DE4403996A1 - Gleichrichteranordnung für einen Drehstromgenerator - Google Patents
Gleichrichteranordnung für einen DrehstromgeneratorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gleichrichteranordnung
für einen Drehstromgenerator nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Gleichrichteranordnungen für Drehstromgeneratoren
sind bekannt. Sind die Drehstromgeneratoren zu
einer Bordnetzversorgung in Kraftfahrzeugen einge
setzt, muß der in den Drehstromgeneratoren erzeugte
dreiphasige Wechselstrom wegen der im Kraftfahrzeug
erforderlichen Batterieladung gleichgerichtet wer
den. Hierzu sind Halbleiterleistungsdioden vorge
sehen, die in einer Drehstrom-Brückenschaltung zu
sammengeschaltet sind. Dabei ist jeder Halbwelle
jeder Phase eine Leistungsdioden zugeordnet, so daß
bei einer Vollweggleichrichtung die Drehstrom-
Brückenschaltung aus insgesamt sechs Leistungs
dioden gebildet wird. Hierbei sind drei Plusdioden
für die Plusseite und drei Minusdioden für die
Minusseite geschaltet. Bekanntermaßen werden die
Leistungsdioden als Einpreßdioden ausgebildet, die
in entsprechende Ausnehmungen des Gleichstromgene
rators, beispielsweise in einem Lagerschild, ein
gepreßt werden. Ein Einpreßsockel der Einpreßdioden
übernimmt dabei gleichzeitig eine dauerhafte ther
mische und elektrische Verbindung der Leistungs
dioden. Eine derartige aus sechs Einpreßdioden
bestehende Drehstrom-Brückenschaltung ist nur mit
sehr hohem Aufwand herstellbar.
Aus der DE-OS 23 53 373 ist eine Gleichrichter
anordnung bekannt, bei der Leistungsdioden auf
nebeneinander angeordneten Kühlrippen verteilt
sind, wobei gleichpolige Leistungsdioden jeweils
einer Kühlrippe zugeordnet sind. Durch die Anord
nung von zwei nebeneinander liegenden Kühlrippen
ist ein verhältnismäßig großer Platzbedarf für die
Gleichrichteranordnung an bzw. in dem Drehstrom
generator erforderlich.
Mit der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung
gemäß der im Anspruch 1 genannten Merkmale ist es
demgegenüber möglich, die Gleichrichteranordnung
einfach und kostengünstig herzustellen und den
benötigten Einbauraum für die Gleichrichteranord
nung an dem Drehstromgenerator zu minimieren.
Dadurch, daß die Leistungsdioden als Diodenchips
ausgebildet sind und polaritätsorientiert elek
trisch und/oder thermisch leitend zwischen zwei
gegenüberliegenden Kühlkörpern angeordnet sind,
kann eine kompakte, technisch einfache, gut über
schaubare und kostengünstige Gleichrichteranordnung
als separates Modul hergestellt werden. Die Anzahl
der Leistungsdioden läßt sich in einfacher Weise
von der Grundausstattung mit sechs Leistungsdioden
für eine Vollweggleichrichtung problemlos auf eine
höhere Anzahl von Leistungsdioden, einschließlich
von Erregerdioden, erweitern. Durch die gegenüber
liegend angeordneten Kühlkörper ist gleichzeitig
ein sehr guter mechanischer Schutz der Leistungs
dioden gegeben, so daß auch bei den unvermeidbaren
Erschütterungen, die beim Betrieb eines Kraftfahr
zeugs auftreten, die Gleichrichteranordnung eine
hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungs
beispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das elektrische Schaltbild einer
Drehstrom-Brückenschaltung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine nicht
endmontierte Gleichrichteranordnung;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine
Gleichrichteranordnung gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer
Gleichrichteranordnung in einer weiteren
Variante;
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine nicht
endmontierte Gleichrichteranordnung
in einer weiteren Ausführungsvariante;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht auf eine
Gleichrichteranordnung in einer weiteren
Variante;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Kühlkörper einer
Gleichrichteranordnung;
Fig. 8 einen Längsschnitt entlang der Linie A-B
aus Fig. 7;
Fig. 9 einen Längsschnitt entlang der Linie C-D
aus Fig. 7;
Fig. 10 einen Schnitt einer Gleichrichteranordnung
in nicht endmontiertem Zustand in einer
weiteren Ausführungsvariante und
Fig. 11 die Gleichrichteranordnung gemäß Fig. 10
in endmontiertem Zustand.
