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Verfahren zur Herstellung von Kühlkörpern und Kühlkörper
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für Gleichrichterdioden bei elektrischen Maschinen Stand der Technik
folie Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Kühlkörpern für
Gleichrichterdioden bei elektrischen Maschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs
bzw.
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von einem Kühlkörper für Gleichrichterdioden nach der Gattung des
ersten Vorrichtungsanspruchs. Die Verwendung von Kühlkörpern bei Gleichrichterdioden
von elektrischen Maschinen ist besonders bekannt bei Drehstromgeneratoren, die für
mobile Einheiten, beispielsweise Kraftfahrzeuge, Bahnen u. dgl. geeignet sind. Ein
solcher Drehstromgenerator umfaßt üblicherweise eine dreiphasige Ständerwicklung
als feststehenden Letungsteil sowie einen Anker,
auf dessen Welle
die Magnetpole mit Erregerwicklung sowie bei der überwiegenden Zahl der Ausführungen
zwei Schleifringe sitzen. Da die Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs oder einer
sonstigen beweglichen Einheit üblicherweise und hauptsächlich wegen der vorhandenen
Batterie Gleichstrom ist, muß der in der Ständerwicklung des Drehstromgenerators
erzeugte dreiphasige Wechselstrom gleichgerichtet werden, was mit Hilfe der erwähnten
Gleichrichterdioden geschieht.
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Es sind normalerweise sechs Leistungsdioden vorgesehen sowie gegebenenfalls
für die Erzeugung des Erregerstroms drei separate Erregerdioden. Jede der sechs
Leistungsdioden kann bei sehr hohem Strombedarf auch aus der Parallelschaltung einer
gewünschten Anzahl von dann identisch geschalteten Dioden bestehen. Die sechs Leistungsdioden
sind in drei sogenannte Minusdioden und drei Plusdioden unterteilt, die jeweils
mit ihrer Kathode bzw.
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ihrer Anode an den zugeordneten Stromschienen liegen, die sich so
in eine Minusstromschiene und in eine Plusstromschiene unterteilen lassen. Den beiden
noch freien Anschlüssen jeweils einer Minus- und einer Plusdiode - der andere Anschluß
kann üblicherweise über das Gehäuse der Diode mit einem zugeordneten Kühlelement
verbunden sein -wird dann die von jeweils einer Phase der Ständerwicklung kommende
Wechselspannung zur Gleichrichtung zugeführt.
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Da die verwendeten Gleichrichterdioden Halbleiterdioden sind, dürfen
diese nur bis zu bestimmten Temperaturen erwärmt werden und entstehende Verlustwärme
der Gleichrichterdioden muß mit Sicherheit abgeführt werden, damit diese sich nicht
über eine vorgegebene Temperatur erwärmen. Zu
diesem Zweck sind
den Gleichrichterdioden sogenannte Kühlkörper zugeordnet, mit denen die Dioden großflächig
verbunden sein können. Dabei können die Kühlkörper so ausgelegt sein, daß sie die
Gleichrichterdioden aufnehmen und gleichzeitig lagern, wobei bei bekannten Gleichrichtersystemen
zwei oder drei Kühlbleche vorgesehen sind. Bei größeren Drehstromgeneratoren kann
auch ein aus drei Kühlkörpern bestehendes Gleichrichtersystem vorgesehen sein. Es
ist üblich, die einzelnen Ventile mit dem Kühlkörper durch Einpressen, Einlöten
oder Andrücken zu verbinden, wobei im Betrieb die anfallende Verlustwärme über dieses
Kühlblech an die Umgebungsluft abgeführt wird, die an den Kühlkörpern unter der
Wirkung eines dem Drehstromgenerator zugeordneten Ventilatorrads entlangfließt.
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In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Kühlkörper senkrecht zur
Strömungsrichtung bzw. zur Generatorwelle einzubauen, dieser senkrechte Einbau ist
jedoch für die Wärmeabfuhr ungünstig. Außerdem ergibt sich zwar durch den Einsatz
bekannter verrippter, massiver Metallteile als Kühlkörper eine ausreichende Kühlung,
das Ausgangsmaterial ist jedoch sowohl in der Herstellung als auch bezüglich der
arbeitsintensiven Montage zu teuer.
