bohrungen ergeben eine Ringnut, welche das Verlöten der Stopfen mit den Wandungen der Bohrungen vereinfachfc. Die Anschlußstücke 19 können ebenfalls eingelötet oder aber durch Schraubung mit den Let-l-blökken verbunden sein. In jedem Falle bewährt es sich, die Mündungsbereiche der Bohrungen auf definierte Tiefe mit größerem Durchmesser auszuführen, so daß der hierbei gebildete Ansatz die Einschubtiefe der Stopfen 18 bzw. der AnSchlußstücke 19 begrenzt und bestimmt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, die Sackbohrungen jeweils länger auszuführen, als dies zur Bildung des Mäanders erforderlich ist. Hierdurch werden einerseits weitere Kontaktflächen mit dem Kühlwasser geschaffen, während andererseits in diesen Bereichen eine Verwirbelung der Strömung und damit ein besserer Wärmeübergang erzielt werden.

Zur Stromübernahme ist der Metallblock 1 mit einer Anschlußschiene 20 und der Mütallblock 2 mit einer Anschlußschiene 21 verbunden. Die Montage kann durch nicht dargestellte, in der Grundfläche dos Blockes 1

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esehene Gevande-Sacklöcher erfolgen, und dor isolierte Aufbau v.lrd durch eine die iialtevorricntung untergreilende Isolierplatte 22 erleichtert.

Die gezeigte Haltevorrici±tung ist derart stabil ausgeführt, daß sie äußerst starke Vorspsnnkräfte auszuüben versag, die durchaus ^ en V/ert von einer Tonne je Thyristor überschreiten können. Bei ein<=r derart starken Belastung läßt sich die günstigste wärmeabführung aus den Thyristoren erzielen, und daiiiit lassen sich im allgeneinen je Zelle wesentlich nöhere Streitwerte erzielen, als diese üblicher v/ei se angegeben werden, ohne die Thyristoren thermisch zu überlasten und zu gefährden. Der zwischen den beiden Bereichen des ketallblockes 2 gebildete Steg ist hierbei elastisch genug, Uli gegenseitige Verformungen und Verschiebungen der einzelnen Bereiche zuzulassen, so daß jeder der beiden Bereiche in der Lage ist, den zugeordneten Thyristor gleichmäßig, d. h. mit konstanter Flächenpressung und unter Erfassung seiner vollen kontaktfläche, zu spannen. 'Jährend des Betriebes evtl. auftretende thermische Verformungen sowie aus anderen Gründen bewirkte Verformungen des Lateriales v/erden durch die Tellerfedern 9 ausgeglichen, die einander parallel geschaltet und derart dimensioniert sind, daß sie die oben angegebenen Ai:prsßkräf te zu bewirken vermögen. Beilegescheiben oder dergl. v/erden so ausgewählt, daß die als optimal erkannte Vorspannkraft eingehalten ist, wenn zwischen den Laschen 5 und dem oberen riand der Federgehäuse 8 noch ein geringer Spalt verbleibt. Dpnit läßt sich einerseits der Anstellweg bestimmen, während andererseits die Laschen 5 noch nicht zur Auflage auf die Federgehäuse gelangen. Es weruen damit alle Vorteile einer sicheren, festen und planen Auflage der Kontaktflächen und damit geringe thermische

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1/iG intj:..,ive .üA.iung in /erbin^ung ait der guten Anl'v_;e un^ de:.. Au-srin c;, starker AnpreBkräfte erlaubt es, uJiie.iO rnvristoren v/oit über ueren i._:ennstrÖ!ne ..in;us zu belasten, oiine diese tnernisch überzubean- ^r..c'.jj... j-^r jemr-'j hauiibüda.-f erlaubt eine problemlesj ' ..lerorin^ung, una der koupakte Auibsu erleich-LjI-L ... . . .s-josge, -.."ünreud die honen AnpreiBdrücke in

.'-•r..- :... ...i". den eingesenicssenen rederwegen eine

..cn., i:...:. uer ,_..;.s ti gen Setriebsei. en^ciiaften auf prakti^c:. un..e _r-.zte ..-it sichern. Die ..euerung ist nicht euJ ..::!'.sv^rric:.tungen für zv/ci Thyristoren besenränkt; n^e·.. ::e:.. ..sij-.j., ..^..zip können auch mehr als zwei Vhgristore.. zu einer Grug^e vereinigt sein, wobei die Ie;. el iSe_;.e:. Thyristoren zugeordneten Bereiche des einen !.ati.-lolockos so durch üinsciiiiitte begrenzt sind, de- sie ^ev/eils nur duren je eine Kühlwasser führende JC-J-¹UIig ent;.-:_tenae Stege miteinander verbunden sind. i>ie .,ir.;eLn der Stjge ksnn dadurch gesteigert werden, ir._ die..e breiter ausgeführt sind, als dies im AusfüJirun 3^eis_-iei gezeigt ist. Bei dem üblicherweise als

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Material für die Lletallblöcke verwendeten Kupfer hat es sich jedoch gezeigt, daß eine größere Breite der i-inüChnitie nicht erforderlich iüt. Ebenso war es nicht erforderlich., auf von oben und/oder von unten gegen

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die zur Steigerung der »Virkung im Bedarfsfalle vorgesehen werden können.