In der Fig. 1 ist das elektrische Schaltbild einer
Gleichrichteranordnung für einen Drehstromgenerator
gezeigt. Die Phasen U, V, W des Drehstromgenerators
sind mit einer Drehstrom-Brückenschaltung 10 ver
bunden, wobei jeder Phase eine Plusdiode 12 und
eine Minusdiode 14 zugeschaltet sind. Die Anoden
der Minusdioden 14 sind mit einer Anschlußklemme 16
und die Katoden der Plusdioden 12 mit einer An
schlußklemme 18 verbunden. Die Anschlußklemmen 16
und 18 sind entweder über hier nicht dargestellte
Schalter mit einem elektrischen Verbraucher und mit
einer ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeug
batterie verbunden. Weiterhin ist jede Phase U, V,
W mit einer Erregerdiode 20 verbunden, deren zusam
mengeschaltete Katoden zu einer nicht dargestellten
Erregerwicklung des Drehstromgenerators führen.
Jede der Plusdioden 12 und Minusdioden 14 läßt eine
Halbwelle des einphasigen Wechselstroms durch, mit
dessen Phase sie verbunden sind. Die Plusdioden 12
lassen die positiven Halbwellen und die Minusdioden
14 die negativen Halbwellen durch. Im Ergebnis
entsteht aus dem dreiphasigen Wechselstrom des
Drehstromgenerators ein resultierender leichtwel
liger Gleichstrom. Während des Generatorbetriebes
entsteht dabei in den Dioden 12 und 14 eine
Verlustwärme, die auf geeignete Weise abgeführt
werden muß.
In der Fig. 2 ist schematisch eine Gleichrichte
ranordnung in unmontiertem Zustand gezeigt. Die
Gleichrichteranordnung weist ein erstes Kühlblech
22 und ein zweites Kühlblech 24 auf. Die Kühlbleche
22 und 24 sind bereichsweise mit einer Isolations
schicht 26 versehen. Auf den Isolationsschichten 26
sind lötfähige Leiterbahnen 28 aufgebracht. Jede
der Leiterbahnen 28 ist mit einem Diodenchip 30
versehen. Jede der Leiterbahnen 28 weist weiterhin
eine Anschlußklemme 32 auf. Das Kühlblech 22
besitzt eine Anschlußklemme 34 und das Kühlblech 24
eine Anschlußklemme 36. Die Kühlbleche 22 und 24
besitzen weiterhin Durchgangsöffnungen 38.
Im folgenden soll die Herstellung und die Funktion
der in Fig. 2 gezeigten Gleichrichteranordnung nä
her erläutert werden. Die Kühlbleche 22 und 24 kön
nen beispielsweise aus vernickeltem Aluminium,
Kupfer oder aus vernickeltem Kupfer bestehen. Die
Wahl des Materials der Kühlbleche 22 und 24 richtet
sich nach der später noch zu erläuternden
Verbindungs- bzw. Löttechnik. Die bereichsweisen
Isolierschichten 26 können durch eine örtliche
galvanische Eloxierung der Kühlbleche 22 und 24
erzeugt werden. Es kann jedoch auch ein Auftragen
von Aluminiumoxid Al₂O₃, beispielsweise durch ther
misches Spritzen, wie Flammspritzen, Plasmaspritzen
oder ähnlichem erfolgen. Die Isolierschicht 26 kann
eventuell auch als Keramikplättchen ausgebildet
sein, das an den vorherbestimmten Stellen auf den
Kühlblechen 22 und 24 aufgeschweißt oder aufgelötet
wird. Auf die Isolierschicht 26 wird dann die
Leiterbahn 28, beispielsweise ebenfalls durch ther
misches Aufspritzen, aufgebracht. Die die Leiter
bahn 28 ergebende Metallschicht kann in einer
anderen Variante auch durch Aufsputtern oder Auf
dampfen auf die Isolierschicht 26 aufgebracht
werden. Die Metallschicht der Leiterbahn 28 muß
dabei einen ausreichenden Querschnitt, über den der
spätere Generatorstrom fließen kann, aufweisen. Die
Leiterbahnen 28 weisen wenigstens in dem Bereich,
in dem die Diodenchips 30 aufgebracht werden, eine
lötfähige Oberfläche auf.
