Anordnung rotierender Gleichrichterelemente in einer elektrischen Maschine Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen rotie render Gleichrichterelemente in einer elektrischen Ma schine bei welcher Gleichrichterdioden unter Zwischen schaltung von Kühlkörpersegmenten an einem Ring flansch oder Trägerring gehalten sind. An derartige Anordnungen müssen bekanntlich in verschiedener Be ziehung hohe Ansprüche gestellt werden, die häufig nur schwer zu erfüllen sind.
Im besonderen kommt es dar auf an, auch bei grossen Strömen und Anwendung einer grossen Diodenzahl eine günstige, übersichtliche Anord nung der Zuleitungen zu erzielen, die eine Auswechse lung einzelner Gleichrichterelemente zulässt. Ein weite res wesentliches Erfordernis derartiger Anordnungen be steht darin, dass - abgesehen von der Aufnahme der Fliehkräfte - von den Gleichrichterdioden Biegungs- beanspruchungen, die bei Stössen oder Kurzschlüssen auftreten können ferngehalten und schädliche Beeinflus sungen der Leitungen durch solche Kräfte vermieden werden.
Eine weitere wesentliche Bedingung für die Aus bildung derartiger Gleichrichteranordnungen besteht darin, dass störende örtliche Erwärmungen mit Sicher heit ausgeschlossen sind.
Gegenstand der Erfindung ist eine diesen Erforder nissen entsprechende Anordnung rotierender Gleich richterelemente in einer elektrischen Maschine mit unter Zwischenschaltung von Kühlkörpersegmenten an einem Ringflansch oder Trägerring gehaltenen Gleichrichter dioden, die sich dadurch auszeichnet, dass die Dioden oder die Diodengruppen innerhalb von Diodenhaltern angeordnet sind, über die einerseits der Stromübergang zwischen einem Klemmenteil der Dioden und den zur Stromleitung herangezogenen Kühlkörpern erfolgt und die andererseits an ihrem radial innenliegenden Teil ein Kontaktsystem für die Stromführung abstützen.
Zur Vereinfachung der Fertigung und Ermöglichung einer leichten Herstellung können die Diodenhalter mehrteilig, und zwar aus einer Kontaktplatte, einem Haltejoch zum Festspannen eines Diodenflansches an der Kontaktplatte sowie einem als Träger des Kontakt systems dienenden Isolierkörper bestehen, wobei die ge- nannten Teile des Diodenhalters mit entsprechenden Aussparungen oder Bohrungen die Dioden umschliessen und durch Befestigungsmittel zusammen an den Kühl körpern befestigt sind.
Die vorgeschlagene Anordnung zeichnet sich vorteil haft dadurch aus, dass die Anordnung der zugleich ein Kontaktsystem für die Stromführung tragenden Dioden halter ermöglicht, sowohl einen günstigen Stromüber gang von den Dioden auf die Kühlkörpersegmente bei kleinem Übergangswiderstand zu erzielen, als auch eine Sicherung der Dioden gegen in Umlaufsrichtung liegen de Stossanspruchungen bei Laständerungen oder Kurz schlüssen dadurch herbeizuführen, dass unter dem Ein- fluss der Verspannung und der zusätzlichen Fliehkräfte des Diodenhalters sowie des von diesem getragenen Kon taktsystems eine äusserst sichere,
Kippbewegungen der Dioden ausschliessende stabile Abstützung an den Kühl körpern bzw. Vorsprüngen dieser Kühlkörper erzielt wird.
Eine sehr vorteilhafte, die leichte Auswechselung von Gleichrichterelementen ggf. ermöglichende Ausbildung des von den Diodenhaltern getragenen Kontaktsystems kann dadurch erreicht werden, dass in Aussparungen der Diodenhalterisolatoren liegende Kontaktplatten mit radial nach innen liegenden Kontaktbolzen der Dioden verspannt sind, an welche seitlich parallel zu den Dio den angeordnete radial nach aussen geführte Zuleitun gen angeschlossen sind.
Werden innerhalb der Gleichrichterschaltung jeweils gruppenweise zwei oder mehr Dioden in jedem Strom zweig in Parallelschaltung angeordnet, so kann die Anordnung derart getroffen werden, dass die an den Diodenhalterisolatoren abgestützten Klemmplatten des Kontaktsystems die Kontaktbolzen wenigstens zweier in axialer Richtung hintereinander angeordneter Gleich richterdioden brückenartig verbinden, wobei radial nach aussen geführte Stromzuleitungen zwischen zwei Dio- denklemmbolzen liegen und ebenfalls zwischen den Klemmplatten eingespannt sind.
