DE7838461U1 - Lagereinrichtung fuer gleichrichterdioden bei elektrischen maschinen - Google Patents

Description

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18. Sept. 1978

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Lagereinrichtung für Gleichrichterdioden bei elektrischen Maschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Lager- und Kühleinrichtung für Gleichrichterdioden bei elektrischen Maschinen, insbesondere Drehstromgeneratoren nach der Gattung des Hauptan-•pruchs. Drehstromgeneratoren sowie Lager- und Kühleinrichtungen für bei diesen benötigten Gleichrichterdioden sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Der grundsätzliche Aufbau eines Drehstromgenerators umfaßt üblicherweise eine dreiphasige Ständerwicklung als feststehenden Leitungsteil sowie einen Läufer, auf dessen Welle die Magnetpole mit Erregerwicklung sowie bei der überwiegenden Zahl der Ausführungsformen zwei Schleifringe sitzen. Die Schleifringe über-

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tragen den Erregerstrom auf die umlaufende Erregerwicklung.

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 Generators erzeugte dreiphasige Wechselstrom gleichgerichtet werden, was mit Hilfe der erwähnten Gleichrichterdioden geschieht.

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 sog. Minusdioden und drei Plusdioden unterteilt, die jeweils mit ihrer Kathode bzw. 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 wird dann die von jeweils einer Phase der Ständerwicklung kommende Wechselspannung zur Gleichrichtung zugeführt.

Da die verwendeten Gleichrichterdioden Halbleiterdioden sind, dürfen diese nur bis zu bestimmten Temperaturen erwärmt werden und entstehende Verlustwärme muß mit Sicherheit abgeführt werden, damit die Dioden nicht über eine vorgegebene Temperatur erwärmt werden. Zu diesem Zweck sind die Dioden in sog. Kühlkörpern eingebaut; zur Aufnahme der Gleichrichterdioden sind bei bekannten Gleichrichtersystemen üblicherweise zwei oder drei Kühlbleche vorgesehen. Bei größeren Drehstromgeneratoren kann auch ein aus drei Kühlkörpern bestehendes Gleichrichtersystem vorgesehen sein.

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Die elektrische Verbindung mit dem Drehstromteil erfolgt entweder über eine Drahtbrücke oder über die Kühlbleche. Die Anwendung der bekannten Kühlkörper senkrecht zur Strömungsrichtung ist ungünstig für die Wärmeabfuhr; außerdem bringt der Einsatz bekannter verrippter massiver Metallteile als Kühlkörper zwar Vorteile bei der Kühlung, ist jedoch bezüglich des Ausgangsmaterials in der Herstellung teuer. Außerdem ergibt sich eine vergleichsweise arbeitsintensive Montage.

Es besteht Bedarf nach einem kostengünstigen, einfach herzustellenden und einfach zu montierenden Gleichrichtersystem, welches gleichzeitig eine wirksame Kühlung sicherstellt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lager- und Kühleinrichtung für Gleichrichterdioden mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß für die Halterung und Lagerung der Gleichrichterdioden günstig im Kühlluftstrom einfache Blechbiegeteile eingesetzt werden können, die neben einem erheblichen Kostenvorteil auch den Montageaufwand wesentlich reduzieren.

Werden entsprechend vorgebogene Schienen und Kühlbleche bei einem solchen in "Schienenbauweise" hergestellten erfindungsgemäßen Gleichrichtersystem verwendet, dann lassen sich durch eine automatische Zuführung der Bauelemente alle wesentlichen Arbeitsgänge mechanisieren; die so vorgefertigte Gleichrichterbaueinheit braucht dann lediglich noch mit entsprechenden Halte- und Lagerteilen des Drehstromgenerators verbunden und die elektrischen Anschlüsse hergestellt zu werden.