Über die Durchgangsöffnungen 38 werden die Kühl
bleche 22 oder 24 auf entsprechende Werkstückträger
positioniert. Die Werkstückträger können dabei
Führungsstifte aufweisen, die die Durchgangsöff
nungen 38 durchgreifen. Auf die für die Diodenchips
30 vorgesehenen Positionen auf den Leiterbahnen 28
und auf den Zwischenpositionen, zum Beispiel auf
dem Kühlblech 22, werden Lotronden aufgebracht. Auf
die Lotronden wird jeweils ein Diodenchip 30 auf
gelegt, so daß in diesem Beispiel auf dem Kühlblech
22 insgesamt sechs Diodenchips 30 mit gleicher
Orientierung, das heißt mit in gleicher Richtung
weisendem pn-Übergang, liegen. Die Diodenchips 30
können dabei in einfacher Weise von einem Dioden
wafer entnommen werden, der die Diodenchips 30
bereits vereinzelt enthält. Auf die Diodenchips 30
wird eine weitere Lotronde aufgebracht.
Nunmehr wird das Kühlblech 24 auf dem Kühlblech 22
derart positioniert, daß die mit den Leiterbahnen 28
versehenen Seiten zueinander gewandt sind. Für
die genaue Positionierung können die durch die
Durchgangsöffnungen 38 geführten Stifte des Werk
stückträgers dienen.
Das geschaffene Modul aus den Kühlblechen 22 und 24
ist nur durch das Eigengewicht des oberen Kühl
blechs 24 belastet. Somit ist ein relativ geringer
Auflagedruck für die Diodenchips 30 für den Löt
prozeß gegeben. Im Anschluß erfolgt ein Verlöten
des Moduls, beispielsweise in einem Vakuum-
Schutzgaslötofen. Das verlötete Modul kann nunmehr
von dem Werkstückträger entnommen werden und durch
die dann freiwerdenden Durchgangsöffnungen 38 mit
tels isolierten Schrauben, beispielsweise aus
Kunststoff, verschraubt werden. Die Verschraubung
der Kühlbleche 22 und 24 muß dabei so synchron er
folgen, daß auf jeden Diodenchip 30 eine für den
späteren Anwendungsbetrieb ausreichend große Kraft
ausgeübt wird. Dies kann durch eine Drehmoment-
Vorgabe beim Verschrauben eingestellt werden. Die
ausgeübte Kraft auf die Diodenchips 30 kann bei
spielsweise Werte von größer 3 N annehmen. In einem
letzten Arbeitsschritt werden die Diodenchips 30
passiviert, und/oder der sich ergebende Zwischen
raum zwischen den Kühlblechen 22 und 24 wird mit
einem isolierenden Material vergossen. Das fertige
Modul wird nun elektrisch eingemessen, das heißt,
für jeden Diodenchip 30 wird der Wärmewiderstand,
der Sperrstrom, die Flußspannung und die Durch
bruchsspannung bei hohen Strömen ermittelt.
Das anhand der Fig. 2 erläuterte Modul, das heißt
die Gleichrichteranordnung, bildet bis auf die
Erregerdioden die in Fig. 1 gezeigte Drehstrom-
Brückenschaltung 10. Der Anschluß der Phasen U, V,
W des Drehstromgenerators erfolgt über die An
schlußklemmen 32, wobei jede der Phasen immer mit
zwei entgegengesetzt orientierten Diodenchips 30,
vorteilhafterweise mit zwei benachbart angeordneten
Diodenchips 30, verbunden wird. Die Anschlußklemme
34 des Kühlblechs 22 bildet dann die Anschlußklemme
18 und die Anschlußklemme 36 des Kühlblechs 24 die
Anschlußklemme 16 aus Fig. 1.
Durch die in Fig. 2 gezeigte Anordnung kann in
einfacher Weise ein kompakter Gleichrichter reali
siert werden, der wenig Platz beansprucht und daher
für den Einbau in Drehstromgeneratoren in Kraft
fahrzeugen sehr gut geeignet ist. Die Anordnung der
Fig. 2 soll lediglich das Aufbau- und Montage
prinzip eines solchen Gleichrichters verdeutlichen.
Zur Anpassung an Drehstromgeneratoren können die
Kühlbleche 22 und 24 auch eine bogenförmige Gestalt
aufweisen. Weiterhin ist die Integration der in
Fig. 1 gezeigten Erregerdioden 20 in das Gleich
richtermodul möglich.
Die Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 2
erläuterten Gleichrichteranordnung in montiertem
Zustand. Das Kühlblech 22 und das Kühlblech 24 sind
über Schraubverbindungen 42, die durch die Durch
gangsöffnungen 38 greifen, miteinander verbunden.
