DE1764896A1

DE1764896A1 - Diodenhalterung mit Kuehlkoerpern

Info

Publication number: DE1764896A1
Application number: DE19681764896
Authority: DE
Inventors: Spisak Andrew J; Petersen Sigrud R
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1967-09-11
Filing date: 1968-08-28
Publication date: 1971-12-02
Also published as: JPS4838344Y1; CA869745A; FR1581845A; US3521132A; BE720691A; GB1190285A; CH499201A; NL6812915A; NO128191B; SE355108B

Description

;κοτ

4 Dössetdorf-Eiler

2656

Düsseldorf, 27» August 1968

WE 38 812
6844

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Diodenhaiterung mit Kühlkörpern

Die vorliegende Erfindung "betrifft eine Diodenhai te rung mit Kühlkörpern für die Aufnahme von Diodenelementen mit Druckkontaktanschlüssen, insbesondere für Dioden in Erregersystemen für bürstenlose Wechsel- bzw. Drehstrom-Synchronmaschinen, wenngleich die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.

Bürstenlose Synchronmaschinen arbeiten mit einer oder mehreren Erregermaschinen sowie mit geeigneten Einrichtungen zusammen, um den von den Erregermaschinen gelieferten Wechselstrom als Erreger-Gleichstrom an die Feldwicklung der Hauptmaschine zu liefern. Dazu ist auf einer gemeinsamen Welle, die einerseits die Feldwicklung der Hauptmaschine und andererseits die Ankerwicklung der Erregermaschine bzw. -maschinen trägt, ein umlau-

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iendes, Dioden enthaltendes Gleichrichterrad angeordnet.

Ein solches Gleiohrichterrad weist dabei normalerweise einen ausseren Mantel auf, an dessen Innenfläche eine Anzahl Halbleiterdioden befestigt sind, die elektrisch in einen geeigneten, zwischen dem Anker der Erregermaschine und der Feldwicklung der Hauptmasohine liegenden Erregerkreis (mit Sicherungen und spannungsteilenden Widerständen) geschaltet sind·

Sine Diodenhalterung für bürstenlose Erregermaschinen, wie sie beispielsweise in Verbindung mit Turbinengeneratoren eingesetzt wird , muss den grossen Zentrifugalkräften gewachsen sein, die bei den hohen Drehzahlen von normalerweise 3600 Upm auftreten, Peraer ist zu beaohten, dass für Halbleiterdioden nur innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches eine sichexe Arbeitsweise gewährleistet ist, was einen Aufbau erfordert, der eine Kühlung der Dioden ermöglicht. Die Dioden selbst erfordern Kühlkörper, über die die durch den Betrieb bedingte Wärme abgeführt werden kann, so dass die Dioden innerhalb des sicheren Iemperaturbereich.es arbei-

einen ten können· Ausserdem müssen die Dioden zugänglich sein, um/Austausch und die Möglichkeit einer Reparatur zu gewährleisten. In bisher bekannten Diodenhalterungen bzw. Diodenanordnungen für Erregerkreise von Synchronmaschinen mussten auch jeweils Sicherungen vorgesehen sein, um den Erregerkreis zu schützen, falls eine oder mehrere der Dioden ausfallen und einen Kurzschluss bilden.

In bishex bekannten Diodenanordnungen für Gleiohriohterxäder oder dergleichen wurden langgestreokte, zylindrische Diodenelemente verwendet, deren elektrische Anschlüsse sich von den beiden

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Enden eines solchen Diodenelementes aus in axialer Richtung erstrecken. Der eine der beiden elektrischen Anschlüsse weist ein massives, metallenes Endstück mit einem Gewindestutzen und einem nach Art einer Sechskantmutter ausgebildeten Flansch auf. Das Diodenelement kann dann durch Einschrauben des Gewindestutzens in ein in einem geeigneten Halteelement vorgesehenes Gewindeloch festgelegt werden. Das Diodenelement weist einen Halbleiterabecfaöitfcauf, der in einem durch ein Bindemittel zu-· sammengehaltenen Keramik/iletallgehäuse untergebracht ist, das seinerseits auf der dem Gewindestutzen gegenüberliegenden Seite an das massive Metallendstück angeschweisst ist. Das andere Ende des keramischen Gehäuses ist durch eine den zweiten elektrischen Anschluss bildende Kappe mit einem Leiter abgeschlossen, die durch ein geeignetes Bindemittel mit dem keramischen Gehäuse verbunden ist. Ein solcher Diodenaufbau ist naturgemäss sperrig und hat einen grossen Raumbedarf, während die von der in Betrieb befindlichen Diode erzeugte Wärme nur über deren eines Ende abgeleitet wird.

