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Trockengleichrichtereinheit mit Kühlblechen, insbesondere Selengleichrichter
Selengleichrichterelemente bestehen aus einer metallischen Grundelektrode, einer
darauf aufgebrachten Selenschicht und einer sich auf dieser befindenden metallischen
Deckelektrode. Die Dicke der Selenschicht und der Deckelektrode beträgt dabei nur
einen Bruchteil der selbst nur blechstarken Grundelektrode. Die Herstellung derartiger
Gleichrichterelemente erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß zunächst größere Flächen
hergestellt und aus diesen dann die einzelnen Elemente in der ihrer Strombelastung
entsprechenden Größe ausgeschnitten bzw. ausgestanzt werden. Um dabei eine wegen
der geringen Dicke der Selenschicht leicht auftretende Brückenbildung zwischen Deck-'
elektrode und Grundelektrode zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, beim Aufbringen
der Deckelektrode die Bereiche abzudecken, in die die Stanzschnitte gelegt werden,
so daß die Deckelektrode beim fertigen Gleichrichterelement nicht ganz bis an den
Rand heranreicht und durch das Schnittwerkzeug nicht berührt wird.
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Bei Kupferoxydulgleichrichtern ist es üblich, die einzelnen Elemente
unter Zwischenfügung von Kühlblechen zu einer Säule aufzuschichten, die mittels
eines durch die Mitte der Säule gesteckten Spannbolzens zusammengehalten wird. Es
ist auch bereits bekannt, bei auf einen solchen zentralen Spannbolzen aufgereihten
Gleichrichterelementen
mit dazwischenliegenden Kühlblechen zur Erhöhung
der Kühlwirkung jedes Element zwischen zwei Kühlblechen anzuordnen und zwischen
den auf diese Weise geschaffenen Einheiten einen Zwischenraum vorzusehen, welcher
den Durchtritt des Kühlmediums gestattet. Diese Zwischenräume werden durch Abstandsglieder
geschaffen, welche durch aus den Kühlblechen herausgearbeitete Vorsprünge gebildet
sind und den zentralen Einspanndruck aufnehmen. Diese Vorsprünge können punktförmige
Durchdrückungen sein oder auch Nasen, zu denen zungenförmige Ausstanzungen gebogen
sind. Die Abstandsglieder stellen gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen
den einzelnen Gleichrichtereinheiten her. Derartige Gleichrichtersäulen lassen sich
auf denkbar einfache Weise zusammenbauen, da ihre einzelnen Teile nur nacheinander
auf den zentralen Spannbolzen aufgereiht zu werden brauchen. Diese Säulenbauart
bereitet aber bei Selengleichrichtern, insbesondere bei kleineren Typen, deren Elemente
Tabletten- oder Pillengröße haben, Schwierigkeiten, weil beim Ausstanzen der mittleren
Öffnung die Gefahr einer Grat- bzw. Brückenbildung zwischen Grund- und Deckelektrode
besteht und ein Abdecken des Bereiches der mittleren Öffnung vor dem Aufbringen
der Deckelelektrode fabrikationstechnisch schwer durchführbar ist. Man geht daher
vielfach von der genannten Säulenbauart ab und schichtet einfach die einzelnen Gleichrichterelemente
in Pillen- oder Tablettenform zu einem Stapel aufeinander. Da die Stärke der Selenschicht
und der Deckelektrode zusammen meistens nur mehrere u beträgt, also kleiner ist,
als der Grat sein wird, der beim Ausstanzen der Gleichrichterelemente an der Grundelektrode
entstehen kann, müssen beim Aufstapeln zwischen die einzelnen Elemente zur Vermeidung
eines Kurzschlusses Abstandsstücke eingefügt werden. Diese Maßnahme hat sich auch
dann als zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen die einzelnen Elemente Kühlbleche eingefügt
werden, da wegen der äußerst geringen Stärke von Selenschicht und Deckelektrode
andernfalls die Gefahr eines Kurzschlusses oder Überschlages durch Staub oder durch
Verbiegen der Kühlbleche besteht. Mit dieser Maßnahme würden sich aber die Schwierigkeiten,
die beim Herstellen des Stapels und hinsichtlich seiner Halterung vorhanden sind,
noch mehr vergrößern.