Die Durchgangsöffnungen 38 sind dabei so zueinander
versetzt, daß die Diodenchips 30, von der Seite
betrachtet, zwischen den Schraubverbindungen 42
liegen. Hierdurch ist eine gleichmäßige Kraft
verteilung auf die Diodenchips 30 möglich. Weiter
wird deutlich, daß die Kühlbleche 22 und 24 zu
einander versetzt sind. Hierdurch wird erreicht,
daß die Leiterbahnen 28 mit ihren Anschlußklemmen
32 von außen gut zugänglich sind, so daß ein
Anschließen der Generatorphasen U, V, W problemlos
möglich ist. Durch die asymmetrische Anordnung der
Kühlbleche 22 und 24 wird weiterhin erreicht, daß
beide Kühlbleche mit einem Kühl-Luftstrom eines
Lüfterrades direkt beaufschlagt werden können.
Somit ist eine gleichmäßige und effektive Kühlung
beider Kühlbleche 22 und 24 gegeben. Die Befesti
gung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Gleichrichter
anordnung an einem Drehstromgenerator kann in ein
facher Weise über eine Schraubverbindung an einem
Lagerschild des Drehstromgenerators erfolgen.
In der Fig. 4 ist eine weitere Variante der
Ausgestaltung der Kühlbleche 22 und 24 gezeigt. Die
Anordnung ist hier zur Verdeutlichung des Prinzips
nur ausschnittsweise dargestellt. Das Aufbringen
und die Anordnung der Diodenchips 30 wird analog
der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Variante
durchgeführt. Die Kühlbleche weisen im Schnitt eine
profilierte Gestalt auf. Die Profilierung ist so
ausgebildet, daß die Kühlbleche 22 und 24 ebene
Bereiche 44 aufweisen, die zueinander annähernd
parallel verlaufen und über Schenkel 45 miteinander
verbunden sind. Die Bereiche 44 sind auf einer
unterschiedlichen Höhenlinie angeordnet, so daß
sich eine wellenartige Struktur der Kühlbleche 22
und 24 ergibt. Bei der Montage, das heißt bei ne
beneinanderliegend angeordneten Kühlblechen 22 und
24, wie in Fig. 2 gezeigt, werden die höherliegen
den Bereiche 44 mit den Isolierschichten 26, den
Leiterbahnen 28 und den Diodenchips 30 bestückt.
Die dort tieferliegenden Bereiche 44 weisen die
Durchgangsöffnungen 38 auf. Nach der Montage der
Kühlbleche 22 und 24 kommen die höherliegenden
Bereiche 44 aufeinander zu liegen, so daß die sich
hier befindenden Diodenchips 30 den gewünschten
elektrischen Kontakt mit den Kühlblechen 22 oder 24
aufweisen. Durch die Durchgangsöffnungen 38 in den
durch die gewellte Struktur der Kühlbleche 22 und
24 nun auseinanderliegenden Bereichen 44 werden die
isolierten Schraubverbindungen 42 geführt. Bei ei
ner kontrollierten Verschraubung, beispielsweise
durch eine Drehmoment-Vorgabe für die Schraubver
bindungen 42, wird über die die Bereiche 44
verbindenden Schenkel 45 eine Federkraft auf die
die Diodenchips 30 aufnehmenden Bereiche 44 aus
geübt. Hierdurch kann ein zuverlässiger Druckkon
takt auf die Diodenchips 30 realisiert werden, der
selbst bei den unvermeidbaren Erschütterungen in
einem Kraftfahrzeug eine ausreichend große Druck
kraft auf die Diodenchips 30 jederzeit sicher
stellt.
