DE1913546A1

DE1913546A1 - Baugruppe mit mindestens zwei,durch einen Spannbolzen zusammengehaltenen Kuehlkoerpern

Info

Publication number: DE1913546A1
Application number: DE19691913546
Authority: DE
Inventors: Prenzlau Dipl-Ing Herbert; Guenter Riedel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1969-03-18
Filing date: 1969-03-18
Publication date: 1970-10-01
Also published as: DE1913546C3; SE345762B; US3590915A; RO59101A; DE1913546B2; FR2035018A1; CH496320A

Description

Baugruppe mit mindestens zwei, durch einen Spannbolzen zusammengehaltenen Kühlkörpern ^^

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit mindestens zwei identisch ausgeführten, mindestens eine Synunetrieebene aufweisenden, quaderförmigen, durch mindestens einen Spannbolzen zusammengehaltenen Kühlkörpern, von denen jeder einen massiven Kern mit mindestens einer Bohrung für Spannbolsen und mit Befestigungsmitteln für mindestens ein Halbleiterbauelement sowie von dem Kern abstehende Kühlrippen aufweist.

i i

Bei einer bekannten Baugruppe dieser Art sind die Halbleiterbauelemente, z.B. Gleichrichter oder Thyristoren, mit Hilfe eines Schraubbolzens in ein entsprechend ausgebildetes Gewinde in dem Kern der Kühlkörper befestigt. Die Kühlkörper sind dabei so ausgebildet, daß ihre massiven Kerne innerhalb der Baugruppe unmittelbar aneinander grenzen und die Ebenen der Kühlrippen senkrecht zu den Bohrungen für den Spannbolzen verlaufen.

Eine derartige Bauform ist praktisch nur dann anwendbar, wenn die einzelnen, zu einer Baugruppe zusammengespannten Kühlkörper praktisch auf gleichem Potential liegen; eine Isolierung der Kühlkörper gegeneinander wäre zwar bei der bekannten Bauform ohne weiteres dadurch zu erreichen, daß maa swisenen die einzelnen Kühlkörper Trennwände aus Isoliermaterial legt und auch den Spannbolzen, beispielsweise mittels eines Eohres aus Isoliermaterial, gegen die Kühlkörper isoliert. Aber auch durch diese Maßnahme läßt sich keine für höhere Betriebsspannungen geeignete Baugruppe mit wirtschaftlichem Aufwand hersteiles, weil sich eine ausreichend lange Kriechstrecke zwischen zwei auf unterschiedlichem Potential liegenden, benachbarten Kühlkörpern entlang dem Spannbolzen mit Hilfe einer für ausreichende Isolation bemessenen Trennwand nicht erreichen läßt. Mit Rücksicht auf einen ausreichenden Kriechweg müßte man daher entweder sehr dicke Trennwände

009840/0690 " ² "

- "^ - PLA 69/0505

oder Abstandsstücke verwenden, beides Maßnahmen, die aufwendig sind und vor allem zusätzlichen Raum beanspruchen, der kühltechnisch nicht erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe der eingangs genannten Art, die sich durch einen äußerst gedrängten Aufbau auszeichnet, obwohl die einzelnen Kühlkörper auf unterschiedlicheta Potential liegen können; insbesondere lassen sich ausreichend große Kriechstrecken unter Verwendung von Trennwänden normaler Dicke ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Abstandshaltern erreichen.

Die Erfindung ist bei der eingangs genannten Baugruppe dadurch gekennzeichnet, daß von zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Kernes jeweils mindestens zwei, die Bohrung für den Spannboizen zwischen sich einschließende Kühlrippen parallel zum Spannbolzen abstehen, daß diese Kühlrippen Stützflächen aufweisen, daß die Stützflächen aller auf einer Seite des Kernes liegenden Kühlrippen jeweils in einer senkrecht zum Spannbolzen und parallel zu einer Symmetrieebene verlaufenden Ebene liegen, und daß alle übrigen Teile des Kühlkörpers zwischen den beiden durch die Stützflächen bestimmten Ebenen liegen«