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Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Ausführungsform einer außen liegenden Stromschiene mit Aussparungen zur Aufnahme von Dioden, Figur 2 eine vervollständigte Ausführungsform für die Herstellung von vorzugsweise vorgefertigten Gleichrichterkühl- und Lagersystemen, die sich insbesondere für eine automatische Montage eignet, Figur 3 ein fertiges Gleichrichtersystem, eingesetzt in einen lediglich angedeuteten Drehstromgenerator, Figur 4 das Gleichrichtersystem der Figur 3 in einer Seitenansicht, Figur 5 eine weitere Ausführungsform eines fertigen, in einen Drehstromgenerator eingesetzten Gleichrichtersystems und Figur 6 in schematischer Darstellung ein elektrisches Schaltbild, aus dem die Verbindungen der Dioden zu der Drehstromgenerator-Ständerwicklung hervorgehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, Gleichrichterkühl- und Lagersysteme für elektrische Maschinen, insbesondere für Drehstromgeneratoren mit geringstem Materialaufwand und kostengünstig, aber dennoch äußerst kühlintensiv in einer sog. Schienenbauweise herzustellen, wobei bei der in der Zeichnung dargestellten Ausf.ührungsform jeweils zwei Stromschienen und drei Kühlblech-Schienen vorgesehen sind, die zusammen mit den in diesem Fall insgesamt sechs Leistungsdioden ein fertiges Gleichrichtersystem, vorzugsweise in vorgefertigter Form und unter Verwendung nur ganz weniger Einzelteile bilden, welches dann an geeigneter Stelle an oder in der elektrischen Maschine

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(Drehstromgenerator) befestigt werden kann. Bei dieser Befestigung können mindestens teilweise auch schon die elektrischen Anschlüsse hergestellt werden.

Die Darstellung der Fig. 1 zeigt eine dar beiden seitlichen äußeren Stromschienen 1a, die, wie in Fig. 2 gezeigt, in paralleler Position zu einander angeordnet sind und zwischen sich die Kühlbleche und die Gleichrichterdioden lagern.

Beide Hauptbaukomponenten, nämlich die Stromschienen 1a, 1b und die Kühlbleche 2a, 2b, 2c (Fig. 2) können mit Vorteil und sind bei einem praktischen Ausführungsbeispiel einfache Blechbiegeteile, die sich kostengünstig herstellen und bearbeiten lassen.

Wie in Fig. 1 gezeigt,werden in die die beiden Stromschienen 1a und 1b bildenden Blechbiegeteile, die die Form von länglichen Metallstreifen aufweisen, in bestimmten Abständen Aussparungen 3, 3a, 3b... gestanzt, die der Aufnahme zumindest von Teilbereichen der Dioden dienen.

Für eine automatisierte Herstellung, bei der vollständige Gleichrichtersysteme im schnellen Ablauf hergestellt werden können, werden die die Stromschienen 1a, 1b bildenden Metallstreifen mit vorgegebener Breite, aber beliebiger Länge verwendet, und es werden in diese Metallstreifen dann aufeinanderfolgende Sätze der Aussparungen 3, 3a,... eingestanzt; der Trennvorgang kann dann zu einem späteren Zeitpunkt und unter Umständen erst dann vorgenommen werden, wenn wie in Fig. 2 gezeigt, die Vormontage eines fertigen Gleichrichtersystems abgeschlossen ist. Die Trennung erfolgt dann an den gestrichelten, mit A bezeichneten Stellen der Stromschienen la und 1b.

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Die Gleichrichterdioden 4a, 4b, die mindestens mit einem Teil in die Aussparungen 3, 3a, 3b der Stromschienen eingesetzt werden, können die in Fig. 2 gezeigte Form aufweisen, d.h. sie verfügen über einen verdickten Mittelteil 5 und zwei seitliche, sich gegenüberliegende, gegenüber dem Mittelteil 5 verjüngte Ansätze 6 und 7, die jeweils auch gleichzeitig die Kathoden- und Anodenanschlüsse jeder Diode bilden, die selbstverständlich zueinander isoliert sind.