Die Fig. 5 zeigt eine Gleichrichteranordnung, die
der in der Fig. 2 gezeigten Anordnung ähnelt. Von
der Funktion her gleiche Teile wie in der Fig. 2
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, obwohl
sie hier eine andere Ausgestaltung aufweisen. Das
hier oben dargestellte Kühlblech 22 weist örtliche
Bereiche auf, die mit einer Isolierschicht 26 ver
sehen sind. Auf die Isolierschichten 26 sind die
Leiterbahnen 28 aufgebracht, die einerseits einen
Kontaktbereich 46 und andererseits die Diodenchips
30 aufweisen. Weiterhin sind auf dem Kühlblech 22
Diodenchips 30 direkt, das heißt elektrisch lei
tend, angeordnet. Das Kühlblech 24 besitzt eben
falls Bereiche, in denen eine Isolierschicht 26
aufgebracht ist. Die Isolierschichten 26 tragen
auch hier Leiterbahnen 28, die einen Kontaktbereich
50 und einen nach außerhalb des Kühlblechs 24 ge
führten Kontaktbereich 52 aufweisen. An den Kon
taktbereichen 52 sind Anschlußklemmen 54 vorge
sehen. Weiterhin sind auf dem Kühlblech 24 einzelne
von den Leiterbahnen 28 isolierte Kontaktbereiche
56 angeordnet. Die Kontaktbereiche 56 sind mit dem
Kühlblech 24 elektrisch leitend verbunden. Das
Kühlblech 22 besitzt die Anschlußklemme 18 und das
Kühlblech 24 die Anschlußklemme 16 (vergleiche
Fig. 1).
Das Aufbringen der Isolierschichten 26 der Leiter
bahn 28 kann in der bereits zu Fig. 2 erläuterten
Weise geschehen. Die Diodenchips 30 werden alle
gleichorientiert über Lotronden auf die auf dem
Kühlblech 22 bezeichneten Positionen aufgebracht.
Im Gegensatz zur Fig. 2 erfolgt hier das Verlöten
der Diodenchips 30 bereits vor Endmontage der bei
den Kühlbleche 22 und 24. Hierdurch kann vorteil
haft nach dem Verlöten der Diodenchips 30 in
einfacher Weise ein Plasmareinigen der Diodenchips
30 vor dem Aufbringen des Kühlblechs 24 durch
geführt werden. Im Anschluß wird das Kühlblech 24
derart auf das Kühlblech 22 geschraubt, daß die
Kontaktbereiche 50 auf den Diodenchips 30 zu liegen
kommen, die mit dem Kühlblech 22 elektrisch leitend
verbunden sind. Die Kontaktbereiche 56 kommen auf
den Diodenchips 30 zu liegen, die über eine
Isolierschicht 26 auf dem Kühlblech 22 angebracht
sind. Weiterhin kommen die Kontaktbereiche 52
direkt auf den Kontaktbereichen 56 zu liegen. Über
hier nicht dargestellte isolierte Schraubverbin
dungen werden die Kühlbleche 22 und 24 kontrolliert
zusammengeschraubt, so daß sich eine bestimmte,
ausreichend große Kraft ergibt, mit der die
Diodenchips 30 kontaktiert werden. Insgesamt ist so
eine einfache kompakte Gleichrichteranordnung ge
schaffen, die trotz gleichorientierten Aufbringens
der Diodenchips 30 auf das Kühlblech 22 nach der
Endmontage drei Plusdioden 12 und drei Minusdioden
14 (vergleiche Fig. 1) aufweist. Über die heraus
geführten Kontaktbereiche 52 ist ein einfaches
Anschließen der Generatorphasen U, V und W möglich.
Hier bietet sich der Vorteil, daß mit einem einzi
gen Anschluß für die Generatorphasen gleichzeitig
die elektrische Verbindung zu den Plusdioden und
Minusdioden hergestellt wird. Über den Kontakt
bereichen 52 und 46 sind die auf dem Kühlblech 22
isoliert angebrachten Diodenchips 30 elektrisch
angeschlossen, während die auf dem Kühlblech 22
nicht isoliert angeordneten Diodenchips 30 über den
Kontaktbereich 50 elektrisch angeschlossen sind.
Die Kühlbleche 22 und 24 können die hier angedeute
ten Anschlußklemmen 18 und 16 in einfacher Weise
aufweisen, beispielsweise mittels einer Bohrung,
die mit der Kraftfahrzeugbatterie bzw. den Ver
brauchern verbindbar sind.