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Nach einem anderen Vorschlag soll der Grat am Rand der Grundelektrode
vor dem Zusammensetzen des Stapels entfernt werden und die einzelnen. tabletten-
oder pillenförmigen Gleichrichterelemente unmittelbar aufeinandergeschichtet werden.
Die Stabilität des Stapels wird dadurch zwar größer und seine Bauhöhe wird geringer,
jedoch steht dann zur Wärmeabfuhr praktisch nur mehr die verhältnismäßig kleine
Umfangsfläche der einzelnen Elemente zur Verfügung, so daß wegen der geringen Wärmeabfuhrmöglichkeiten
bei derartigen Stapeln nur eine geringe elektrische Belastung zulässig ist.
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Außerdem sind Trockengleichrichtereinheiten bekannt, bei denen die
scheibenförmigen Gleichrichterelemente an den zwischen sie eingefügten Kühlblechen
gehalten sind, die ihrerseits an außenliegenden Stützgliedern in einem festen Abstand
voneinander gehalten werden. Die Gleichrichterelemente sind dabei in scheibenförmige
Eindrückungen der Kühlbleche eingesetzt, so daß sie in deren zylindrischen Wandlungen
unter Spannung festsitzen. Ihre elektrische Verbindung untereinander ist durch Drähte
hergestellt, die einerseits in an der Deckelelektrode des einen Elements und anderer
seits an dem Kühlblech für das benachbarte Element angelötet sind. Bei diesen so
gebauten Gleichrichtereinheiten ergibt sich zwar eine gute Kühlung, weil das umgebende
Kühlmedium auch die Deckelektrode erreichen kann, und es entfällt die Bohrung für
den bei Gleichrichtersäulen üblichen Spannbolzen. Diese Bauart hat aber den Nachteil,
daß die Herstellung erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Einerseits sind für jedes
Gleichrichterelement zwei Lötverbindungen herzustellen und andererseits müssen die
Eindrückungen in den Kühlblechen sowie die Gleichrichtereleniente sehr genau ineinanderpassen,
damit die zum Halten erforderliche Spannung entsteht. Ist die Passung zu klein,
so tritt die. Gefahr einer Beschädigung der Gleichrichterelemente bei ihrem Einsetzen
auf, ist sie zu groß, so geht der Halt verloren. Dieses Erfordernis der absoluten
Maßhaltigkeit stellt eine erhebliche Erschwerung der Fertigung dar, insbesondere
dann, wenn die Gleichrichterelemente durch Ausschneiden aus größeren Gleichrichterplatten
gewonnen werden.
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Durch die Erfindung werden die geschilderten Schwierigkeiten auf einfache
Weise vermieden. Sie benutzt ebenfalls zwischen die einzelnen Gleichrichterelemente
eingefügte Kühlbleche, durch die die Elemente gehalten werden, und besteht darin,
daß das einzelne Gleichrichterelement zwischen zwei Kühlblechen ausschließlich dadurch
gehaltert ist, daß es zwischen nach außen schräg ansteigenden und eine seitliche
Verschiebung verhindernden Unebenheiten des ihm zugeordneten Kühlbleches lose eingelegt
ist und durch mindestens ein auf der Rückseite des benachbarten Kühlbleches vorhandenes,
federndes und die elektrische Verbindung herstellendes Glied; vorzugsweise in Form
einer durch Ausstanzen gebildeten Zunge, in ihren Sitz gedrückt wird.
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Duich die Erfindung wird einerseits das Aufschichten des Stapels sehr
einfach, weil die Lage der Gleichrichterelemente durch die Kühlbleche bestimmt ist
und somit Kühlbleche und- Gleichrichterelemente nur abwechselnd aufeinandergeschichtet
zu werden brauchen. Andererseits brauchen die Grundelektroden nicht mehr entgratet
zu werden, weil sie auf dem Kühlblech aufliegen. Die Gefahr eines Kurzschlusses
zwischen Grund- und Deckelektrode durch die angrenzenden Unebenheiten der Kühlbleche
ist durch deren schrägen Anstieg vermieden. Die Herstellung der elektrischen Verbindung
zwischen den einzelnen Einheiten ergibt sich von selbst: Durch die entstehenden
Zwischenräume zwischen den Deckelektroden und den
tes 3' in seiner
Lage. 5 sind Bohrungen, mittels deren die Kühlbleche I in weiter unten an Hand der
Fig. 7 beschriebener Weise auf Spannbolzen aufgereiht werden können.
