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Trockengleichrichteranordnung mit rohrförmigen Gleichrichterelementen
Es ist bekannt, bei Trockengleichrichterelementen die im Betriebe entstehende joulesche
Wärme dadurch abzuführen, daß man das Gleichrichterelement allseitig mit Luft oder
einem elektrisch isolierenden flüssigen Kühlmittel, z. B. öl, kühlt. Gegenüber
der Luftkühlung hat die ölkühlung den Vorteil, daß bei ihr die schädlichen Einflüsse,-die
von etwaigen Beimengungen der Kühlluft, wie Staub, Feuchtigkeit oder Säuredämpfen,
herrühren, vermieden sind. Dafür muß bei der ölkühlung die vergleichsweise geringe
Kühlwirkung in Kauf genommen werden, da für die Trockengleichrichterelemen-be, b,eso#idexs
wenn es sich um solche handelt, 'deren wirksame Schicht einen negativen Temperaturkoeffizienten
aufweist, nur verhältnismäßig niedrige Betriebstemperaturen zulässig sind, was eine
sehr geringe thermische Umwälzung des Kühlmittels bedingt. Künstliche
Öl-
umwälzung aber würde besondere Pumpeinrichtungen erfordern, die die Anlage
verwikkelt und kostspielig machen.
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Es ist auch bekannt, ein oder mehrere gegebenenfalls in einen Behälter
eingebaute Trockengleichrichterelemente, deren Außenseite mit der wirksamen Schicht
bedeckt ist, rohrförmig auszubilden und durch das Rohrinnere ein Kühlmittel, z.
B.
01, hindurchzuleiten. Das Kühlmittel kommt dabei nur mit dem Grundnietall,
nicht aber mit der wirksamen Schicht der Gleichrichterelemente in Berührung, während
der Zwischenraum zwischen dieser und dem die Gleichrichterelemente umschließenden
Behälter dua7ch eine eleiktrisch gut leitende Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, ausgefüllt
ist. Bei Anordnung mehrerer solcher rohrförmiger Gleichrichterelemente in einem
Behälter können die Gleichrichterelemente nur in Parallelschaltung
betrieben
werden, da die leitende Flüssigkeit die wirksamen Schichten aller dieser Elemente
kurzschließt.
| Um nun die TrockengleichrichteranordnuC |
mit rohrförinigen GleichrichterelementW,
,
deren Außenseite mit der wirksamen
Schicht, bedeckt ist, während auf ihrer Innenseite das Grundmetall frei liegt, zu
erhalten, die von dem angegebenen Nachteil frei ist und überdies die Vorteile der
Wasserkühlung mit einem vollkommenen Schutz der wirksamen' Schicht gegen alle atmosphärischen
Einflüsse zu verbinden gestattet, werden -ernäß der Erfindung die Gleichrichlerelemente
durch ein mit ihrer wirksamen Schicht in Berührung stehendes feuelitigkeitsab-weisendes,
elektri-sch isolierendes Medium voneinander isoliert und so den schädlichen Einflüssen
der Atmosphäre entzogen, während die Kühlung im wesentlichen auf der Innenseite
der rohrförmigen Gleichrichter erfolgt. Zweckmäßigerweise baut man die rohrförmigen
Gleichrichterelemente in einen ölgefüllten Behälter ein und läßt sie auf der Innenseite
von einem Kühlmittel (Wasser oder Külilluft) durchströmen. Infolge der Anordnung
des feuchtigkeitsabweisenden Isoliermittels hat man beim Gegenstand der Erfindung
volle Freiheit hinsichtlich der Art der zu verwendenden Schaltung. So kann man außer
der Parallelschaltung auch beliebige andere Schaltungen, z. B. Reihenschaltung,
Mittelpunktsschaltung, Graetzsche Schaltung oder Mehrphasenschaltung, verwenden,
wodurch die Gleichrichteranordnung selbst bei höheren Spannungen für verhältnismäßig
große Leistungen brauchbar wird.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen an Hand der beiliegenden Zeichnung, in welcher die Fig.
i und 2 ein rohrförmiges Gleichrichterelement im Längsschnitt und in Draufsicht
zeigen, während die Fig. 3 und 4 Metallbehälter veranschaulichen, in welche
ein oder mehrere Gleichrichterelemente eingebaut sind.
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Das durch Fig. i und 2 veranschaulichte rohrförrnige Gleichrichterelernent
besteht aus einem Kupferrohr i, dessen Außenseite mit Ausnahme, der Rohrenden mit
einer in bekannter Weise durch Glühen unter Luftzutritt erzeugten Kupferoxydulschicht
2 versehen ist, während auf seiner Innenseite das Grundmetall freiliegt. Auf der
Kupferoxydul-Schicht 2 befindet sich ein beispielsweise durch Aufspritzen aufgebrachter
Metallüberzug, der z. B. aus Zink bestehen kann. Die Stromzuführung zu dem so gebildeten
Trockengleichrichterelement wird durch. eine uni das Rohr herumgelegte, auf dem
Metallüberzug fest anliegende Schelle oder Sparige 4 vermittelt, während zur Ableitung
des Stromes der Z,
Kupferkörper des Rohres i, also das Grundinetall dient.