Die vorgesehene Aus bildung des Kontaktsystems mit den radial nach aussen geführten Anschlussleitungen hat den grossen Vorteil zur Folge, dass der Raum zwischen den Dioden bzw. Diodenhaltern und der Welle von Anschlussleitern zu den radial innenliegenden Diodenteilen bzw. Diodenhaltern völlig frei gehalten werden kann.
Vorteilhafterweise werden die zunächst radial nach aussen verlaufenden Zuleitungen (Wechselstromzuleitun- gen) zu den innerhalb der Diodenhalter liegenden Kon taktsystemen ausserhalb der Dioden in axialer Richtung abgebogen und durch Nuten oder Kanäle innerhalb der die Dioden tragenden Kühlkörpersegmente zu Klemmen ausserhalb des Gleichrichterträgerrades geführt. Über diese Klemmen kann ggf. die Zuführung des Wechsel stromes zu den Dioden erfolgen.
Hinsichtlich der Stromableitung kann eine übersicht liche, jegliche Leitungskreuzungen vermeidende, gegen seitliche Stosskräfte und Fliehkraftbeanspruchungen si chere Anordnung dadurch erzielt werden, dass die Kühl körpersegmente vorzugsweise im Bereiche ihrer Stirn seiten über in Axialebenen im wesentlich radial verlau fende angeordnete Verbinder mit Sammelringen der Welle des Gleichrichterträgerrades verbunden sind, von denen über axial versetzte Stromanschlussbolzen eine Stromableitung zu in der erwähnten Welle verlegten Er regerstromzuleitungen erfolgt.
Wie bereits angedeutet war, muss bei Gleichrichter anordnungen der erwähnten Art bei grossen . Strömen eine verhältnismässig grosse Anzahl von Dioden inner halb der Gleichrichterträgerräder vorgesehen sein. Eine für die Unterbringung der Zu- und Ableitungen äusserst günstige Anordnung kann dadurch erzielt werden, dass innerhalb eines Trägerrades in axialer Richtung versetzt in wenigstens zwei Radialebenen über den Umfang ver teilte Kühlkörpersegmente angeordnet sind, die vorzugs weise aufgesonderten Kühlkörpervorsprüngen axial ne beneinander liegend je zwei oder mehr parallel geschal tete Dioden tragen.
Hierbei können die Kühlkörpervor- sprünge durch Kühlkanäle innerhalb der Kühlkörper segmente gebildet werden, wobei zur Herbeiführung eines Temperaturgefälles innerhalb der Kühlkörper vorsprünge letztere mit Rippen oder dgl. versehen sind.
Im folgenden soll die Erfindung näher anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine rotieren de Gleichrichtergruppe, Fig. la gibt die zugehörige Schaltung wieder.
Fig.2 zeigt einen Teilschnitt durch den rotierenden Gleichrichter in der Ebene IV-IV der Fig. 1.
Die Figuren 3 und 4 zeigen in Draufsicht und Sei tenansicht in vergrösserter Darstellung die Anordnung eines Diodenpaares in einem Diodenhalter aus Fig. 1, die zwei axial hintereinander liegende, an ihren freien Enden mittels Klemmplatten elektrisch verbundene Dio den aufweist.
Fig.5 zeigt im einzelnen perspektivisch eine An sicht der Teile einer Gleichrichterabstützung gemäss Fig. 4.
Fig. la veranschaulicht im Prinzip die Schaltung einer erfindungsgemäss ausgebildeten Gleichrichteranordnung. Es bedeuten 40 die Ankerwicklung der Wechselstromer regermaschine und 54 die mit Gleichstrom zu speisende Wicklung des Induktors einer Synchronmaschine. Die Gleichrichter 74 und 74' sind in Drehstrombrücken- schaltung zwischen Erregermaschine 40 und Erreger wicklung 54 eingeschaltet.
Jede Phasenzuleitung ist an mehrere parallele Gleichrichterzweige angeschlossen, von denen ein die Gleichrichter 74 bzw. 74' enthaltender Zweig vollkommen dargestellt ist, während die anderen Zweige AI AIO, BI BIO und C, CIo nur angedeutet sind. Je zwei parallel arbeitenden Gleichrichtern ist eine Si cherung 48 bzw. 49 vorgeschaltet.
Figur 1 lässt näher die erfindungsgemässe Ausbil dung eines rotierenden Gleichrichteraggregates in einem Querschnitt erkennen, dessen Gleichrichter in einem Trägerrad 60 angeordnet sind. Das Trägerrad 60 kann als Träger für einige oder alle Elemente des Gleich richterkreises dienen. Der Durchmesser des Trägerra des 60 wird so klein wie möglich gehalten, um die Ver luste durch Gasreibung sowie auch die auftretenden Kräfte an den Teilen des Gleichrichteraggregates gering zu halten.