Entsprechend Fig. 1 sind dann die Dioden 4a, 4b mit ihren Ansätzen 7 zur Lagerung in die Aussparungen 3, 3a, 3b eingesetzt; sie können in diesen Aussparungen im Preßsitz gehalten sein oder auch in einem späteren, vorzugsweise automatischen Arbeitsvorgang verlötet werden. In diesem Fall sind die Dioden als Lötdioden ausgebildet und können entsprechend vorbereitet sein. Die Lötung kann auch im Tauchbad von der Rück- oder Außenseite der Stromschiene aus erfolgen.

Zur Erleichterung des Einsetzens der Diodenrückteile oder Ansätze 7 in die Aufnahmeöffnungen der Stromschiene können die Aussparungen 3, 3a, wie in Fig. 1 genauer gezeigt, über einen sich konisch oder sonstwie öffnenden Einführungsbereich 8 und den eigentlichen, beim Ausführungsbeispiel runden Sitz- oder Lagerbereich 9 verfügen.

Vervollständigt wird der Aufbau eines solchen Gleichrichtersystems in Schienenbauweise durch die Kühlblechstreifen 2a, 2b, 2c (Fig. 2), die innenliegend zwischen den parallel geführten Stromschienen 1a, 1b angeordnet sind und sich jeweils im wesentlichen quer zwischen den Stromschienen zur Verbindung jeweils einander zugeordneter Dioden erstrecken, so daß so auch eine elektrische Verbindung für jeweils ein,

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einer Phase der Ständerwicklung zugeordnetes Diodenpaar gebildet wird. Die Kühlblechstreifen, die ebenfalls als einfache Blechbiegeteile ausgebildet sein können, sind mit ihren parallel zu den Stromschienen 1a, 1b abgebogenen bzw. verlaufenden Endbereichen 10a, 10b an den inneren Ansätzen 6 der Dioden 4a, 4b befestigt, wobei die Befestigung in ähnlicher Weise erfolgen kann, wie die der Stromschienen βλ den äußeren Ansätzen der Dioden; es ist aber auch möglich, daß die Endbereiche lediglich über Aufnahmeöffnungen verfügen, in welche die inneren Diodenansätze 6 eingeführt und dann verlötet werden.

Auf das sich aus der Darstellung der Fig. 2 ergebende Montageverfahren zur Vorfertigung von Gleichrichtersystemen wird weiter unten noch eingegangen; die Darstellung der Fig. 3 zeigt zunächst den Einsatz eines fertigen Gleichrichtersystems mit äußeren, beldseitigen Stromschienen 1a¹, 1b¹, den beiden zwischen die Stromschienen und die inneren Kühlbleche 2a¹, 2b¹, 2c¹ beidseitig eingesetzten Gleichrichterdioden 4a', 4b¹ und den bei diesem Ausführungsbeispiel einen mehr oder weniger stark ausgeprägten stumpfen Winkel bildenden Kühlblechen 2a¹, 2b¹, 2c¹. Die Kühlbleche,deren der Befestigung der Dioden dienenden Endbereiche ohnehin parallel zu den Stromschienen laufen, sind mittig so gebogen, daß der raumsparende einfache Einsatz in einen freien Bereich an einem Ende eines Drehstromgenerators möglich ist, der durch die zwei konzentrisch dargestellten Kreise 11 und 12 angedeutet ist. Dabei deutet der innere Kreis 12 das Schleifringlager des Drehstromgenerators an bzw. dessen Platzbedarf. Bei dem Einbau des Gleichrichtersystems in den jeweiligen Drehstromgenerator kann diesem eine Luftleit-Anordnung 13 zugeordnet sein, die über Schlitze 13a im Bereich der Kühlbleche verfügt, auf die dann ein Luftstrom gerichtet ist. Die Kühlbleche ziehen von

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den Dioden überschüssige Verlustwärme ab und kühlen die |

Dioden effektiv, wobei im übrigen auch die Dioden und die !