In der Fig. 6 ist ausschnittsweise eine Anordnung
gezeigt, die nach dem gleichen Prinzip, wie in der
Fig. 5 erläutert, aufgebaut ist, in die jedoch zu
sätzlich die in Fig. 1 mit 20 bezeichneten Er
regerdioden integriert sind. Funktionell gleiche
Teile wie in den Fig. 2 und 5 sind wieder mit
gleichen Bezugszeichen versehen, obwohl hier ein
etwas anderer Aufbau vorliegt. Die Kühlbleche 22
und 24 werden in Pfeilrichtung aufeinander ver
schraubt, sind hier jedoch zur besseren Verdeut
lichung noch etwas beabstandet dargestellt. Die auf
dem Kühlblech 22 vorgesehenen Isolierschichten 26
und Leiterbahnen 28 sind hier verlängert, so daß
sich ein zusätzlicher Kontaktbereich 60 ergibt. Dem
Kontaktbereich 60 gegenüberliegend auf dem Kühl
blech 24 ist eine weitere Isolierschicht 26 vorge
sehen, die eine nach außen geführte Leiterbahn 28
mit einem Kontaktbereich 62 aufweist. Der Kontakt
bereich 62 weist eine Anschlußklemme 64 auf. Auf
dem Kontaktbereich 60 ist ein weiterer Diodenchip
20 vorgesehen, der in endmontiertem Zustand der
Kühlbleche 22 und 24 mit dem Kontaktbereich 62
verbunden ist. Insgesamt wird hier erreicht, daß
über eine Anschlußklemme 54 jeweils eine Generator
phase U, V, W angeschlossen werden kann und gleich
zeitig die der Phase zugeordneten Plusdioden 12,
Minusdioden 14 und Erregerdioden 20 (vergleiche
Fig. 1) angeschlossen sind. An den isoliert her
ausgeführten Kontaktbereich 62 kann über die An
schlußklemme 64 eine Erregerwicklung des Drehstrom
generators angeschlossen werden.
In den Fig. 7 bis 9 ist eine konkrete Aus
gestaltung des in den Fig. 1 bis 6 erläuterten
Prinzips dargestellt. Fig. 7 zeigt die Draufsicht
auf einen Kühlkörper 70 (Kühlblech 22). Der Kühl
körper weist eine bogenförmige Gestalt auf und ist
der Geometrie eines Drehstromgenerators angepaßt.
Der Kühlkörper 70 besitzt radial verlaufende Aus
nehmungen 72, in denen Stromschienen 74 angeordnet
sind. Die Stromschienen 74 sind radial nach innen
aus dem Kühlkörper 70 herausgeführt und tragen auf
ihrem innerhalb des Kühlkörpers 70 liegenden Be
reich die Diodenchips 30. Die Stromschienen 74 sind
dabei in den Ausnehmungen 72, wie Fig. 8 verdeut
licht, mittels einer Vergußmasse 76 eingeklebt. Die
Vergußmasse 76 übernimmt neben der mechanischen
Fixierung der Stromschienen 74 die Isolation der
Stromschienen 74 gegenüber dem Kühlkörper 70. Der
Kühlkörper 70 besitzt weiterhin Durchgangsöffnungen
76 sowie 77. Auf dem Kühlkörper 70 sind die
Kontaktbereiche, die mit den Diodenchips des
zweiten, hier nicht dargestellten Kühlkörpers elek
trisch leitend verbunden sind, mit 78 angedeutet.
Die Diodenchips 30 werden wieder mittels Lotronden
auf die Stromschienen 74 aufgelötet. Im Anschluß
wird der das Gegenstück zu dem Kühlkörper 70 bil
dende Kühlkörper 80 (Kühlblech 24) mit dem
Kühlkörper 70 verschraubt. Dabei können durch die
Durchgangsöffnungen 77 isolierende Schraubverbin
dungen hergestellt werden. Die in der Fig. 7
dargestellten Diodenchips 30 kontaktieren direkt
mit dem aufgebrachten Kühlkörper, während die in
analoger Weise in dem aufgebrachten Kühlkörper über
Stromschienen angeordneten Diodenchips 30 auf den
hier mit 78 bezeichneten Kontaktstellen des Kühl
körpers 70 zu liegen kommen. Insgesamt ist also
eine Anordnung geschaffen, die zwischen zwei Kühl
körpern angeordnete Diodenchips 30 aufweist, die
jeweils abwechselnd mit dem Kühlkörper 70 bzw. dem
aufgebrachten Kühlkörper 80 direkt kontaktiert
sind. Somit kann jeder der Kühlkörper mit einer
Anschlußklemme 18 bzw. 16 versehen werden, die zu
der Kraftfahrzeugbatterie bzw. zu den Verbrauchern
führen. Die Phasen des Drehstromgenerators werden
an die Stromschienen 74 angeschlossen.