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kern jedes Kühlkörpers scheibenförmig mit mindestens zwei einen rechten Winkel einschließenden Symmetrieebenen ausgeführt ist, daß die Befestigungsmittel auf wenigstens einer Schmalseite des Kernes liegen, daß die Kühlrippen von beiden Breitseiten des Kernes so abstehen, daß der Winkel zwischen den Kühlrippen und der ersten Symmetrieebene 90° beträgt und ein spitzer Winkel zwischen den Kühlrippen und der zweiten Symmetrieebene liegt, daß mindestens zwei Kühlrippen auf jeder Seite des Kernes jedes Kühlkörpers Stützflächen aufweisen, die parallel z,ur ersten Symmetrieebene verlaufen und gleichen Abstand von dieser haben, daß alle übrigen Kühlrippen jedes Kühlkörpers innerhalb ej,nes Bereiches liegen, der jeweils durch den Kern und eine durch mindestens zwei Stützflächen gehende Ebene begrenzt ist, daß die Bohrung für den Spannbolzen zwischen Kühlrippen mit Stützflächen liegt und senkrecht zu der ersten Symmetrleebene verläuft, und daß die Kühlkörper zwischen zwei jeweils auf den Stützflächen

00984Ω/0690

PLA 65/0505

von mindestens zwei Kühlrippen liegenden Spannplatten eingespannt sind.

Bei entsprechend stabiler Ausbildung der Stützflächen aufweisenden Kühlrippen können diese auch im spitzen 'ffinkel zur ersten ■Symmetrieebene angeordnet werden.

Die Erfindung ermöglicht es, die an den einseinen Kühlkörpern befestigten Halbleiterbauelemente zu den unterschiedlichsten Stromrichterschaltungen zu verbinden, weil man die einzelnen Kühlkörper gegeneinander isolieren oder auch - unter Fortlassung einer Trennwand oder bei Verwendung einer metallischen Trennwand elektrisch parallel schalten kann. Die Trennwände können dabei zugleich zur Halterung weiterer Bauelemente verwendet werden, welche zum Betrieb eines Gleichrichters oder Thyristors erforderlich sind (Beschaltungsbauelemente und Steuerübertrager). Pur diese Trennwände und damit aufch für die Halterung der genannten Bauteile sind keine besonderen Verbindungselemente zwischen den Kühlkörpern und den Trennwänden erforderlich; die Trennwände sind vielmehr lediglich auf die auch die Kühlkörper zusammenspannenden Spannbolzen aufgesteckt und werden durch diese und die von ihnen erzeugte Kraft (Reibungskräfte) gehalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren erläutert} es handelt sich dabei um eine Anordnung mit sechs Kühlkörpern mit seche Thyristoren, die zu einer dreiphasigen Brückenschaltung zusammengeschaltet sind. Es zeigen

Pig, 1 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel, Fig. 2 eine Seitenansicht entlang der Linie II-II in Pig.1 und Pig. 3 eine Frontansicht der Baugruppe in Sichtung des in den Fig. 1 und 2 angegebenen und mit III bezeichneten Pfeiles.

Die identisch ausgeführten, mit 1 bezeichneten Kühlkörper weisen zwei mit A und B bezeichnete Symmetrie eben en auf, die einen rechten Winkel zwischen sich einschließen und deren Lage insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die erste mit A bezeichnete Symmetrieebene liegt in der Längsrichtung des scheibenförmigen, etwas konisch verlaufenden Kernes 11, von dem von beiden Breitseiten 112 Kühlrippen 12, 121, 122, 123, 124 abstehen, deren

- 4 0 09840/0690

PI/A 69/0505

Flächen auf der zweiten Syjnmetrieebene B ebenfalls senkrecht stehen. Für manche Anwendungsfälle kann es allerdings zweckmäßiger sein, wenn die Flächen der Kühlrippen einen spitzen Winkel mit der zweiten Symmetrieebene einschließen und somit bezogen auf die Darstellung in Fig. 2 schräg von oben nach unten verlaufen.

Die beiden äußersten Kühlrippen 121, 122 und zwei weitere Kühlrippen 123 und 124 sind verstärkt ausgeführt, wobei die Kühlrippen 123 und 124 alle übrigen.Kühlrippen etwas überragen und Stützflächen 125, 126 aufweisen, die parallel zu der ersten Symmetrieebene A verlaufen und von ihr gleichen Abstand haben. Der Kern 11 weist zwischen Kühlrippen 123 und 124 zwei Bohrungen 13 und 131 (vgl. Fig.2) auf, die senkrecht zu der ersten Symmetrieebene A verlaufen.

Auf der Schmalseite 111 jedes Kernes 11 ist ein Thyristor 8 befestigt; hierzu· weist beispielsweise die Schmalseite 111 eine Sackbohrung mit Gewinde und der Thyristor entsprechende Schraubstutzen auf.

