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Flächengleichrichteranordnung mit einer Vielzahl von p-n-Gleichrichterelementen
aus Germanium oder Silizium Es ist bereits eine Trockengleichrichteranordnung mit
Selengleichrichterelementen beschrieben worden., bei der eine Vielzahl von Gleichrichterelementen
in einem Isolierrohr zu einer Säule vereinigt ist und, bei der ferner jeweils zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Gleichrichterelementen eine von der Innemmantelfläche
des Rohres geführte Metallplatte eingesetzt ist.
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Es ist ferner bekannt, daß bei Flächengleichrichtern mit p-n-Übergang
auf der Basis eines Halbleiters aus Germanium oder Silizium infolge der von ihnen
geführten hohen Ströme die anfallende Verlustwärme pro Flächen- bzw. Volumeinheit
des Elementes wesentlich höher ist als bei Selengleichrichtern, so daß diese Elemente
besonders wirksame Vorkehrungen zur Abführung der Verlustwärme erforderlich machen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flächengleichrichteranordnung
mit einer Vielzahl von p-n-Gleichrichterelementen auf der Basis von Germanium oder
Silizium zu schaffen, bei der dem erhöhten Kühlungsbedarf derartiger Elemente Rechnung
getragen ist. Zur Lösung dieser Aufgabe macht die Erfindung insofern von Merkmalen
der bekannten Selengleichrichteranordnung Gebrauch, als bei der Anordnung nasch
der Erfindung die Gleichrichterelemente in einem oder mehreren zylindrischen oder
prismatischen Hohlräumen eines Gehäuses axial zu einer bzw. mehreren Säulen vereinigt
sind und jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gleichrichterelementen ein metallisches,
von der Innenmantelfläche des jeweiligen. Hohlraumes geführtes Abstandsstück eingesetzt
ist. Hiervon ausgehend besteht die Erfindung darin, daß jeweils an einer oder beiden
Stirnseiten eines Abstandsstückes ein p-n-Flächengleichrichterelement aus Germanium
oder Silizium gut wärmeleitend gehaltert ist und daß der wärmeabgebende Oberflächenteil
des Abstandsstückes, der mit dem umgebenden Gehäuse in Kontakt steht, wesentlich
größer ist als der wärmeaufnehmende Oberflächenteil des Abstandsstückes, der mit
einem oder zwei zugeordneten Gleichrichterelementen in Kontakt steht. Zur Herstellung
eines guten Wärmeüberganges sind hierbei die Hohlräume des Gehäuses und die Abstandsstücke
so zu bemessen, daß die Abstandsstücke mit den Hohlraumwänden eine möglichst gute
Passung eingehen. Mindestens an den Enden der Säulen bzw. der Hohlräume des Gehäuses
sind entsprechende elektrische Anschlüsse vorgesehen. Damit auch zwischen der äußeren
Oberfläche des Gehäuses und dem umgebenden Kühlmittel, beispielsweise Luft, ein
guter Wärmeübergang stattfindet, wird die Gehäuseoberfläche mit Vorteil möglichst
groß gewählt. Das kann entweder durch .eine entsprechend große Wandstärke des Gehäuses
erreichst werden oder dadurch, daß die äußere Oberfläche des Gehäuses mit Rillen
oder Rippen versahen wird, die beispielsweise in, der Umfangsrichtung der von dem
Gehäuse eingeschlossenen. Hohlräume oder parallel zu deren Achsrichtung verlaufen.
Das Gehäuse wird zweckmäßig aus, einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt,
z. B. aus keramischem Material. Man kann aber dass Gehäuse auch aus Metall anfertigen.
In diesem Fall wird zwischen der äußeren Mantelfläche der metallischen Abstandsstücke,
die die Gleichrichterelemente tragen, und den inneren Mantelflächen des metallischen
Gehäuses eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen. Diese kann aus einer besonders
eingeführten Hülse ans Isoliermaterial bestehen oder einem entsprechenden Isolationsüberzug
des Abstandsstücke oder der inneren Mantelfläche des Hohlraumes. Besteht das Gehäuse
z. B. aus Aluminium, so, kann der isolierende Überzug auch durch eine Oberflächenbehandlung
der Innenwand des -Gehäuses in Form der Eloxalschicht erzeugt werden. Die Abstandsstücke,
an denen die Gleichrichterelemente gehaltert sind, können massive Körper sein. Sie
können aber auch als Hohlkörper aufgebaut sein, um Gewicht zu sparen. Vorzugsweise
kann an der Stirnfläche der Abstandsstücke. für eine sichere Befestigung und Wärmekontaktgabe
der Gleichrichterelemente eine entsprechende pfannenartige Vertiefung vorgesehen
werden, in welche das Gleichrichterelement eingesetzt :und in welcher es z.-B. v-erlötat
werden kann. Bestehst das Gleichrichterelement auf der kontaktgebenden Fläche aus
einem Material, für :dass eine Lötung nicht möglich 'ist, -so
kann
es gegebenenfalls auch ausreichend sein, die Kontaktfläche des Gleichrichterelementes
in die mit einem flüssigen Lot vorgefüllte Pfanne einfach einzudrücken. Hierdurch
entsteht ein genügend guter Wärmekontakt und eine ausreichende Haftung, ohne daß
eine direkte Verlötung stattgefunden, hat.