Der Nabenkörper 62 des Trägerrades 60 mit einem Flanschring 64 sitzt auf der Welle 22. Der Nabenkör- per 62 weist an seinem Umfang versetzt eine Anzahl Löcher 66 zur Kühlung des Raumes innerhalb des Rad- flanches 64 auf. Er ist angrenzend an den Flanschring 64 mit einer Anzahl von Leiternuten 68 an seinem äus- seren Umfang versehen. An der Innenfläche 72 des Flanschringes 64 ist eine Anzahl von Dioden 74, 74' (vgl. Figur la) mittels der Halteteile 76 befestigt.
Inner halb des Flanschringes 64 sind nebeneinander zwei Rei hen 78 und 80 von Dioden 74, 74' über den Umfang verteilt vorhanden, wobei in jeder Reihe zwei Dioden 74 bzw. 74' in Axialrichtung nebeneinander mit Ab stand angeordnet sind.
Die Dioden 74, 74' sind mit segmentförmigen Kühl körpern 82 und 84 verbunden, die voneinander getrennt sich über den inneren Umfang 72 des Gleichrichterrades 60 erstrecken und von letzterem durch wenigstens eine Schicht 86 aus geeignetem Isoliermaterial getrennt sind. Die Kühlkörper 82, 84 sind an dem Flanschring 64 mit tels nicht dargestellter Bolzen oder dgl. isoliert befe stigt und ermöglichen eine wirksame Wärmeabfuhr von den Dioden 74, 74'.
Letztere sind auf vorspringenden Teilen 88 der Kühlkörpersegmente angeordnet, die durch axial verlaufende Kühlkanäle begrenzt sind und ein be trächtliches Temperaturgefälle zwischen den Dioden und dem äusseren zusammenhängenden Teil der Kühlkör- persegmente 82 ermöglichen.
Die Dioden sind an den Vorsprüngen 88 der Kühl körpersegmente 82 bzw. 84 zu je zwei durch mehrtei lige Haltesysteme, d.h. Diodenhalter 76 befestigt. Die Figuren 3 bis 5 veranschaulichen die Diodenhalterbe- festigung näher. Die einzelnen Dioden können in Nuten der Kühlkörpervorsprünge 88 eingeschoben oder mit einem Schraubvorsprung im Gewinde der genannten Vorsprünge eingeschraubt sein.
Die mehrteiligen Dio- denhalter 76 bestehen im wesentlichen aus einer Kon taktplatte 92., einem Haltejoch 94 sowie Isolierkörpern 102 nebst Befestigungsmitteln.
Die Kontaktplatte 92 dient zur Stromüberleitung von den Dioden zu den Kühlkörpervorsprüngen 88 sowie ausserdem zur seitlichen Abstützung der Dioden. Die Diodenkörper 90 werden dabei mittels der Kontakt flansche 100 durch die Haltejoche 94 an den Schultern 101 in Aussparungen der Kontaktplatten 92 angepresst. Die Haltejoche sind mit ihren Bohrungen 96, 98 passend über die Diodenkörper 90 geschoben, wobei zwischen den Haltejochen 94 und den Diodenflanschen <B>100</B> ela stischen Ringscheiben 99 vorgesehen sind.
Bezogen auf die Maschinenwelle radial innerhalb der Kontaktplatten 92 un der Haltejoche 94 liegen dei brückenförmigen Isolierkörper 102 mit den Öffnungen 104 und 106, wel che mit Abstand über die Diodenkörper 90 passen. Die Teile des Diodenhaltersystems 76 werden durch Bolzen 108 an dem Flansch 64 bzw. den Kühlkörpervorsprün- gen 88 gehalten, wobei die Bolzen sich durch Ausneh- mungen der Isolierkörper 102 des Haltejoches 94 bzw. der Kontaktplatte 92 erstrecken.
Die Kontaktplatten 92 und die Haltejoche 94 können für sich durch Schrauben 110 verbunden sein. Auf dem angegebenen Wege ermög lichen die Haltejoche eine sichere Seitenabstützung für die Dioden.
Die Dioden 74 jedes Diodenpaares sind durch ein Kontaktsystem 114 parallelgeschaltet und leitend mit Anschlussklemmen 112 ausserhalb des Gleichrichterträ- gerrades verbunden, wobei die Klemmen 112 in einer, in der Zeichnung nicht weiter veranschaulichten Weise mit einem Schmelzsicherungssystem (vgl. Figur la) in Ver bindung stehen.