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Die Kühlbleche i brauchen nicht in jedem Fall die dargestellte rechteckige
Gestalt zu haben, da ihnen im wesentlichen die Aufgabe der Wärmeabfuhr von den Gleichrichterelementen
an das umgebende Kühlmedium zukommt. Sie können daher auch rund, oval usw. sein.
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Außerdem können die Unebenheiten zum seitlichen Halten der Gleichrichterelemente
3 auch auf andere Weise als durch Vertiefungen 2 gebildet sein. So ist es beispielsweise
nach Fig. 4 möglich, in das Blech I für ein scheibenförmiges Gleichrichterelement
3 nach Fig. 2 eine ringförmige sickenartige Durchdrückung vorzunehmen, so daß das
Gleichrichterelement durch die auf der anderen Seite vorstehende ringförmige Erhebung
6 gegen Verschiebung gesichert ist. Bei eckiger oder- sonstiger Form der Gleichrichterelemente
müßte die Durchdrückung natürlich dieser Formgebung angepaßt werden. Fabrikationstechnisch
bereitet dies keinerlei Schwierigkeiten. Gegebenenfalls reichen auch nur einzelne
näpfchenartige Durchdrückungen aus, so daß die Gleichrichterelemente an einzelnen
Stellen durch kegelige Erhebungen auf der anderen Seite des Kühlbleches begrenzt
und gegen Verschiebung gesichert werden. Es ist auch möglich, aus dem Gleichrichterblech
einzelne kleine zungenartige Vorsprünge auszustanzen, welche sich an den Rand der
zwischen sie einzulegenden Gleichrichterelemente anlegen. Bei all diesen Maßnahmen
zur seitlichen Abstützung der Gleichrichterelemente ist nur dafür Sorge zu tragen,
daß die hierfür vorgesehenen Formgebungen so gewählt werden, daß sie keine Überbrückungen
zwischen Grundelektrode und Deckelektrode hervorrufen. Vorteilhaft ist deshalb hierfür
eine schräge Ausbildung der Unebenheiten.
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Durch die neue Anordnung wird man völlig unabhängig von der Umrißform
der Gleichrichterelemente. Diese können also auch dreieckig, viereckig usw. sein.
Es sind nur die Vertiefungen in den Kühlblechen oder die sonstigen Unebenheiten
zur seitlichen Halterung der Gleichrichterelemente auf den Kühlblechen entsprechend
zu formen. Der hierdurch erzielte Vorteil besteht in einer wesentlichen Materialersparnis
beim Herstellungsverfahren. Wie schon erwähnt, werden die einzelnen Gleichrichterelemente
aus größeren Platten ausgeschnitten oder ausgestanzt. Bei der bisher üblichen kreisrunden
Form der Gleichrichterelemente war daher der Stanzabfall verhältnismäßig groß. Nunmehr
wird es möglich, das Ausgangsmaterial durch einfache gerade Schnitte restlos aufzuteilen,
so daß überhaupt kein Stanzabfall mehr anfällt. Bei rechteckigem Ausgangsmaterial
wird man daher zweckmäßig eine rechteckige Unterteilung vornehmen und rechteckige
Gleichrichterelemente herstellen.
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Bei einem besonders vorteilhaften Herstellungsverfahren für die Selenschicht
und die Deckelekgegenüberstehenden Kühlblechen werden ausgezeichnete Konvektionsbedingungen
für das umgebende Kühlmedium geschaffen, denn einerseits kann die aus der Grundelektrode
austretende Wärme über das Kühlblech abgeführt werden, und andererseits liegt ein
großer Teil der Deckelektrode frei und kann vom Kühlmedium bestrichen werden. Ferner
läßt die neue Bauweise gewisse Toleranzen in der Größe und in der Umrißform der
Gleichrichterelemente zu, weil ein gewisses Spiel gegenüber den Unebenheiten ohne
Einfluß auf den Halt der Gleichrichterelemente ist. Insbesondere ist der neue Gleichrichteraufbau
bei Selengleichrichtern von Vorteil, da keinerlei Vorkehrungen zur Vermeidung von
Elektrodenkurzschlüssen erforderlich sind.