In jüngerer Zeit sind kleinere und kompaktere, gekapselte Halbleiterbausteine mit flachem Profil entwickelt worden, 1nsbesondere scheiben- oder pillenförmige Diodenelemente mit einander gegenüberliegenden Wärmeableitflächen. Solche Dioden können unter Verwendung von Kühlkörpern und anderen metallenen Befestigungselementen in kompakter Form mit äusseren Schaltkreisen verbunden werden, wobei gleichzeitig eine wirksamere Wärmeabfuhr erfolgt, da die Wärme von beiden Seiten des Diodenelementes mittels beiderseits dieses Elementes angeordneter

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Kühlkörper abgeleitet wird. Dabei lassen sich auch mehrere

dadurch

Dioden bequem elektrisch/in Reihe schalten, dass sie säulenartig übereinander gestapelt werden, wobei die einander zugewandten Kontaktflächen (elektrische Anaohlüsse) einander benachbarter Diodenelemente entweder einander unmittelbar berühren oder aber an einem gemeinsamen, zwischen ihnen angeordneten Kühlkörper angrenzen,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Halterung mit Kühlkörpern für die Aufnahme von als Flachkörper ausgebildeten scheiben- oder pillenförmigen Diodenelementen, die sowohl einen gedrängten Aufbau ermöglicht als auch eine wirksame Wärmeabfuhr gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Diodenhalterung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass jedes Diodenelement federnd zwischen zwei plattenartigen Kühlkörpern angeordnet ist, die an je einer Seite eines Diodenelementes mit elektrischem Kontakt anliegen, und dass zwischen den Kühlkörpern jeweils ein das zugehörige Diodenelement umgebender Distanzkörper angeordnet ist, der die an den beiden Seiten des Diodenelementes anliegenden Kühlkörper elektrisch isoliert gegeneinander abstützt.

Die plattenartigen Kühlkörper können dabei selbst als Federelemente ausgebildet und dann so ausgelegt sein, dass sie in dem plastischen Bereich des Werkstoffes, aus dem sie hergestellt sind, arbeiten, so dass die Kühlkörper dick genug sein können, um eine ausreichende Wärmeabfuhr und eine gute elektrische

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Leitfähigkeit zu gewährleisten, gleichzeitig aber im Hinblick auf eine wirtschaftliche und zuverlässige Fertigung der erfindungsgemässen Diodenhalterung mit den Kühlkörpern innerhalb vertretbar enger Herstellungstoleranzen eine genügend grosse Ausbiegung zugelassen wird, Wenn die erfindungsgemässe Halterung zusammen mit den Dioden an umlaufenden Teilen befestigt werden soll, so sind Federkennwerte vorgesehen, so dass einmal bei Stillstand der Maschine ein ausreichender Anpressdruck erzeugt wird, bei dem beispielsweise auch die Durchführung von Messungen möglich ist, zum anderen bei laufender Maschine von der federnden Masse, die durch die bei Drehung der Maschine auftretende Zentrifugalkraft an dem Diodenelement angreift, ein optimaler Betriebsdruck ausgeübt wird.