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Zwecks Abführung der im Betriebe ents,#,henden Jouleschen Wärme wird
durch das
| "lWhrinnere ein strömendes Kühlmittel, Z. B. |
`Kühlluft, in der Pfeilrichtung hindurchgeleitet, während die Außenseiten des rohrförmigen
TrockengleichricIntereleinents durch
öl
oder ein anderes elektrisch isolierendes,
fe u#chtigkeitsabweisendes Mittel, z. B. durch einen nach außen gasdicht abgeschlossenen
Luftraum, gegen alle schädlichen Einflüsse der Außenatmosphäre geschützt ist.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform zeigt Fig. 3, w--Iche
eine züm Anschluß an ein Drehstromnetz geeignete Gleichrichteranordnung in Mittelpunktschaltung
-wiedergibt, bei der für jede Phase nur ein Gleichrichterelernent vorgesehen ist.
Die rolirförmigen Gleichrichterelemente 5 sind in einem Metallbehälter
6 angeordnet, der mit zw-ei Zwischenböden 7 und 8 versehen
ist und dessen Mittelteil mit Ül gefüllt ist. Das Ül berührt die wirksame, Außenseite
der rohrförmigen Gleichrichterelemente 5, während ihre metallische Innenseite
durch Kühlwasser bespült wird, das in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise
zwei mit dem Rohrinnern in offener Verbindung stehende Sammelräume 9 und
io in der Pfeilrichtung durchströmt. Die Stromzuführung zu den Gleichrichterelementen
5 wird durch je eine auf der Außenseite der Rohre aufsitzende Schelle
ii bewirkt. Von den drei Schellen i i ist jede an eine andere Phase der Sekundärwicklung
i-., eines Transformators angeschlossen, deren Nullpunkt zugleich den einen Gleichstrornpol
der Gleichrichteranordnung bildet. Der andere Gleichstrom ol liegt in der Wandung
des p el Metallbehälters 6, dessen Zwischenböden 7
und 8 metallisch
leitend mit dein Grundmetall der rolirförrnigen Gleichrichtereleinente
5 verbunden sind. Diese Verbindung kann durch Lötung oder Verschraubung hergestellt
sein; man kann jedoch auch die Rohrenden in die Zwischenböden einwalzen. Damit bei
der Herstellung dieser Verbindung die wirksame Schicht der Gleichrichterelemnete
nicht leidet, ist diese auf das Grundmetall so aufzubringen, daß die Rohrenden in
der der Fig. 2 ersichtlichen Art von der wirksamen Schicht frei bleiben. Es kann
zwe.cl=äßi- sein, einen oder beide Zwischenböden 7, 8 biegsain zu
ge-
stalten oder im Behälter 6 nachgiebig zu befestigen, um der Wärmedehnung
der rohrförrniggen Gleichrichterelemente Rechnung zu tragen und einer zu starken
mechanischen Be -anspruchulig der Verbindungsstellen i-.iit den Zwischenböden vorzubeugen.
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Bei der durch Fig..4 veranschaulichten
Ausführungsforrn
sind eine oder mehrere U-förmig gebogene Gleichrichterrohre 13 in den Deckel
14 eines Metallbehälters i i
5 eingesetzt, der mit Öl gefüllt.
ist, während durch die Gleichrichterrohre Kühlwasser hindurch,-, geleitet wird.
Zur Zuführung des WechseN' stromes dienen hier wieder Rohrschellen 16,"' der Gleichstrom
wird vom Grundmetall der Gleichrichterrohre 13 abgenommen.
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Will man z. B. bei Luftlühlung die rohrförmigen Gleichrichterelemente
in Reihenschaltung oder in der Grätzschen Brückenschaltung anwenden, so verbindet
man zweckmäßig die einzelnen Gleichrichterrohre miteinander und mit den Behälterwandungen
durch ölfeste Gummischläuche oder durch Rohrstücke aus Isolierstoff, in welche die
Gleichrichterrohre eingeschraubt werden. Die elektrische Reihenschaltung von zwei
Rohrteilen geschieht dann am besten über das isolierende Rohrstück hinweg mittels
einer metallischen Spange, die bei dem einen rohrförmigen Gleichrichterelemerit
die äußere Metallschicht, bei dem anderen das von der wirksamen Schicht freie Rohrende
berührt. Man kann statt dessen auch die Gleichrichterrohrteile und das isolierende
rohrförmige Zwir schenstück- durch Vermittlung eines - geeigneten Kittes
miteinander verbinden. Zur Herstellung der Zwischenstücke können Preßstoffe der
verschiedensten A- rt verwendet werden.