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Vorteilhaft werden die Kühlbleche durch seitliche Spannbolzen und
der Zwischenlage von Abstandsgliedern in der Stapelrichtung zusammengedrückt. Die
Gleichrichterelemente sind dann vom Einspanndruck unabhängig, weil sie nur dem Druck
der Kontaktzungen ausgesetzt sind. Sie werden durch diese Kontaktzunge, wie schon
erwähnt, zwischen den Unebenheiten der Kühlbleche in ihrer Lage gehalten, und somit
entsteht ein einfach herzustellender und billiger Gleichrichterstapel mit hoher
elektrischer Belastbarkeit trotz verhältnismäßig kleiner Abmessungen.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend noch näher erklärt.
Es stellt dar Fig. I ein Kühlblech in Draufsicht, Fig. 2 ein Gleichrichterelement
in Tablettenform, Fig. 3 einen Schnitt durch das Kühlblech in Fig. I mit eingesetzter
Tablette, Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Kühlbleches im Schnitt, Fig. 5
eine Gleichrichterplatte vor dem Ausstanzen der Gleichrichterelemente, Fig. 6 eine
andere Ausführungsform des Kühlbleches in Draufsicht, Fig. 7 eine Gleichrichtereinheit
in Seitenansicht, Fig. 8 ein Kühlblech zwischen zwei einander zugekehrten Gleichrichterelementen
entgegengesetzter Durchlaßrichtung.
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In den Fig. i und 3 ist i ein rechteckiges Kühlblech aus gut wärmeleitendem
Metall, beispielsweise aus Messing, in das eine kreisrunde Vertiefung 2 eingedrückt
ist. Diese Vertiefung :2 ist so bemessen, daß sie das tablettenförmige Gleichrichterelement
3 (Fig. 2) mindestens teilweise aufnehmen kann und gegen seitliche Verschiebungen
sichert. Die Tablette 3 ist in Fig. 3 so in die Vertiefung 2 eingelegt, daß sie
mit der Grundelektrode am Kühlblech i anliegt. Auf der Rückseite des Bleches i steht
eine Zunge q. vor, die vorteilhaft durch Ausstanzen aus dem Grund der Vertiefung
:2 gebildet ist und auf diese Weise federt. Wie in Fig. 3 gestrichelt angedeutet
ist, drückt die Zunge 4. des Kühlbleches i gegen die Deckelektrode des benachbarten
Gleichrichterelementes 3' und hält dieses unter gleichzeitiger Herstellung der elektrischen
Verbindung zwischen der Grundelektrode des Elementes 3 und der Deckelektrode des
Elementrode,
bei dem das Aufbringen dieser Schichten auf die rotierende
Grundelektrode vorgenommen wird, erhält man ringscheibenförmiges Ausgangsmaterial.
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In Fig. 5 ist eine derartige Platte beispielsweise. dargestellt, wobei
7 die ringscheibenförmige Grundelektrode mit aufgebrachter Selenschicht ist und
8 ringsegmentartige Deckelektrodenflächen sind. Diese sind dadurch entstanden, daß
beim Aufbringen der Deckelektrode der äußere Rand 9, der innere Rand Io und radiale
Bahnen II abgedeckt waren. Beim Aufschneiden der Platte entlang der gestrichelten
Linien innerhalb dieser Bahnen II entstehen somit ringsegmentartige Gleichrichterelemente,
die in der in Fig. 6 dargestellten Weise in entsprechende Vertiefungen des Kühlbleches
I eingebettet und so von diesen gehalten werden können, ohne daß der äußere Aufbau
des Gleichrichters gegenüber der Anwendung von Blechen der Fig. I eine Formänderung
erfährt. Bisher hat man allgemein an der kreisrunden Form von Gleichrichterelementen
zum Aufbau von kleineren Gleichrichtereinheiten festgehalten. Man mußte also beim
Ausstanzen derartiger runder Tabletten aus der kreisförmigen Ausgangsscheibe 7 in
Fig. 5 einen erheblichen Stanzabfall in Kauf nehmen. Außerdem bereitete es Schwierigkeiten,
die kreisrunden Schnittflächen beim Aufbringen der Deckelektrode abzudecken, weil
diese Abdeckung die Form eines schmalen Ringes haben muß. Durch die sektorförmige
Ausbildung der Gleichrichterelemente wird deren Herstellung aus kreisrundem Ausgangsmaterial
erheblich vereinfacht, denn die Anbringung einer Sektorenschablone, wie sie in Fig.