Da die Dioden sich auf einfache Weise räumlich und elektrisch hintereinanderschalten lassen, können zum Schutz der Schaltung dienende Sicherungen entfallen, da die in Reihe geschalteten Dioden selbst insofern als Schutzeinrichtung für die Schaltung wirken, als bei Kurzschluss einer Diode andere Dioden weiterhin eine gleichrichtende Funktion ausüben.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen j

Fig. 1 schematisch die räumliche Zuordnung eines bürstenlosen erregten Synchrongenerators, des zugehörigen Erregersatzes sowie einer damit umlaufenden Diodenanordnung zueinander;

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Pig. 2 schematisch die elektrische Schaltung der mit Pig.1 veranschaulichten Elemente;

Pig· 3 einen axialen Teilschnitt durch ein Gleichrichterrad, das mit federnde Kühlkörper aufweisenden Diodenhalterungen nach der Erfindung versehen

ist; und

_Ä Pig· 4 eine Seitenansicht ähnlich Pig· 3 gemäss einem

etwas abgewandelten Ausführungsbeispiel der

Erfindung _e

Im einzelnen zeigt Pig» 1 schematisch eine allgemein mit 10 bezeichnete Anlage zur Erzeugung von Wechsel- bzw. Drehstromenergie. Die Anlage 10 umfasst eine Hilfserregermaschine 11, eine Wechselstrom-Haupterregermaschine 12, eine umlaufende Diodenanordnung 13 sowie einen Hauptgenerator 14· Eine Welle 15, die entweder einen unmittelbaren Bestandteil der Generatorwel-A Ie bildet oder aber mit dieser direkt verbunden ist, treibt die Hilfserregermaschine 11 und die Haupterregermaschine 12 bei Drehung durch eine geeignete mechanische Antriebsquelle unter Mitnahme der umlaufenden Diodenanordnung 13 an, so dass die Anlage 10 durch die Hilfserregermaschine 11 und die Haupterregermaschine 12 selbst erregt und mit der notwendigen PeIdenergie versorgt wird.

Die Haupterregermaschine 12 bezieht ihre Peldenergie von der Hilfserregermaschine 11 und liefert ihrerseits die notwendige Peldenergie über die Diodenanordnung 13 an den Haupt gener a-

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tor 14.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist die Wechselstrom-Haupterregermaschine 12 eine dreiphasige (von der Welle 15 getragene) Ankerwicklung 16 sowie eine stationäre Feldwicklung 17 auf, die von einer geeigneten Gleichstromquelle, beispielsweise der Hilfserregermaschine 11, erregt wird. Der Hauptgenerator 14 weist eine stationäre dreiphasige Wicklung 18 sowie eine umlaufende Feldwicklung 19 auf, die von der Welle 15 getragen wird.

Im Betriebszustand wird die Feldwicklung 19 des Generators von der Diodenanordnung 13 mit Gleichstrom gespeist, die eine Anzahl Diodenelemente 20 (sowie spannungsteilende Widerstände 21) aufweist, die von dem von der Haupterregermaschine 12 erzeugten dreiphasigen Wechselstrom durchflossen werden und diesen gleichrichten. Auf diese Weise kann der Erregergleichstrom ohne Verwendung eines Kommutators oder von Schleifringen sowie damit zusammenwirkenden Bürsten zu der Feldwicklung des Hauptgenerators 14 gelangen.

Mit den Fig. 3 und 4 sind bevorzugte Ausführungsformen der Diodenanordnung 13 wiedergegeben, die ein umlaufendes Gleichrichterrad 25 aufweisen, das auf der Welle 15 sitzt.

Das Gleichriohterrad 25 hat ein Nabenteil 26, das über eine radial ausgerichtete scheibenförmige Platte 27 mit einem ringförmigen Flansch 28 in Verbindung steht, an dem die Dioden sowie die zugehörige nachstehend beschriebene Befestigungs—

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anordnung für die Dioden 20 angebracht sind. Der ringförmige Flansch 28 kann in Umfangsrichtung als Verbindungsleitung für die Dioden bzw. Widerstände (vgl. Fig. 2) oder after auch lediglich zur Abstützung der Befestigungsanordnung für die Diodenelemente dienen. Mir die nachstehende Beschreibung reicht es aus, auf den in Fig. 3 wiedergegebenen linken Abschnitt des Rades im einzelnen einzugehen, so dass ein entsprechender, dem Gleichrichterrad 25 benachbarter Radabschnitt 25' auch nur teilweise wiedergegeben ist. Der rechte Radabschnitt 25' weist an sich jedoch im wesentlichen denselben Aufbau und dieselben Elemente wie das links angeordnete Rad 25 auf.