Die sechs identischen Kühlkörper 1 mit Thyristoren 8 sind unter Zwischenlage je einer Trennwand 22 auf die beiden Bolzen 31 und 32 gesteckt, wobei diese Bolzen durch sie umschließende Isolierrohre 51 und 52 gegen die Kühlkörper isoliert sind. Zur Isolierung der beiden äußersten Kühlkörper gegen den Bolzen sind Trennwände 21 vorgesehen. Alle Trennwände weisen entsprechende Bohrungen wie die Kühlkörper auf.

Kühlkörper und Trennwände werden durch die Bolzen mit Hilfe von zwei Spannplatten 41, 42 zusammengespannt. Diese Spannplatten sind so ausgeführt, daß sie die Stützflächen 125 und 126 von mindestens zwei mit solchen Stützflächen ausgerüsteten Kühlrippen überspannen und ausreichend steif sind. Die beim Zusammenspannen, beispielsweise durch Anziehen einer Mutter 311 erzeugten Spannkräfte werden jeweils über die mit Stützflächen ver- · sehenen Kühlrippen von einem Kühlkörper über die jeweils vorhandene Trennwand auf den nächsten Kühlkörper übertragen.

- 5 009840/0690

^;■ '· - >- PLA* 69/0505

An den Stirnseiten 111 der Kühlkörper sind Klemmen 74 und Sannielschienen 71, 72 teils metallisch leitend teils über Isolierstükke 73 mit den Kühlkörpern verbunden. Diese Klemmen und Sarr.mel-. schienen dienen zur Zusammenschaltung der Thyristoren zu einer dreiphasigen Brückenschaltung. Dabei liegen beispielsweise die drei linken Kühlkörper unmittelbar an den Phasenspannungen und müssen dementsprechend gegeneinander isoliert sein. Hierfür reichen an sich Trennwände aus Isoliermaterial mit wenigen Millimetern Stärke aus, weil die zwischen dem zweiten und dritten Kühlkörper gestrichelt eingezeichneten Kriechwege dank der Erfindung sehr groß sind.

Die Trennwände 21 und 22 überragen die quaderförmigen Kühlkörper 1 allseitig; dadurch entsteht beispielsweise jeweils hinter der hintersten Kühlrippe 122 ein Raum, der vorzüglich für die Aufnahme von zusätzlichen Bauteilen, wie Beschaltungskondensatoren 61 oder Impulsübertragern 62 geeignet ist. Diese Eauteile können auch an einer Wand 23 befestigt sein, die ihrerseits von den Trennwänden gehalten wird.

Die beschriebene Ausführungsform ist besonders gut für Selbstbelüftung geeignet. Ist dagegen eine Zwangsbelüftung durch ein Gebläse erforderlich, dann ist es zweckmäßig, die beschriebene Anordnung so zu ergänzen, daß die Kühlkörper ringsum von einen Kühlkanal bildenden Wänden umschlossen sind und diese Wände alle die gleiche Höhe haben, so daß mehrere unmittelbar übereinandergesetzte Baueinheiten Teilstücke eines zusammengesetzten Kühlkanals bilden, der - auch ohne Anordnung von zusätzlichen dichtenden Zwischenstücken - seitlich keine praktisch beachtenswerten öffnungen aufweist., Eine derartige Ausführungsform ist im Zusammenhang mit einem Kühlkörper in den Figuren gestrichelt angedeutet; ee ist auf den äußersten Kühlrippen jeweils eine Hilfsplatte 24, 25 aus Isoliermaterial befestigtj die Höhe dieser flilfsplatten entspricht - wie besonders deutlich Pig. 2 zeigt gleich der Höhe der äußeren Trennwände 21; Diese Hilfsplat'ten 24 und 25 sind mit Stützflächen ausgerüstet; die Kühlrippen des Kühlkörpers sind alle vorzugsweise identisch ausgeführt und haben eine etwas kleinere Breite als die Hilfsplatten 24 und 25. Zum Zusammenspannen ist daher eine größere Spannplatte 43

009840/0690

PLA. 69/0505

(vgl. Pig. 1) erforderlich. Die Hilfsplatten können auch als Träger von Bauteilen dienen.

Anhand der beiden linken Kühlkörper der Baugruppe nach Pig. 2 ist eine weitere Variante dargestellt: Durch die gestrichelte Kontur ist angedeutet, daß die Kühlrippen, insbesondere die mit Stützflächen versehenen Kühlrippen, die gleiche Höhe wie die Trennwände 21, 22 haben können, wenn man den Ecken der Kühlrippen, z.B. durch Abschrägen eine solche Form gibt, daß der Krieche weg von der Kühlrippe des einen Kühlkörpers zu der gleichen des benachbarten Kühlkörpers größer als die Dicke der Trennwand ist.