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Es besteht demnach Bedarf nach einem kostengünstigen, einfach herzustellenden
und einfach zu montierenden Kühlkörper für ein Gleichrichtersystem bei Drehstromgeneratoren,
welches gleichzeitig eine wirksame Kühlung sicherstellt.
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Vorteile der Erfindung Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung
von Kühlkörpern für Gleichrichterdioden mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
bzw. dem nach diesem Verfahren hergestellten Kühlkörper mit den kennzeichnenden
Merkmalen des ersten Vorrichtungsanspruchs ergibt sich der Vorteil, daß die die
Kühlkörper bildenden Ausgangsblechkonturen kostengünstig und praktisch ohne jeden
Ausschuß aus Blechlängsstreifen gestanzt werden können. In diesem Zusammenhang ist
auch die Weiterverarbeitung der gewonnenen, sofort mit den Kühlrippen in gewünschter
Ausführungsform versehenen Kühlblechkonturen unkompliziert und ihr Einbau in einen
Drehstromgenerator bzw. ihr Anbau an das Lagerschild eines Drehstromgenerators quer
zur Generatorwelle kühltechnisch hochwirksam und kostengünstig.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft
ist, daß die aus gestanztem Blech bestehenden Rippenkühlkörper mit einem Rahmen
umgeben sein können, der die Rippenkühlkörper lagert, seinerseits an einem tragenden
Teil, beispielsweise dem Lagerschild des Drehstromgenerators gelagert ist und die
einströmende Kühlluft direkt an den Rippen vorbeiführt.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
die Figuren 1a und lb Möglichkeiten
für die Herstellung von Kühlblech-Ausgangskonturen
aus Blechlängsstreifen,ohne daß bei dem Stanzvorgang ein nennenswerter Verschnitt
auftritt, die Figuren 2a bis 2f Grundformen von Rippenkühlkörpern, die durch Stanzen
von Blechstreifen gebildet sind, die Figuren 3a bis 3d mögliche Ausführungsformen
der Rippenkühlkörper-Grundformen, die zusätzlich gekröpft und/oder gebogen sind,
und die Figuren 4a bis 7b schließlich Einbaumöglichkeiten der Rippenkühlkörper-Grundformen
im Bereich des Lagerschildes von Drehstromgeneratoren zur Bildung kompletter Gleichrichtersysteme.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der Grundgedanke vorliegender
Erfindung besteht darin, daß man durch sinnreiches Stanzen von Blechlängsstreifen
oder slechausgangsteilc beliebiger Form mit Rippen einstückig versehene Kühlbleche
herstellen kann, die mit mindestens einer, vorzugsweise aber zwei oder drei Dioden
versehen im Bereich bester Kühlluftdurchströmung eines Drehstromgenerators angeordnet
werden können.
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Dabei ist es möglich, unter Verwendung eines zusätzlichen Rahmens
zwei solcher Kühlbleche in Achsrichtung hintereinander anzuordnen oder, was eine
noch bessere Kühlung der Gleichrichterdioden bewirkt, die Rippenkühlkörper kreisringförmig,
auf jeden Fall aber in einer Ebene nebeneinander anzuordnen.
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Die Figuren la und 1'2 zeigen zunächst das Grundprinzip, nach welchem
aus »X>sgangsb1¢chstreifen 1a bzw. 1b beliebige
Formen von
sofort mit Rippen versehenen Blechkühikörpern hergestellt werden können. So können
beispielsweise aus dem Längsblechstreifen 1a der Fig. 1a durch einfaches Stanzen
längs der vorgegebenen Stanzlinien 2a, 2b, 2c, 2d jeweils Kühlblechausgangskonturen
3, 4, 5 ... gewonnen werden, die unter sich völlig gleich sind und bei denen, wie
ohne weiteres einzusehen, die beispielsweise zur Bildung der Einzelrippen 3a einer
ersten KUhlblech-Ausgangskontur 3 zwischen diesen Rippen zu entfernenden Materialstreifen
4a sofort wieder die Kühlrippen der nächsten, sich anschließenden Kühlblech-Ausgangskontur
4 darstellen.