Das Rad 25 ist mit seinem Nabenteil 26 in herkömmlicher Weise mit Hilfe einer Nut/Feder-Verbindung (nicht dargestellt) oder dergleichen im Verhältnis zu der Welle 15 festgelegt, von dieser jedoch durch ein Isolierrohr 29 elektrisch getrennt.

Die Haupterregermaschine 12 ist mit der Diodenanordnung 13 über Phasenleiter 31 (von denen nur einer gezeigt ,ist) verbunden, die sich längs der Welle 15 erstrecken und an dieser mittels Stützringen 32 befestigt sind, die mehrere solcher Phasenleiter 31 über den Umfang der Welle verteilt haltern. Die einzelnen Phasenleiter 31 sind durch die Stützringe 32 so geführt, dass sie sich bequem mit starren Leitern 34 verbinden lassen, die mit ihrem äusseren Ende an der Innenseite des ringförmigen Flansches befestigt sind und sich von dort aus nach radial innen erstrecken. Das äussere, an dem Flansch 28 befestigte Ende des starren Leiters 34 ist von dem Flansch 28 durch eine iso-

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lierende Zwischenschicht 35 elektrisch getrennt. Der starre Leiter 34 ist auf gegenüberliegenden Seiten mit Vorsprüngen versehen, die für den Anschluss der Dioden in der nachstehend beschriebenen Weise dienen.

Die Darstellung der Pig. 3 lässt zwei an dem Plansch 28 des Gleichrichterrades 25 befestigte Diodensäulen 40 und 41 erkennen, die mit nachgiebigen bzw. federnden Kühlkörpern ausgestattet sind, deren Aufbau nachstehend erläutert wird. Die beiden' Säulen 40 und 41 sind auf gegenüberliegenden Seiten des starren Leiters 34 angeordnet, wie das in der Zeichnung gezeigt ist, und ausserdem sind weitere solche Säulen 40 bzw. 41 in Umfangsrichtung im Abstand voneinander an der Innenseite des Flansches 28 in ähnlicher Weise wie die Säulen 40, 41 angebracht, die jeweils eine ringförmige Gruppe bilden. Die linke Säule 40 ist in Pig. 3 im Querschnitt gezeigt, so dass die Diodenelemente 20 in Seitenansicht sichtbar sind.

Die Diodensäule 40 ist repräsentativ für die anderen an dem Gleichrichterrad 25 bzw. dem rechten Radabschnitt 25' angebrachten Säulen, so dass nur die Säule 40 im einzelnen beschrieben wird. Bei dem mit Pig. 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind in jeder Säule zwei als Plachkörper ausgebildete Diodenelemente 20 untergebracht, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 3 wird das nachgiebige bzw. federnde Verhalten der Diodensäulen dadurch erreicht,

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dass je Säule mindestens zwei nachgiebige bzw· federnde Kühlkörper 43, 44 in Verbindung mit zwei starren Kühlkörpern 46 vorgesehen sind. Der obere starre Kühlkörper 46 liegt zwischen dem Flansch 28 und dem oberen Diodenelement 20 j der untere starre Kühlkörper 46 liegt dagegen zwischen dem unteren Diodenelement 20 und dem nachgiebigen Kühlkörper 43, der mit seiner dem starren Kühlkörper 46 abgewandten Seite an das obere Diodenelement 20 angrenzt. Den Abschluss der Säule 40 bildet (unter der Voraussetzung, dass es sich angenommenermassen um eine Säule mit zwei Diodenelementen 20 handelt) der federnde Kühlkörper 44, der an dem unteren Diodenelement 20 anliegt und mit diesem in elektrischer Verbindung steht· Zwischen dem Kühlkörper 43 und dem unteren starren Kühlkörper 46 iet eine metallene Distanzscheibe 42 angeordnet·

Die federnden Eigenschaften werden dem Kühlkörper 44 durch einen ringförmigen, sohmalen Federbereich 45 verliehen, der in dem Kühlkörper 44 vorgesehen ist· Der Federbereich 45 geht an seinem radial inneren Ende in einen verdickten mittleren Bereich 45a, an seinem radial äusseren Ende dagegen in einen Aussenbereioh 45b mit in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlrippen über, so dass eine gute Halterung der Diodenelemente 20 einerseits und andererseits die gewünschte Kühlung gewährleistet sind.