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Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. G ROSSE _ If) - J

   10. Jan. 1972 g.we 71 539

   NILiAK Schweißmaschinen Hermann Latzel, 5439 ilisterberg

   Schutzansprüche

   HalteTorrichtung zur Aufnahme und zum Kühlen von mindestens ZY/ei vorzugsweise antiparallel geschalteten Leist-ungs-Thyristoren, bei der die Thyristoren mittels Spannbolzen unter starker mechanischer Vorspannung zwischen kühlv/asserdurchströmten, gleichzeitig elektrische Anschlüsse darstellenden Lletallblöcken gehalten sind, deren Grundfläche die der aufzunehmenden Thyristoren überschreitet,
   dadurch gekennzeichnet, daß mindestens innerhalb eines der Lietallblu^ce (1, 2) zwischen zur Aufrahme der Thyristoren vorgesehenen Bereichen nur jeweils eine Kühlwasser leitende Bohung (15) vorgesehen ist, daß der Letallblock (2) von beiden Flanken her zwischen den Eereichen aul die Bohrung gerichtete Einschnitte (12, 13) aufweist, die in eine ausreichende Wandstärke sicherndem Abstände vor der das Kühlwasser leitenden Bohrung enden, so daß die beiden Bereiche brückenartig durch einen die Bohrung aufweisenden Steg verbunden sind, und daß die Bereiche jeweils durch getrennte, sie übergreifende und symmetrisch belastende Druckplatten (Laschen 5) vorgespannt sind.

   Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatten als beidendig von Spannbolzen oder -schrauben (c) durchgriffono Laschen (5) ausgebildet sind.

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   3. Haltevorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckplatten (Laschen 5) und dem übergriffenen Uetallblocκ (2) Druckfedern vorgesehen sind.

   Haltevorrichtung nach Anspruch 3,

   d a d u r c ¹ gekennzeichnet, daß die Druckfedern als einander übergreifende, parallel angeordnete Tellerfedern (9) ausgebildet siid.

   5. Haltevorrichtung nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Druckfedern (Tellerfedern 9) von einem Distanzstück umgriffen werden.

   6. Haltevorrichtung n^ch Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Druckfedern (Tellerfedern 9) von einem topfartigen Federgehäuse (8) aufgenommen sind.

   7. Haltevorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6,

   dadurch gekennzeichnet,

   ! daß Distanzring, Feder (9) und/oder Federgehäuse (b)

   formschlüssig (zapfenartiger Vorsprung 11) auf dem Lletallblock (2) und/oder unter den Laschen (5) zentriert sind.

   8. Haltevorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7,

   dadurch gekennzeichnet, uaß die Hüne der Distanzringe bzw. der topfartigen Ränder (10) der Federgehäuse (8) die otützhühe der Federn geringfügig unterschreitet.

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   ..■.Ι levomc.. .,\n iii'.c:. jw,;; ivc:.un I oir; ^, d ·.: α '.; r G ,. ■ e i. ü ., η ^ e ± c ii :. ü t , i:..... ai j ..^.Iküjr.le a Ij vjr:r: "uv/eisc einoeriodige

   1G. ι: di'jvorriciituij naci. Aiiijprücuen 1 bij 9, a ε Ί ι; :· c ii , ü ;. ^ η η ι: c i c η η e t , v.:^ dio „ühli-QiiLlle als Jackbohrun;/en (15 bi£; 17) aus-

   ■jx .::rt Lii.id, dore.i Tiefe die zur Bildung des Läandors beiiö^Ji_cte Ub^rüCiir-iiiet, unci daL al., liülilmiotelzubsv/. -üüiuiir dieiijnde Βυ-run en (17) Liit Ansc^lußstükii'jr. (1;) ^Uo./i-taitct sind, während die Übrigen 3ohrun:':ün (u, 16) durch ..-ta^utopien (18) verschlos-Gen üind.

   11. lialtovorriciitun" urea An Gerüchen 1 bis Ii

   s_~ dio !..etallstopfen (1o) in dio Bohrungen eingepreßt i.vj. und durch Löten in Bereiche einer an den Konturenro..^e:i rcbildüten i.'ut gesichert sind.

   -. ltovürricr.tun:;; nach AnGprüchen 1 bis 11, da- ure h gehonnzeichnet, ά.3- der hündungsbereich der Boiirungen (15 bis 17) bis sui" definierte, der Stopfenhöhe bzv/. Höhe des ,'u^uhlußbereiches der Ansciilußstücke entsprechende liefe :.iit gegenüber der Gesanfboiirung erweitertem jurchiiesjer ausgefLIiIrt ist.