Stromschienen selbst bei der erfindungsgemäßen Einrichtung '

noch im Kühlluftstrom liegen und ergänzend gekühlt j

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Wird eine bessere Raumausnutzung für den Kühlluftbedarf angestrebt, dann können die Kühlblechstreifen und die Stromschienen auch so gebogen und ausgebildet sein, wie in Fig. 5

gezeigt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 verfügen die ' beidseitigen Stromschienen 1a" und 1b" über eine abgetreppte Form, während die Kühlblechschienen 2a", 2b" und 2c" eine « polygone, im wesentlichen einem Halbkreis folgende Form | aufweisen. Es versteht sich, daß entsprechend Fig. 5 die | Kühlbleche auch einer echten Kreisform folgen können; die i vorzugsweise der Kühlluftleitung dienende Unterlage 1.' kann auch der (ergänzenden) Befestigung des Gleichrichtersystems dienen, indem an den verbliebenen Stegen 14 und 15 Halteoder Rastnasen für die Kühlblechstreifen und/oder die Stromschienen 1a", 1b" angeordnet sind, in welche die Schienenelemente des Gleichrichtersystems allgemein eingeschnappt werden können.

Die Fig. 4 zeigt das Gleichrichtersystem der Fig. 3 in einer Seitenansicht; man erkennt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Stromschiene schmaler als die Kühlblechschienen sind; bei 16 ist eine Befestigungsbohrung angedeutet, beispielsweise für den Anschluß einer elektrischen Zuleitung. Die Darstellung der Fig. 6 zeigt eine mögliche elektrische Schaltung der Gleichrichterdioden bei einem Drehstromgenerator; die zusammengefaßten Anoden der Minusdioden 17 sind dann in Anwendung auf das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mit der Minusstromschiene 1a und die zusammengefaßten Kathoden der Plusdioden 18 mit der Plusstrom-

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schiene 1b verbunden. Jeweils die Kathode einer Minusdiode ist über ein Kühlblech mit der Anode der zugeordneten, an die gleiche Phase angeschlossenen Plusdiode verbunden. Die Kühlbleche stellen daher auch den Kontakt zur Ständerwicklung 19 des Drehstromgenerators her und können entsprechende elektrische Anschlüsse aufweisen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist, wie weiter vorn schon erwähnt, auch in der Lage, das Herstellungs- und Montageverfahren solcher Gleichrichtersysteme erheblich zu vereinfachen; unter Bezugnahme auf Fig. 2 läßt sich erkennen, daß die Bestückung der Längsblechstreifen der Stromschienen 1a, 1b mit den jeweils zugeordneten Dioden im automatischen Ablauf erfolgen kann, wobei der Montagevorschub entsprechend dem Pfeil B verläuft. Nach der Bestückung mit den Dioden im Bereich C des Montagebandes erfolgt der (kontinuierliche) Weitertransport zum Bereich D, wo automatisch die vorgebogenen Kühlblechstreifen eingesetzt und verlötet werden können. Anschließend erfolgt dann die Abtrennung der einzelnen, so gebildeten Gleichrichterbaueinheiten und deren Einsatz in einem Stück an die vorbereitete Stelle des Drehstromgenerators; eine der elektrischen Verbindungen, nämlich der Minuspolanschluß läßt sich dann durch eine Verschraubung der diese Polarität führenden Stromschiene mit dem Generatorgehäuse vornehmen, die anderen Anschlüsse müssen isoliert geführt werden.