Zwischen den beiderseits eines Diodenelementes 20 angrenzenden Kühlkörpern 43, 46 bzw, 44, 46 sind jeweils hitzebeständige Distanzringe aus Isolierwerkstoff angeordnet, die in derselben

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Ebene wie die an die Kühlkörper angrenzenden Diodenelemente liegen. Durch die Distanzringe 47 werden die jeweils ein Diodenelement 20 ein3ohliessenden Kühlkörperpaare 43, 46 bzw. 44, 46 unter gleichzeitiger elektrischer Isolierung mechanisch gegeneinander abgestützt.

Die Kühlkörper 43, 44 und 46 und die Distanzringe 47 werden durch geeignete Elemente wie Schrauben (nicht dargestellt) zusammengehalten, die sich in Längsrichtung durch die Säulen 40, 41 hindurch erstrecken. Die Befestigung der Säulen 40, 41 an dem Flansch 28 kann in ähnlicher Weise mittels Schrauben 48 erfolgen, die durch (nicht dargestellte) Bohrungen in den Kühlkörpern bzw. den Distanzringen geführt und in entsprechende Gewindelöcher des Flansches 28 eingeschraubt sind. Bei Verwendung von metallenen Schrauben müssen die Schrauben durch geeignete, sie umgebende Hülsen isolxert sein, um einen Kurzschluss der Kühlkörper über die Diodenelemente 20 hinweg zu verhindern.

Die Kühlkörper 43, 44 und 46 grenzen an die gegenüberliegenden ebenen Aussenflächen der Diodenelemente 20 in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise an und stehen damit gleichzeitig in elektrischer Verbindung. Die ebenen Aussenflächen der Diodenelemente 20 sind aus Metall hergestellt und bilden die Anschlüsse der Diodenelemente 20, mit denen die Diodenelemente 20 unter der Einwirkung der federnden Kühlkörper 43 bzw. 44 an die ebenen Kontaktflächen der Kühlkörper 46 angedrückt werden.

Der Fedex -reich des Kühlkörpers 44 (und entsprechend der Feder-

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bereich des Kühlkörpers 43) ist so ausgestaltet, dass auf die Diodenelemente 20 auch bei Stillstand des Gleiohrichterrades 25 ein Druck ausgeübt wird, der ausreicht, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten, wenn die Maschine geprüft werden soll oder dies aus anderen Gründen notwendig ist. Bei Drehung des Gleichrichterrades 25 wird der notwendige Anpressdruck gegen die Diodenelemente 20 dadurch erhalten, dass die federnde Masse unter der Einwirkung der bei der Drehung auftretenden Zentrifugalkräfte gegen die Diodenelemente 20 und den Plansch 28 drückt. Die Federmasse ist dabei jedoch so dimensioniert, dass die Diodenelemente 20 bei Drehung des Rades 25 dadurch nicht überbeansprucht werden·

Im Hinblick auf eine bequeme und wirtschaftliche Herstellung und Montage haben die federnden Kühlkörper 43 und 44 ein breites, verhältnismässig flaches Durchbiegeverhalten. Das wird dadurch erreicht, dass das federnde Material für die Kühlkörper im plastischen Bereich verwendet wird. Jedoch sind die Kühlkörper in der Lage, auf die Diodenelemente 20 elastisch in der oben erläuterten Weise einen stationären oder statischen Druck auszuüben.

Die starren Kühlkörper 46 der Pig. 3 sind als verhältnismässig dicke, massive Bauteile wiedergegeben, denen die schmalen, als Federn wirkenden Bereiche 45 der federnden Kühlkörper 43, 44 fehlen. Je nach Auslegung der Maschine und je nach dem Grad der gewünschten Nachgiebigkeit können auch alle vier Kühlkörper einen federnden Aufbau haben, oder aber die Reihenfolge der federn-

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den und starren Kühlkörper kann vertauscht werden.