5 veranschaulicht ist; bereitet nicht die geringsten Schwierigkeiten.
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In Fig. 7 ist eine Gleichrichtereinheit dargestellt. Die einzelnen
Kühlbleche I sind unter Zwischenfügung von Abstandsstücken I2 in Form von Isolierhülsen
auf isolierte Spannbolzen aufgereiht, die durch Endplatten I3 mittels Schrauben
I4 od. dgl. zusammengehalten werden. Die Isolierhülsen I2 nehmen dabei den Einspanndruck
auf, so daß der Abstand der @Gleichrichterelemente 3 bzw. ihr Kontaktdruck vom Einspanndruck
völlig unabhängig ist. Durch entsprechende Gestaltung der federnden Kontaktzungen
4 und der Länge der Abstandshülsen I2 ist man in der Lage, den Kontaktdruck entsprechend
einzustellen. Mittels eines den Schrauben I4 untergelegten Tragwinkels I5 oder I5'
kann die Befestigung der Gleichrichtereinheit in horizontaler oder vertikaler Stellung
erfolgen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, sind die einzelnen Gleichrichterelemente
3 mit einem großen Teil ihrer Oberfläche der umgebenden Luft ausgesetzt; diese kann
insbesondere bei der dargestellten waagerechten Anordnung zwischen den' einzelnen
Kühlblechen und Gleichrichterelementen durchströmen und so für eine ausgezeichnete
Wärmeabfuhr sorgen.
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Zum Anschluß der Gleichrichtereinheiten werden die Kühlbleche vorteilhaft
mit besonderen Anschlußfahnen versehen, beispielsweise in Form von Lötfahnen, wie
es in Fig. I bei I6 gestrichelt angedeutet ist. Diese Anschlußfahnen können an beliebiger
Stelle des Kühlblechumfanges, gegebenenfalls sogar in mehrfacher Anordnung, vorhanden
sein.
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Vorteilhaft ist es, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. I und 6 angenommen
ist, den Kühlblechen rechteckige oder allgemein eckige Grundform zu geben und die
vorstehenden Anschlußfahnen dadurch zu bilden, daß die übrigen, in der gleichen
Richtung liegenden Ecken der nicht zum Anschluß bestimmten Kühlbleche entfernt sind.
In Fig. 6 ist beispielsweise angenommen, daß das Kühlblech I zum Anschluß bestimmt
ist. Die rechte obere Ecke I7 ist deshalb mit einer Lötöffnung versehen. Die linke
obere Ecke ist dagegen entfernt, damit die auf dieser Seite stehengebliebene Ecke
eines anderen Kühlbleches einzeln vorsteht und zum Anschluß benutzt werden kann.
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Soll die Gleichrichtereinheit 7 in Graetzscher Doppelwegschaltung
angeschlossen werden, so muß in an sich bekannter Weise die Anordnung der Gleichrichterelemente
so erfolgen, daß die eine Hälfte, beispielsweise die linke, mit der Stromdurchlaßrichtung
von links nach rechts und die andere Hälfte der Elemente mit einer Stromdurchlaßrichtung
von rechts nach links angeordnet wird, d: h. also, daß die zweite Hälfte der Kühlbleche
mit den ihnen zugeordneten Gleichrichterelementen um 180° gedreht werden muß. Auf
diese Weise stehen sich in der Mitte der Einheit zwei Gleichrichterelemente mit
ihrer Deckelektrode unmittelbar gegenüber.
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In Fig. 8 sind diese beiden in Betracht kommenden Gleichrichtereinheiten
3 mit den ihnen zugeordneten Kühlblechen 4 aus der Mitte der Gleichrichtereinheit
dargestellt. Um die elektrische Verbindung zwischen den beiden Deckelektroden der
Elemente 3 herzustellen, einen Anschluß nach außen zu ermöglichen und gleichzeitig
unter Einhaltung des sonstigen Abstandes für einen ausreichenden Zutritt des Kühlmediums
zu sorgen, ist ein besonderes Kühlblech 18 eingefügt, das auf beiden Seiten mindestens
je eine vorstehende Kontaktzunge aufweist.