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Es versteht sich, daß dieses Grundprinzip des integralen Ausstanzens
von Rippenkühlblechen, die jeweils aus einem mittleren, nicht unterbrochenen Hauptkörper
3b, 4b ... und beidseitig oder auch nur einseitig einstückig an diesem Hauptkörper
angeordneten Rippen 3a, 3c; 4a, 4c bestehen, bei beliebigen anderen äußeren Formen
ebenfalls realisiert werden können, wie die Darstellung der Fig. 1b zeigt. Die Fig.
lb zeigt auch, daß in gleicher Weise wie bei Kühlblech-Ausgangskonturen mit beidseitig
angesetzten Rippen diese Rippen auch nur auf einer Seite angeordnet werden können,
ohne daß sich hierdurch etwa ein zusätzlicher Verschnitt ergibt. Es ist dann lediglich
so, daß sich rippenförmig verlaufende Stanzlinien 7 mit geradlinig oder stetig gekrümmten
Stanzlinien 8 abwechseln; stets sind aber die Rippen, die zu einer gegebenen Kühlblech-Ausgangskontur
gehören, die Teile, die eigentlich zwischen den Rippen einer nächsten Künlblech-Ausgangskontur
herausgestanzt werden müßten.
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Nach diesem Grundprinzip der Herstellung von Rippenkühlblechen
durch
einen Stanzvorgang in der beschriebenen Weise lassen sich dann eine Vielzahl von
möglichen Rippenkühlkörper- Grundformen herstellen, wie die Figuren 2a bis 2f im
einzelnen zeigen. So läßt sich der Fig. 2a ein erster Rippenkühlkörper 9 entnehmen,
der über ein mittleres, durchgehendes Materialteil 10 und über beidseitig angesetzte
Rippen 11a, 11b verfügt. Der gesamte Rippenkühlkörper 9 ist eben und verfügt über
Rippen 11a, leib, die sich in der Ebene des Hauptkörpers 10 befinden.
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Die in Fig. 2b dargestellte Variante eines Rippenkühlkörpers 9', die
ebenfalls über einen geraden Hauptteil 10' verfügt, weist lediglich einseitig Rippen
11a' auf. Der nicht von den Rippen durchsetzte Hauptteil 10, 10' sämtlicher Rippenkühlkörpervarianten,
wie sie auch im folgenden noch gezeigt werden, kann der Befestigung von einem oder
mehreren Dioden dienen, die dann in üblicher Weise mit ihrem Hauptkörper in Aufnahmebohrungen
eingesetzt oder flächig an die Hauptteile angesetzt sind.
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Der in den Figuren 2c und 2d gezeigte Rippenkühlkörper 12, 12' ist
gebildet aus einem ebenen, aber gewinkelten Teil, bestehend jeweils aus einem Hauptkörper
13, 13' in der Winkelform und aus beidseitig angesetzten, ebenfalls ebenen, also
nicht gekröpften oder gebogenen Rippen 14a, 14b bzw. 14a', 14b'. Zum Unterschied
zu den Rippen 14a, 14b der Ausführungsform der Fig. 2c verlaufen jedoch die Rippen
bei der Ausführungsform er Fig. 2d nicht parallel zur Seitenkante, sondern senkrecht
zur Mittellinie 15 des gewinkelten Hauptteils 13#. 5 versteht sich aber, daß auch
bei diese husfith ungsform die Rippen auch nur einseialg angesetzt sein tOnrqn;
die allgemeine Winkelform
kann dann bevorzugt sein, genauso wie
beispielsweise die in Fig. lb dargestellte Kreissegmentform, wenn, insbesondere
bei größeren Rippenkühlkörperformen, der kreisfönmigen Kontur eines Lagerschildes
des Drehstromgenerators gefolgt werden muß.
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Dementsprechend zeigen die Figuren 2e und 2f als letztes schließlich
noch Rippenkühlkörper-Grundformen 16 und 17, die eben, jedoch kreisförmig verlaufen.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 2e ist der Rippenkühlkörper 16 gebildet
von einem ebenen, exzentrisch kreisförmigen Teil, bestehend aus einem Hauptteil
17 mit beidseitig angesetzten Rippen. Die Rippenteilung kann radial sein, wie bei
18 angedeutet, oder parallel, also parallel zu einer Seitenkante, wie bei 19 angedeutet.