In der Fig. 9 ist ein Verbund aus dem Kühlkörper
70 und dem zweiten Kühlkörper 80 gezeigt. Anhand
dieser Ansicht wird deutlich, daß der Kühlkörper 70
im Bereich der Durchgangsöffnungen 76 eine Ver
tiefung 82 aufweist, in die ein Kragen 84 des
Kühlkörpers 80 paßgenau eingreift. Der Kühlkörper
80 besitzt eine mit der Durchgangsöffnung 76 fluch
tende Durchgangsöffnung 86. Durch den in die Ver
tiefung 82 eingreifenden Kragen 84 kann bereits vor
Verschrauben der beiden Kühlkörper 70 und 80 eine
Selbstjustierung der Kühlkörper 70 und 80 durch
geführt werden, so daß die Diodenchips 30 genau auf
ihren vorherbestimmten Positionen zu liegen kommen.
Die Einhaltung der Positionen der Diodenchips 30
ist wichtig, damit ein Diodenchip 30 jeweils nur
mit einem Kühlkörper 70 bzw. 80 in elektrischen
Kontakt kommt. Vor Zusammenfügen der Kühlkörper 70
und 80 wird zwischen diesen eine Vergußmasse 88
eingebracht, so daß die Kühlkörper 70 und 80 gegen
einander isoliert sind. Die Stärke der Vergußmasse
88 ist dabei variabel und kann den Gegebenheiten
angepaßt werden.
Die Fig. 10 und 11 zeigen eine weitere Aus
führungsvariante einer Gleichrichteranordnung.
Fig. 10 zeigt einen unmontierten und Fig. 11 einen
endmontierten Zustand. Ein erster Kühlkörper 90
(Kühlblech 22) besitzt eine Vertiefung 92. Auf
einem neben der Vertiefung 92 liegenden Ober
flächenbereich des Kühlkörpers 90 ist ein Dioden
chip 30 angeordnet. Der Diodenchip wird einerseits
über eine Lotronde 94 mit dem Kühlkörper 90 und
einer Lotronde 96 mit einer Stromschiene 98 ver
lötet. Während der Verlötung sind in der Fig. 10
nicht sichtbare Abstandshalter zwischen der Strom
schiene 98 und dem Kühlkörper 90 angeordnet, die
eine Druckentlastung für den Diodenchips 30 ge
währleisten. Die Anordnung gemäß der Fig. 10 ist
in einem Schnitt dargestellt, der der Ansicht ent
lang der Linie A-B aus Fig. 7 entspricht. Die
Ansicht beschränkt sich jedoch nicht auf die
Darstellung des Bereiches eines Diodenchips 30. Ein
zweiter Kühlkörper 100 (Kühlblech 24) ist spiegel
bildlich zu dem Kühlkörper 100 aufgebaut. Er be
sitzt ebenfalls eine Ausnehmung 102 und einen auf
dem Kühlkörper 100 über Lotronden 104, 106 aufgelö
teten Verbund aus einem Diodenchip 30 und einer
Stromschiene 108. Gemäß der in Fig. 11 gezeigten
Gesamtdarstellung wird deutlich, daß der auf dem
Kühlkörper 90 angeordnete Verbund aus der Strom
schiene 98 und dem Diodenchip 30 in die Ausnehmung
102 des Kühlkörpers 100 eingreift. Der auf dem
Kühlkörper 90 angeordnete Verbund aus der Strom
schiene 108 und dem Diodenchip 30 greift in die
Ausnehmung 92 des Kühlkörpers 90 ein. Ein
verbleibender Zwischenraum zwischen den Kühlkörpern
90 und 100 wird mit einer Vergußmasse 110, bei
spielsweise einem Kleber, ausgefüllt. Die Verguß
masse 110 besitzt eine solche Eigenschaft, die eine
elektrische Isolation der Stromschienen 98 und 108
von dem Kühlkörper 90 und 100 und zwischen den
Kühlkörpern 90 und 100 gewährleistet.
Dadurch, daß in endmontiertem Zustand die Strom
schienen 98, 108 und Diodenchips 30 durch Ein
bringen in die Vertiefungen 92 und 102 großflächig
von den Kühlkörpern 90 bzw. 100 umschlossen werden,
ergibt sich neben der robusten, für mechanische
Beanspruchungen unempfindlichen Anordnung der Vor
teil einer sehr günstigen Wärmeabführung über die
Kühlkörper 90 und 100. Die Kühlkörper 90 und 100
werden analog den bereits beschriebenen Beispielen
miteinander verschraubt. Der elektrische Kontakt
zwischen den Diodenchips 30 und dem Kühlkörper 90
bzw. 100 und den Stromschienen 98 bzw. 108 erfolgt
hier durch Verlöten. Die Stromschienen 98 und 108
sind wieder aus den Kühlkörpern 90 bzw. 100, wie in
Fig. 7 gezeigt, radial herausgeführt und besitzen
geeignete Anschlußklemmen zum Verbinden mit einer
der Generatorphasen U, V, W. Insgesamt besitzt die
Gleichrichteranordnung wenigstens drei der aus
schnittsweise in den Fig. 10 und 11 gezeigten
Anordnungen der Diodenchips 30, nämlich für jede
Generatorphase U, V, W eine Anordnung. Eine Erwei
terung der Gleichrichteranordnung auf mehrere Di
odenchips, beispielsweise für Zusatzdioden und/oder
für Erregerdioden, ist jederzeit möglich.