Der obere, in Fig. 3 also am weitesten radial aussen liegende Kühlkörper 46 grenzt an eine äussere Metallplatte 49 an, die sich an der Innenseite des Flansches 28 befindet und mit dem Kühlkörper 46 in elektrischem Kontakt steht. Der untere federnde Kühlkörper 44 ist mit dem starren Leiter 34 über eine innere Metallplatte 50 elektrisch verbunden, die an deJa Kühlkörper 44 mittels der Schrauben 48 befestigt ist. Die innere Metallplatte 50 geht in einen seitlichen Fortsatz 51 über, der an dem linken seitlichen Vorsprung 36 des starren Leiters 34 befestigt ist. Statt in der beschriebenen Weise kann der Kühlkörper 44 jedoch auch anders mit dem Leiter 34 verbunden sein.

den Damit ein ausreichend grosser Krieohweg zwischen/Köpfen bzw.

• den zugehörigen Unterlegscheiben der Schrauben 48 und der inneren Metallplatte 50 sichergestellt wird, ist dazwischen eine verhältnismässig starke Isolierscheibe 52 angeordnete

Wie mit Fig. 2 schematisch gezeigt, bilden die Diodenelemente 20 sechs Gruppen, von denen jeweils zwei einer Phase zugeordnet sind und wobei jede Gruppe zwei in Reihe geschaltete Diodenelemente enthält. Die äusseren Anschlüsse der einzelnen Phasenwioklungen der Ankerwicklung 16 stehen mit dem einen Ende der Feldwicklung 19 jeweils über eine in der einen Richtung durchlässige Diodengruppe, mit dem anderen Ende der umlaufenden Feldwicklung 19 dagegen über eine in der entgegengesetzten Richtung durchlässige Diodengruppe in Verbindung. Die Phasenspannungen werden mit Hilfe der spannungsteilenden

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Widerstände 21 jeweils gleichmässig auf zwei Diodengruppen verteilt, wobei die in Reihe geschalteten Diodenelemente 20 und die zugehörigen spannungsteilenden Widerstände 21 jeweils mit ihren einen Enden an einen gemeinsamen Verbindungspunkt 34' angeschlossen sind, der jeweils unmittelbar mit den Ausgangsklemmen der drei Phasenwicklungen der Ankerwicklung 16 elektrisch in Verbindung steht.

In Fig. 3 und 4 entspricht diesem Verbindungspunkt 34' der starre Leiter 34* Mittels dieses Leiters 34 ist die linke Diodensäule 40 des Erregerstromkreises über eine leitende Verbindung zwischen dem seitlichen Fortsatz 51 der inneren Metallplatte 50 und dem Phasenleiter 31 angeschlossen. Die zwei (oder mehr) Diodenelemente 20 einer Säule 40 bzw· 41 entsprechen den beiden in Fig. 2 sohematisch gezeigten Diodenelementen 20. Die praktisch je Phase bzw. in der gesamten Diodenanordnung 13 verwendete Anzahl Diodenelemente hängt von der Grosse und Bauart der Anlage 10, in der die Anordnung eingesetzt werden soll, sowie von anderen von dem elektrischen bzw· mechanischen Teil der Anlage zu erfüllenden Bedingungen ab.

Sieht man die obere linke Diodengruppe der Pig. 2 als repräsentativ für die Diodensäule 40 an, so entspricht analog die untere linke Diodengruppe einer Diodenaäule 40*, die an dem rechten Radial abs ohnitt 25' angebracht und in Pig· 3 nur teilweise wiedergegeben ist. Die Diodensäule 40* ist mit der Säule 40 über den starren Leiter 34 sowie einen axialen stabförmigen Leiter 53 elektrisch verbunden, wobei der stabförmige

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Leiter 53 einerseits an das obere Ende des Leiters 34_f andererseits in geeigneter Weise an die Diodensäule 40' angeschlossen ist.