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Bei einem auf die angegebene Weise herge,-stellten und angeordneten
Kupferoxydtilgleichrichter läßt sich, da Kupfer ein sehr guter Wärmeleiter ist,
mit dein Verfahren gemäß der Erfindung eine vorzügliche Kühlwirkung erzielen, die
es gestattet, die in der Sperrschicht, d. h. zwischen X upf er und Kupferoxydul,
entstehende Joulesche Wärme mit einem sehr geringen Temperattirgefälle an.das durch
das Rohrinnere hindurchgeleitete Kühlmittel abzuführen. Da die Durchschlagsgefahr
und die Höhe des Rückstromes bei Kupferoxydulgleichrichtern mit der Temperatur der
Sperrschicht ansteigt, bietet das be-
schriebene Kühlverfahren, zumal es eine
starke Absenkung der Sperrschichttemperatur gestattet, die Möglichkeit, die Gleichrichterelernente
spannungsmäßig besonders stark auszunutzen. Man kann z. B. die Spannung auf der
Gleichstromseite von dem bisher üb-
lichen Wert von 6 Volt ohne Bedenken
auf 8
bis io Volt steigern. Da, die Verluste in der Stromdurchlaßrichtung
durch diese Spannungserhöhung nicht beeinflußt werden, gelingt #es auf diese Weise,
die Wattverhiste des Gleichrichters um etwa ein Drittel herabzusetzen und den Wirkungsgrad
entsprechend zu erhöhen.
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Verwendet man als wirksarne Schicht Selen, so ist es Z'weckrnäßig"die.
Selenschicht auf ein eisernes Rohr aufzubringen und - sie nach der Wärmebehandlung
mit einem Spritznigtallüberzug zu versehen. Man kann jedoch -s##tt dessen auch Aluminiumrohre
venvenden, indem man sie auf der Außenseite oxydiert oder vernickelt und dann die
Selenschicht aufbringt. Bei Eisen-Selen-Gleichrichtern ist die eigentliche Sperrschicht
von dem das Grundmetall bildenden Eisenrohr durch die dazwischenliegende Selenschicht
getrennt, DaSelen eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit hat, ist es zweckmäßig,
auch die Außenseite der rohrförmigen Selengleichrichterelemente zu kühlen. Dies
kann entweder dadurch geschehen, daß man in dem die Gleichrichterrohre von außen
umgebenden feuchtigkeitsa-bw!##isenden Mittel (Öl oder Luft) von einem Kühlmittel
durchströmte- Rohre vorsieht; man kann jedoch auch ohne solche Kühlrohre eine gute
Kühlung der Außenseite der rohrförmigen Selengleichrichterelemente da,durch erzielen,
daß ma;ri die Auflenseife derselben nur stellenweise mit der wirksamen Schicht bedeckt,
während an den übrigen Stellen der Außenseite -das. Grundmetall freiliegt, so daß
es ebenso, wie -das Grundmetall der Rohrinnenseite zur Wärmeahführung nach außen
dienen kann.
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In der angegebenen Weise aufgebaute und gekühlte Trockengleichrichterelemente
eignen sich mit besonderem Vorteil zur Speisung galvanischer Bäder und anderer elektrocheinischer
Stromverbraucher, also insbesondere da- wo es sich um große Stromstärken und niedrige
Spannungen handelt und wo zugleich die. Luft gewöhnlich feucht lind durch Säuredämpfe
verunreinigt ist, während Kühlwasser meist zur Verfügung steht.
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Da die beschriebenen Trockengleichrichterelemente. eine verhältnismäßig
hohe Belastung vertragen, lassen sie sich nicht nur mit besonders gutem Wirkungsgrad,
sondern auch mit räumlich verringerten Abmessungen ausführen; in manchen Fällen
geht der Platzbedarf dieser Trockengleichrichter bis auf 1/1, des bisher Notwendigen
herunter. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der, daß eine sehr intensive Kühlung
ohne rotierende oder auf andere Weise mechanisch bewegte Teile, wie Lüfter oder
Pumpen, - erreicht wird. Ferner können die Gleichrichter, da ihre wirksame
Schicht gegen die Außenatmosphäre gasdicht abgeschlossen ist, auch in elektrochemischen
Betrieben unbedenklich in nächster IN- ähe der Gleichstromverbraucher angeordnet
werden.
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Handelt es sich um die Speisung von Schweißein.richtungen oder anderen
Stromverbrauchern, die ortsbeweglicheGleichrichter größerer Leistungen erfordern,
so erweist es sich als zweckmäßig, die röhrenförmigen
Gleichrichterelemente
nicht durch strömendes Kühlwasser, sondern mittels Kühlluft zu küh-
len. Auch
kann man in diesem Fall als Kühlmittel eine Flüssigkeit, z. B. Wasser oder
Öl,
verwenden, die in einer besonderen luftgekühlten Einrichtung zurückgekühlt
wird.