Mit den in den Fig. 1 bis 11 dargestellten Aus
führungsvarianten, wird auf engstem Raum die Aus
bildung einer Drehstrom-Brückenschaltung zur
Gleichrichtung eines dreiphasigen Wechselstroms ei
nes Drehstromgenerators ermöglicht. Trotz dieser
kompakten Bauweise wird eine sehr gute elektrische
Kontaktierung der Diodenchips durch flächige Kon
takte erreicht. Weiterhin ist durch die Anordnung
der gegenüberliegenden Kühlbleche 22 und 24 für
eine ausreichend hohe Wärmeableitung gesorgt und
eine Potentialtrennung zwischen den Kühlblechen 22
und 24 gewährleistet.
Claims (15)
1. Gleichrichteranordnung für einen Drehstromgene
rator, mit wenigstens einer jeder Halbwelle jeder
Phase zugeordneten Leistungsdiode und einer Kühlan
ordnung für die Leistungsdioden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leistungsdioden als Diodenchips
(30) ausgebildet sind und polaritätsorientiert
elektrisch und/oder thermisch leitend zwischen zwei
gegenüberliegenden Kühlblechen (22, 24) angeordnet
sind.
2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß gleichartig orientierte Dioden
chips (30) auf einem der Kühlbleche (22, 24) direkt
und gegenüber dem anderen Kühlblech (22, 24)
elektrisch isoliert angeordnet sind.
3. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
gleichartig mit ihrem pn-Übergang orientierte
Diodenchips (30) mit einer Seite direkt auf einem
der Kühlbleche (22, 24) und mit der anderen Seite
über eine isoliert aufgebrachte Leiterbahn (28) auf
dem anderen Kühlblech (22, 24) angeordnet sind.
4. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterbahnen (28) jeweils mit einer Phase (U, V, W)
des Drehstromgenerators in Verbindung bringbar
sind.
5. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes
Kühlblech (22, 24) eine gemeinsame Potentialan
schlußklemme (34 bzw. 18, 36 bzw. 16) besitzt.
6. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlbleche (22, 24) über eine isolierte Schraubver
bindung (42) miteinander verbunden sind.
7. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlbleche (22, 24) zueinander versetzt angeordnet
sind.
8. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlbleche (22, 24) Bereiche (44) aufweisen, die
auf einem unterschiedlichen Höhenniveau liegen.
9. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen sich direkt gegenüber
liegenden Bereichen (44) die Diodenchips (30) und
den sich beabstandet gegenüberliegenden Bereichen
(44) die Schraubverbindungen (42) angeordnet sind.
10. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Diodenchips (30) auf den Kühlblechen (22, 24)
und/oder Leiterbahnen (28) über eine Lötverbindung
aufgebracht sind.
11. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Diodenchips (30) mit den Kühlblechen (22, 24)
und/oder Leiterbahnen (28) über eine von den
Schraubverbindungen (42) ausgehende Kraftwirkung in
Kontakt gebracht sind.
12. Gleichrichteranordnung nach einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlbleche (22, 24) Ausnehmungen (72) aufweisen, in
denen Stromschienen (74, Leiterbahnen 28) und die
Diodenchips (30) angeordnet sind.
13. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß die Diodenchips (30) über
die Oberfläche der Kühlbleche (22, 24) hinausragen.
14. Gleichrichteranordnung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlbleche (22, 24) Vertiefungen (92, 102) auf
weisen, in die die Stromschienen (98, 108) und
Diodenchips (30) des gegenüberliegenden Kühlblechs
(22, 24) eingreifen.
15. Gleichrichteranordnung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Kühlblechen (22, 24) eine Vergußmasse
(88, 110) eingebracht ist.
Priority Applications (5)
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