Als gemeinsame Verbindung sswischen den Diodensäulen der verschiedenen Phasengruppen dient unmittelbar der Flansch 28 des Gleichrichterrades 25» wie das in Fig. 2 schematisch mit der Leitung 28' angedeutet ist. Somit ist die linke Säule 40 (Fig. 3) in der dargestellten Weise über den ringförmigen Flansch 28 mit der rechten Säule 41 verbunden. Das andere (untere) Ende der Säule 41 ist an eine weitere, entsprechende Diodensäule (nicht dargestellt), die an dem rechten Radabschnitt 25' angebracht ist, über einen weiteren, nach radial innen gerichteten starren Leiter sowie einen weiteren axialen stabförmigen Leiter angeschlossen, wie das zuvor in Verbindung mit den Diodensäulen 40 und 40' erläutert wurde. Auf diese Weise sind die Diodensäulen über die Innenfläche des ringförmigen Flansches 28 miteinander verbunden, während ihnen der Strom von den einzelnen Phasenwicklungen der Ankerwicklung 16 über die Phasenleiter 31 zugeführt wird,

Fig. 4 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Fig. 3, wobei gleiche Elemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Pig. 4 weisen die federnden Kühlkörper jeweils eine Reihe von schüssel- oder tassenförmigen Federplatten 55 auf, die zu einzelnen Stapeln zusammengefasst und dabei voneinander durch längs ihrem äusseren Rande verlaufende me+allene Distanzscheiben 57 getrennt sind. Die Feder-

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platten 55 sind in einem mittleren Bereich 56 napfförmig aufeinanderzu gebogen.

Die starren Kühlkörper sind in Fig. 4 von einer Reihe ebener Metallplatten 60 gebildet, die ebenfalls stapeiförmig zusammengefasst und dabei durch mittlere Distanzscheiben 61 sowie äussere_; längs des Umfangs der Scheiben 60 verlaufende Distanzringe 62 voneinander getrennt sind.

Die jeweils stapeiförmig zusammengefassten Gruppen von tassenförmigen Federplatten 55 einerseits und ebenen Metallscheiben andererseits sind elektrisch isoliert mittels hitzebeständiger Isolierstücke 47 bzw. einer Distanzscheibe 42 voneinander getrennt, so dass ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 vier Kühlkörpereinheiten entstehen.

Die vier Kühlkörpereinheiten der Fig. 4 stehen mit den unteren Flächen der als Flachkörper ausgebildeten Diodenelemente 20 über mittlere Metallscheiben 63, mit den oberen Bagrenzungsflachen der Diodenelemente 20 dagegen über weitere Metallscheiben 64 von grösserem Durchmesser in mechanischem und elektrischem Kontakt. Die gesamte Anordnung kann wieder in ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 duroh Schrauben 48 zusammengehalten und an dem Flansch 28 befestigt sein.

Die mit Fig. 4 veranschaulichten Diodensäulen sind Bestandteil einer elektrischen Diodenschaltung mit einem Aufbau, wie er weiter oben in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wurde. In ähn-

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licher Weise sind auch die Federkonstanten der Federplatten 55 so gewählt, dass auf die als Anschlüsse wirkenden Begrenzungsflächen der Diodenelemente 20 sowohl bei Stillstand als auch bei Drehung ein kontinuierlicher Druck ausgeübt wird.

Die Erfindung lehrb somit eine neue Anordnung zur Halterung von Diodenelementen unter Druck für umlaufende bürstenlose Erregermaschinen und für stationäre Anwendungszwecke. Diese Anordnung weist als Flachkörper ausgebildete Dioden auf, die zwischen nachgiebigen bzw. federnden Kühlkörpern angeordnet sind, die auf die Anschlussflächen der Diodenelemente einen geeigneten Druck ausüben, so dass sowohl ein guter thermischer als auch ein guter elektrischer Kontakt gewährleistet ist. Auf diese Weise wird eine wirksamere Wärmeabfuhr als bisher erzielt, weil die Wärme gleichzeitig von beiden Seiten der Diode abgeleitet wird, und ausserdem lassen sich die Diodenelemente über die mit den ebenen Kontaktflächen der Diodenelemente in Verbindung stehenden Kühlkörper bequem in äussere Stromkreise und elektrisch in Reihe mit weiteren Dioden schalten. Es sind keine Sicherungen erforderlich, um die Erregerkreise bei Kurzschluss von Diodenelementen zu schützen, da auch dann weitere nicht kurzgeschlossene Dioden, die mit einer solchen kurzgeschlossenen Diode in Reihe liegen, noch wirksam bleiben.