8 Patentansprüche
3 Figuren

- 7 009840/0690

Claims

PLA 6.9/0505 Patentansprüche

1. Baugruppe mit mindestens zwei identisch, ausgeführten,mindestens eine Symmetrieebene aufweisenden, quaderförmigen, durch mindestens einen Spannbolzen zusammengehaltenen Kühlkörpern, von denen jeder einen massiven Kern mit mindestens einer Bohrung für Spannbolzen und mit Befestigungsmitteln für mindestens ein Halbleiterbauelement sowie von dem Kern abstehende Kühlrippen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei einander gegenüberliegenden Seiten (112) des Kernes (11) jeweils mindestens zwei, die Bohrung (13, 131) für den Spannbolzen (311 32) zwischen sich einschließende Kühlrippen (123,124) parallel zum Spannbolzen abstehen, daß diese Kühlrippen (123, 124) Stützflächen (125, 126) aufweisen, daß die Stützflächen aller auf einer Seite des Kernee liegenden Kühlrippen jeweils in einer senkrecht zum Spannbolzen und parallel zu einer Symoetrieebene verlaufenden Ebene liegen, und daß alle übrigen Teile des Kühlkörpers zwischen den beiden durch die Stützflächen bestimmten Ebenen liegen.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (11) scheibenförmig mit mindestens zwei einen rechten Winkel einschließenden Symmetrieebenen (A, B) ausgeführt ist, daß die Befestigungsmittel auf wenigstens einer Schmalseite (111) des Kernes (11) liegen, daß die Kühlrippen (12, 121, 122, 123, 124) von beiden Breitseiten (112) des Kernes (11) so abstehen, daß der Winkel zwischen den Kühlrippen und der ersten Symmetrieebene (A) 90° beträgt und ein spitzer Winkel zwischen den Kühlrippen und der zweiten Symmetrieebene (B) liegt, daß mindestens zwei Kühlrippen (123, 124) auf jeder Seite des Kernes jedes Kühlkörpers Stützflächen (125, 126) aufweisen, die parallel zur ersten Syametrieebene (A) verlaufen und gleichen Abstand von dieser haben, daß alle übrigen Kühlrippen jedes Kühlkörpers innerhalb eines Bereiches liegen, der jeweils durch den Kern und eine durch mindestens zwei Stützflächen gehende Ebene begrenzt ist, daß die Bohrung (13, 131) für den Spannbolzen (31) zwischen Kühlrippen (123, 124) mit Stützflächen liegt und senkrecht zu der ersten

009840/0690 " ⁸ "

'-..·· β» - - PLA 69/0505

Symmetrieebene (A) verläuft, und daß die Kühlkörper (1) zwischen zwei, jeweils auf den Stützflächen von mindestens zwei Kühlrippen liegenden Spannplatten (41 > 42) eingespannt sind.

3. Baugruppe· nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens zwei mit Bohrungen für den Spannbolzen versehene, vorzugsweise aus Isoliermaterial bestehende Trennwände (21,22) die zwischen Kühlkörpern (1) und/oder zwischen Kühlkörpern (1) und Spannplatten (41, 42) eingespannt sind.

4. Baugruppe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände wenigstens über eine Kante der quaderförmigen Kühlkörper ragen.

w 5· Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand wenigstens einer Kante der Trennwände von der zweiten Symmetrieebene (B) größer als der Abstand der entsprechenden Kante des Kühlkörpers von dieser Symmetrieebene ist, und daß an den beiden äußersten Kühlrippen Hilfsplatten (24, 25) befestigt sind, die mit den Trennwänden einen mindestens einen Kühlkörper umschließenden Kanal mit rechteckigem Querschnitt und überall gleicher Länge bilden.

6. Baugruppe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsplatten aus Isoliermaterial bestehen, mit Stützflächen versehen und so groß bemessen sind, daß sich auch die die

t Stützflächen tragenden Teile der Hilfsplatten über die entsprechenden Kanten der Kühlrippen hinaus erstrecken.

7. Baugruppe nach einen der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Trennwänden (21, 22) und/oder Hilfsplatten (24, 25) Bauteile (61. 62} befestigt sind.

8. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet„ daß die Bauteile zwischen den die Kühlrippen überragenden Teilen der Trennwände angeordnet sind.

009840/0690