Es ist auch möglich, daß die Kühlrippen nur einseitig angesetzt sind; auf jeden
Fall sind sie wie bei sämtlichen Ausführungsbeispielen durch einen einzigen Stanzvorgang
als mit dem Hauptteil einstückig verbundene Ansätze oder Erstreckungen ausgebildet.
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Der Rippenkühlkörper 17'der Ausführungsform der Fig. 2f besteht aus
einem ebenen, konzentrisch teilkreisförmigen Teil, wobei auch hier die Rippen wieder
radial oder parallel geteilt werden können; sie sind nicht mehr im einzelnen dargestellt,
sondern lediglich noch durch eine unterbrochene Linienführung 20 angedeutet. Soweit
gewünscht können die Rippen auch nur auf einer Seite, also innen oder außen angeordnet
sein.
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Bei sämtlichen bisher dargestellten Ausführungsformen erstrecken
sich
die Rippen in der Hauptebene des Hauptteils; die Figuren 3a bis 3d zeigen aber,
daß zur Platzersparnis der Hauptteil, bevorzugt aber die an diesen angesetzten Rippen
auch gekröpft und/oder gebogen sein können. Die Figuren 3a und 3b zeigen in Draufsicht
sowie im Querschnitt einen Rippenkühlkörper 21, dessen Grundform der AusfUhrungsform
des Rippenkühlkörpers 9' der Fig. 2b entspricht, wobei aber die Rippen 22, wie bei
23 gezeigt, gekröpft sind, so daß sich bei gleicher Kühl fläche ein geringerer Platzbedarf
ergibt. Es ist auch möglich, daß die Rippen vom Hauptteil 24 eines Rippenkühlkörpers
25, wie er in Fig. 3c gezeigt ist, rechtwinklig abgebogen sind. Die Ausgangsform
des Rippenkühlkörpers 25 der Fig. 3c entspricht dem Rippenkühlkörper 9 der Fig.
2a; es versteht sich aber, daß die Abbiegung der Rippen auch bei solchen Rippenkühl
körpern möglich ist, bei denen nur einseitig Rippen angesetzt sind. Schließlich
zeigt die Fig. 3d als letzte Grundform eines Rippenkühlkörpers 26 die beidseitige
Abbiegung sowie Kröpfung der Rippen 27.
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Den Einbau der in den Figuren 2a bis 3d gezeigten Grundformen von
Rippenkühlkörpern in Drehstromgeneratoren, insbesondere deren Zuordnung zu einem
der Lagerschilde zur Bildung kompletter Gleichrichter ist in den Figuren 4a bis
7b gezeigt; dabei sollen ein innerer und ein äußerer Kreis 30, 31 in sämtlichen
Figuren 4a, 5a, 6a, 7a in stark schematisierter Form den Drehstromgenerator bzw.
sein eines Lagerschild darstellen, welches die Rippenkühlkörper, vorzugsweise unter
Zwischenordnung eines tragenden Rahtnens, lagert. In den Figu en 4a und 4b, wobei
die Fig. 4b einen Schnitt rings - Linie 4b, 4b der Fig. 4a darstellt, btfinden sich
ein -»er mehrere Rippenkühlkörper,
hier der geraden Form entsprechend
den Figuren 2b, 3a oder gegebenenfalls auch 3c, 3d in einem entsprechenden, dann
rechteckförmigen Ausschnitt 32 im Drehstromgenerator oder seinem Lagerschild 30,
31, wobei hier der Ausschnitt 32 gebildet ist von einem entsprechend rechteckförmigen
Rahmen, der sich, wie die Fig. 4b zeigt, über eine entsprechende Tiefe A nach innen
erstreckt und bei 33, 34 auf geeignete Weise im Ausschnitt 32 des Lagerschilds 30,
31 gehalten ist, beispielsweise geschraubt, geschweißt oder geklebt. Im Ausschnitt
32 bzw. am Rahmen 35 sind ein oder mehrere Kühlkörper 36, jeweils bestehend aus
einem Hauptteil 37 und an dieses angesetzte Rippen 38, gelagert, wobei der Hauptteil
37, wie Fig. 4b zeigt, eine oder mehrere Dioden 39 tragen kann. Im übrigen handelt
es sich, wie wiederum die Fig. 4b zeigt, bei dem Rippenkühlkörper 36 um die Ausführungsform
der Fig. 3c mit beidseitig nach unten abgebogenen Rippen 38. Die Rippen können selbstverstündlich
zusätzlich noch, wie Fig. 3d zeigt, gekröpft sein. Entsprechend einer vorteilhaften
Ausgestaltung können im übrigen, wie in Fig. 4b dargestellt, zwei oder auch noch
mehr der erwähnten Rippenkdhlkörper-Grundformen in Achsrichtung hintereinander angeordnet
werden, also noch ein weiterer Rippenkühlkörper 36' vorgesehen sein.