Patentansprüche : 109849/U31

Claims

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Patentansprüche

1J Diodenhalterung mit Kühlkörpern für die Aufnahme von Ls

Diodenelementen mit Druckkontaktanschlüssen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Diodenelement (20) federnd zwischen zwei plattenartigen Kühlkörpern (43, 46} 44, 46; 55, 60) angeordnet ist, die an je einer Seite eines Diodenelementes (20) mit elektrischem Kontakt anliegen, und dass zwischen den Kühlkörpern (43, 46} 44, 46} 55, 60) jeweils ein das zugehörige Diodenelement (20) umgebender Distanzkörper (47) angeordnet ist, der die an den beiden Seiten des Diodenelementes (20) anliegenden Kühlkörper (43, 46; 44, 46; 55, 60) elektrisch isoliert gegeneinander abstützt·
2. Diodenhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur einer (43; 44; 55) der Kühlkörper (43, 46; 44, 46; 55, 60) federnd ausgebildet ist.
3· Diodenhalterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (56) wenigstens der Kühlkörper (55) schüssel- oder tassenförmig ausgebildet ist·
4· Diodenhalterung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kühlkörper (43, 46} 44» 46; 55₁ 60), die Distanzkörper (47) sowie die Diodenelemente (20) jeweils mit Hilfe von Sohrauben (48) zu einer Diodenhalterung zusammengefasst und damit gleichzeitig an einer Stützfläche befestigt sind.

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5. Diodenhalt erung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (43, 46; 44, 46; 55, 60) mit durchgehenden, im Verhältnis zueinander ausgerichteten öffnungen für die Aufnahme der Schrauben (48) versehen sind·
6· Diodenhai terung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die federnd ausgebildeten Kühlkörper (43; 44; 55) ein Durohbiegeverhalten haben, so dass sie auf die Diodenelemente (20) einen ausreichend gross en Druck ausüben können, gleichzeitig aber einen Ausbiegebereich haben, der eine wirtschaftliche und zuverlässige Herstellung der Diodenhalterung mit den Kühlkörpern ermöglicht.
7· Diodenhaiterung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Kühlkörper zusammen mit den Diodenelementen (20) säulenartig übereinander angeordnet sind und dass dabei wenigstens zwei Diodenelemente (20) über Kühlkörper (46, 43| 60, 55)'elektrisch in Reihe geschaltet sind·
8· Diodennalterung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass sie an dem Flansch (28) eines umlaufenden Gleichriohterrades (25| 25*) angebracht ist·
9· Diodenhalterung nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde Kühlkörper (43; 44; 55) im Verhältnis su dem korrespondierenden starren Kühlkörper (46; 60) koaxial angeordnet ist·

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10. Diodenhalterung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass der federnd auegebildete Kühlkörper (43} 44; 55) eine federnde Masse aufweist, die auf die Diodenelemente (20) bei Stilletand des Glelohrichterrades (25; 25') zu Prüfzwecken oder dergleichen einen ausreichend grossen statischen Druck, bei Drehung des Gleiohrichterrades (25? 25¹) im Betriebszustand dagegen einen optimalen Druck ausübt.
11. Diodenhalterung nach Anspruch 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass sie an dem ringförmigen Plansch (28) zusammen mit einer Reihe weiterer gleichartiger Diodengruppen (20) befestigt ist, die in Umfangsriehtung des Flansches (28) zwischen sich jeweils einen Abstand aufweisen·
12. Diodenhalterung nach Anspruch 11, bei der die Diodenelemente und die zugehörigen Kühlkörper gruppenweise jeweils zu Säulen mit einer Anzahl federnd ausgebildeter Kühlkörper, die in mechanischem und elektrischem Kontakt mit den Diodenelementen stehen, zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenelemente (20) einer Säule (40} 41; 40') mit den Diodenelementen (20) einer weiteren Säule (41; 40 Ί 40) elektrisch laiteinander durch starre, in radialer bzw. axialer Richtung des Öleichrichterrades (25; 25') verlaufende Verbindungselemente (36, 53) verbunden sind.

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13. Diodenhalterung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenelemente (20) als scheibenförmige Flachkörper ausgebildet sind.

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