Das Kontaktsystem 114 besteht aus den die Dioden klemmen 136, 138 (vgl. Fig. 3) verbindenden beiden profilierten Klemmplatten 116 und 118 von identischer Formgebung, die hochkannt in Aussparungen 137 des Isolierkörpers 102 eingreifend um 180 versetzt angeord net sind. Diese Anordnung hat zur Folge, dass durch die Fliehkräfte des Kontaktsystems 114 bzw. der Klemm platten 116, 118, die radial auf den Isolierkörper 102 übertragen werden und verhältnismässig grosse Werte annehmen, sowohl der Kontaktdruck der Kontaktplatte 92 erhöht als auch die seitliche Abstützung der Dioden (Stabilität) bedeutend verbessert wird.
Das Kontaktsystem 114 umfasst ausserdem noch den mit einer Isolierumkleidung versehen laschenförmigen Leiter 120, der sich von den Klemmplatten 116 u. 118 durch die öffnungen 122, 124 und 126 in den Isolier block 102, dem Haltejoch 94 und der Kontaktplatte 92 des Diodenhalters 76 erstreckt (vgl. Figur 5). Die Klemm platten 116 und 118 werden an den Diodenklemmen 136, 138 durch Schraubenbolzen 132 angespannt.
Die mit den Klemmplatten 116, 118 durch einen Schraubenbolzen 130 unter Herstellung eines Kontaktes verspannten oben erwähnten Leiter 120 welche radial nach aussen geführt sind, sind nach dem Durchtritt durch die Diodenhaltersysteme 76 um etwa 90 abgebogen und in axialer Richtung aus dem Gleichrichterträgerrad her ausgeführt. Die Leiter 120 für die Diodenreihe 80 ver laufen durch Nuten 129 in den Kühlkörpern 84; sie kön nen gemeinsam mit den Leitern 120 für die Diodenreihe 78 durch die Nuten 128 in den Kühlkörpern 82 geführt sein.
Jedoch können auch gesonderte versetzte Nuten in den Kühlkörpern 82 für die Leiter 120 der Diodengrup- pe 78 vorhanden sein.
Die erläuterte Stromleitung durch das Kontaktsystem 114 bzw. die Leiter 120 bietet den Vorteil einer guten Raumausnutzung und erleichtert den Aufbau eines über sichtlichen Leitungssystems, was beim Vorhandensein einer grossen Anzahl von Dioden innerhalb des Träger rades von grosser Bedeutung ist. Ausserdem hat die vor gesehene Anordnung der Stromleitungen den Vorteil, dass die an den Leitern 120 auftretenden Kräfte sicher aufgenommen werden.
Zu dem Gleichrichtersystem gehören weiter noch die Leiter 140, 142. Diese bogenförmigen Leiter 140, 142, welche etwa in durch die Achse gehenden Ebenen lie gen, verbinden die Kühlkörper 82 bzw. 84 mit positiven und negativen Sammelringen 144 und 146. Die Leiter 140, 142 sind mit den Kühlkörpern 82 bzw. 84 über Klemmen 148 u. mit den Sammelringen 144, 146 über die Klemmen 150 leitend verbunden. Die Sammelringe 144, 146 sind von der Welle 22 durch ringförmige Isolierhül- sen 152, 154 isoliert.
Zur Weiterführung des Stromes von den Sammelringen 144 bzw. 146 zu den in der Maschi nenwelle liegenden Erregerstromzuleitungen dienen Stromzuführungsbolzen 156. Über die Bolzen 156 und Erregerstromzuleitungen der Welle kann der Strom wie dies in Figur la veranschaulicht ist - der Feld wicklung 54 zugeführt werden.
Dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt die in Figur la angedeutete Drehstrombrückenschaltung zu grunde. Die Verwirklichung dieser Schaltung hat zur Folge, dass in den beiden nebeneinander liegenden Gleichrichterreihen 78, 80 die Dioden mit verschiedener Stromdurchgangsrichtung angeordnet sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die er wähnte Drehstrombrückenschaltung beschränkt, viel mehr kann sie auch unter sinngemässer Abänderung der Anschlüsse bei anderen Schaltungen, beispielsweise einer Sternschaltung oder Doppelsternschaltung Anwendung finden.
Auch im übrigen kann die erfindungsgemässe Anord nung abgeändert werden. So kann beispielsweise gegen über dem Beispiel der Figur 2 die Zahl der Gleichstrom ableitungen 140 bzw. 142 herabgesetzt werden, indem nur jeder zweite Kühlkörpervorsprung auf einer oder beiden Stirnseiten mit einer Gleichstromableitung verse hen wird. Die von dem Kontaktsystem 114 gehaltenen Ableitungen von den Dioden zu den äusseren Klemmen können selbstverständlich auch als biegsame litzenarti- ge Leiter ausgebildet sein.