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Jeder der Rippenkühlkörper 36, 36' in Fig. 4b ist dann für die Lagerung
und Kühlung einer gegebenen Diodenart, nämlich der Plus- bzw. der Minusdioden verantwortlich.
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Es versteht sich ber, daß der Rahmen, der hier allerdings bei allen
Ausführungsformen vorhanden ist, auch fehlen kann und die Rippenkühlkörper aus gestanztem
Blech dann in anderer Weise am Lagerschild 30, 31 befestigt sind.
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Benötigt man für leistungsstarke Drehstromgeneratoren größere
Kühlleistungen,
dann können die gewinkelten Rippenkühlkörperformen Verwendung finden, wozu dann
ein entsprechend gewinkelter Ausschnitt 40 im Lagerschild 41, wie in Fig. Sa gezeigt,
gehört. Auch hier nimmt der Winkelausschnitt 40 einen eingesetzten Rahmen 42 auf,
in welchem nicht im einzelnen dargestellte Kühlkörper der gewinkelten Formen entsprechend
den Grundformen der Fig. 2c und 2d angeordnet sind. Die Schnittdarstellung der Fig.
5b zeigt, daß im Rahmen 42 in Achsrichtung hintereinander zwei Rippenkühlkörper
43, 43' auch hier vorhanden sind, zur Kühlung der Plus- und Minusdioden.
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Eine noch größere Kühlfläche für Kühlkörper erreicht man, wenn der
Ausschnitt im Lagerschild 44 einen größeren Kreisbogenbereich umfaßt, in den, auch
hier bevorzugt unter Verwendung eines tragenden Rahmens 45, entsprechend kreisförmig
ausgebildete Kühlkörper-Grundformen wie in den Figuren 2e und 2f gezeigt, eingesetzt
sein können, die in Fig. 6a nicht ausführlich dargestellt sind. Stets strömt aber
die Kühlluft entsprechend den Pfeilen D in die vom Rahmen gebildete Luftleitöffnung
und umströmt die (beiden) dort angeordneten Rippenkühlkörper 46, 46'. Dies gilt
für alle Ausführungsformen der Figuren 4b, 5b, 6b und 7b.
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Die Ausführungsform der Figuren 7a, 7b unterscheidet sich von der
telikreisförmigen Kühlkörperstruktur der Figuren 6a, 6b nur insofern, als in dem
Teilkreisausschnitt 47 des Lagerschildes 48 bzw. in dem vom Ausschnitt 47 gehaltenen
Rahmen 49 drei rälr%i# und vorzugsweise auch elektrisch zue'>nder ,;trennt Rippenkühlbieche
soja, 50b, 50c angeordnet Sg , zunächst in einer gegebenen Ebene,
wobei
dann, wie die Fig. 7b zeigt, diese Dreiteilung der Kühlblechstruktur auch noch in
einer doppelten Hintereinanderschaltung in Achsrichtung ausgebildet sein kann.
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Die Erfindung vermittelt eine Vielzahl von kostengünstigen, wirksamen
Kühlmöglichkeiten beim Aufbau kompletter Gleichrichter vorzugsweise für Drehstromgeneratoren
im Kfz.-Bereich, und es versteht sich, daß alle in der Beschreibung, den nachfolgenden
Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sind.