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Zusammenfassung

Es wird eine Lager- und Kühleinrichtung für Gleichrichterdioden bei elektrischen Maschinen, insbesondere Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, die eine wirkungsvolle Kühlung der Dioden mit geringem Material- und Kostenaufwand verbindet. Gleichzeitig läßt sich der Montageaufwand reduzieren. Die Lagereinrichtung umfaßt erste, bevorzugt aus einfachen Blechbiegestücken bestehende Metallstreifen, die außen liegen und zueinander parallel geführt sind und an denen jeweils die Hälfte der vorhandenen Dioden mit ihren einen Seiten elektrisch leitend befestigt sind. Es sind zweite innenliegende vorgebogene Metallstreifen, die bevorzugt ebenfalls Blechbiege-

stücke sind, vorgesehen, die mit ihren Endbereichen so an

den anderen Seiten der an den ersten Metallstreifen befestigten Dioden befestigt sind, daß jeweils einander zugeordnete Dioden elektrisch leitend verbunden sind, wobei

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ersten Metallstreifen erstrecken und im Kühlluftstrom liegende Kühlkörper bilden.

Claims (8)

] 364/ot/hn 3. 8. 1979 Firma Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1 SCHUTZANSPRÜCHE

1. Lager- and Kühleinrichtung für Gleichrichterdioden bei elektrischen Maschinen, insbesondere Drehstromgeneratoren für mobile Einheiten, Kraftfahrzeuge u. dgl. , wobei jeweils mit einer Phase der Ständerwicklung verbundene Gleichrichterdiodenpaare in Kühlkörpern gehalten sind, gekennzeichnet durch zwei außenliegende, Stromschienen (la, Ib; la', Ib'; la", Ib") bildende erste Metallstreifen (Blechbiegestücke), in die jeweils die Hälfte der vorhandenen Dioden (4a, 4b; 4a', 4b') mit ihren einen Seiten elektrisch leitend befestigt ist, sowie durch zweite innenliegende Metallstreifen (Blechbiegestücke 2a, 2b, 2c; 2a', 2b', 2c¹), deren Endbereiche an den anderen Seiten der Dioden befestigt sind, wobei der jeweils zwei Dioden miteinander verbindende zweite Metallstreifen als Kühlkörper zwischen den ersten Metallstreifen im Kühlluftstrom des Generators liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromschienen (la, Ib, la', Ib', la", Ib") bildenden Metallstreifen zur Aufnahme zumindest von Teilbereichen der Gleichrichterdioden Aussparungen (3, 3a) aufweisen und daß nach innen vorspringende Diodenteilbereiche bei parallel zueinander angeordneten äußeren Stromschienen von den Kühlkörper-Metallstreifen kontaktiert sind und mit diesen in wärmeleitender Verbindung stehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-

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net, daß die Endbereiche (1Oa, 1Ob) der Kühlkörper-Metallstreifen (2a, 2b, 2c) parallel zu den Stromschienen verlaufen und die mittleren Bereiche unter Einschluß eines Winkels so gekrümmt sind, daß das Gleichrichtergesamtsystem unter Freilassung eines mittleren Bereiches in etwa halbkreisförmig in einen Drehstromgenerator einsetzbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper-Metallstreifen (2a", 2b", 2c") polygon abgewinkelt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitigen Stromschienen eine abgetreppte, sich nach außen öffnende Form aufweisen, wobei die die Gleichrichterdioden aufnehmenden Lagerbereiche der Stromschienen und der Kühlkörper-Metallstreifen zueinander jeweils parallel verlaufen.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Stromschienen (1a, 1b; 1a¹, 1b¹; 1a", 1b") als auch Kühlkörper-Metallstreifen (2a, 2b, 2c; 2a¹, 2b¹, 2c¹; 2a", 2b", 2c") Blechbiegeteile sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche Ibis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterdioden (4a, 4b) einen mittleren verdickten Bereich (5) und beidseitige Ansätze (6 und 7} zur Einführung in Aufnahmeöffnungen an den Stromschienen und/oder den Kühlkörper-Metallstreifen aufweisen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden in die Aufnahmeöffnungen von Stromschienen

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und/oder Kühlblechstreifen eingepreßt oder eingelötet sind.