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Die Abstandsstücke, an denen mindestens ein Gleichrichterelement befestigt
ist, können, beispielsweise kreiszylindrische Form aufweisen. Sie können aber auch
eine andere zylindrische Form, z. B. mit elliptischer Grundfläche oder auch einen
polygonalen Querschnitt senkrecht zu ihrer Achsrichtung besitzen. Die vorliegende
Gleichrichteranordnung kann derart aufgebaut sein, daß sie entweder nur eine einzige
Säule aus aufeinandergeschichteten Gleichrichterelementen aufweist oder, wie bereits
angedeutet, auch mehrere solche Säulen. Sind in einer solchen Einheit mehrere solche
Säulen vereinigt, so werden die einzelnen Säulen mit Vorteil derart nebeneinander
angeord.net, daß sie in der gleichen Fluchtrichtung liegen.. so daß der entstehende
Körper eine flache Form aufweist. Diese Gleichrichtereinheit kann dann mit ihrer
größten Fläche in einem Gerät auf einem solchen geeigneten Träger bzw. auf der Grundplatte
des Gerätes befestigt werden, daß ein, großer Wärmeübergangsquerschnitt zwischen
dem Körper der Gleichrichteranordnung und dem Gerät erreicht wird und somit dieses
in wirksamer Weise für die Abführung der Wärme an die umgebende Luft oder ein anderes
Kühlmittel ausgenutzt werden kann.
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Beispielsweise Anordnungen -für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen
die Figuren der Zeichnung.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bezeichnet 1 einen hülsenartigen
Körper aus keramischem Material. In diesem ist eine Vielzahl von Elementen 2 angeordnet.
Jedes derselben besteht aus einem metallischen Abstandsstück 2a. Dieses ist an einer
Stirnfläche, mit einer pfannenartigen Vertiefung 2 b versehen. In diese Vertiefung
ist das eigentliche Gleichrichterelement 2 c eingesetzt, und zwar vorzugsweise so,
daß es mit seiner einen Elektrodenfläche über die Stirnfläche des Metallkörpers
2a hervortritt. Werden die einzelnen Elemente 2b in die Hülse eingeführt, so entsteht
durch die Aufeinanderschichtung dieser Elemente unmittelbar eine elektrische Reihenschaltung
der Elemente. Der Körper 1 ist an seinen Enden mit Endkappen 3 bzw. 4 versehen,
die gleichzeitig elektrische Anschlüsse bilden können.. Für eine Lagesicherung und
die Erhaltung des gegenseitigen Kontaktdruckes zwischen den einzelnen Körpern 2
und den Gleichrichterelementen 2 c sorgt eine Feder 5, die sich einerseits gegen
die Kappe 4 und andererseits gegen einen metallischen Körper 6 abstützt, der auf
das Ende der Säule aus den. Elementen 2 wirkt.
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Eine solche beispielsweise Ausführung kann auch weitergebildet werden,
wenn es erwünscht ist, daß nicht nur Endanschlüsse der aufeinandergeschichteten
Säule aus den Gleichrichterelementen vorhanden sind, sondern auch entsprechende
Zwischenanschlüsse an der Gleichrichterelementesäule, wobei diese Anschlußleitungen
vorzugsweise ebenfalls durch das oder die Enden der Hülse 1 herausgeführt werden.
Dabei können die Schichtrichtungen der Gleichrichter in den einzelnen Rohrabschnitten
verschieden sein, wodurch die verschiedenartigsten Schaltungen, z. B. Brückenschaltungen
usw., hergestellt werden können. Für die Herausführung der entsprechenden Anschlußleitungen
können entweder die Körper 2 an ihrer äußeren Mantelfläche oder der Körper 1 an
seiner inneren Mantelfläche oder auch beide mit entsprechenden Aussparungen versehen
sein, damit die Anschlußleitungen verlegt werden können von der entsprechenden Stelle
in der Gleichrichterelementesäule bis zum äußeren Anschluß. Eine solche Anschlußleitung
kann, beispielsweise unmittelbar an dem metallischen Kühlkörper eines Gleichrichterelementes,
der sich an: der erwünschten Anschlußstelle befindet, befestigt sein, z. B. durch
Verlötung. Es genügt gegebenenfalls aber auch, die Anschlußleitung zwischen zwei
aufeinanderfodgende Gleichrichterelementeanordnungen einzulegen, wobei eine flache
Form der Anschlußleitung dann zweckmäßig ist. Nachdem die Gleichrichterelemente
in die Hülse eingeschichtet worden sind, kann diese gasdicht abgeschlossen werden.
Es kann, vorher im Innern, der Hülse entweder ein Vakuum erzeugt sein oder eine
entsprechende Schutzgasfüllung, z. B. aus Stickstoff oder Wasserstoff, vorgesehen
werden. In der Hülse bzw. den Kanälen kann gegebenenfalls auch ein flüssiges Schutzmittel,
wie z. B. Öl, benutzt werden.
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Eine beispielsweise Anordnung für die Anwendung der Erfindung, bei
welcher mehrere Gleichrichtersäulen zu einer Einheit vereinigt sind, veranschaulichen
die Fig.2 und 3 der Zeichnung in zwei einander entsprechenden Rissen.
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7 bezeichnet dabei einen Körper aus keramischem Material. Dieser weist
drei Kanäle 8 bis 10 auf. In jedem der Kanäle ist eine Folge von Gleichrichterelementen
11 eingeschichtet. Dia Enden der Kanäle sind durch gemeinsame Kappen 12 bzw. 13
verschlossen. Jede der Kappen 12 bzw. 13 ist dabei mit einer Durchführung 14 bzw.
15 aus Isoliermaterial versehen, durch welche ein Anschlußleiter 16 bzw. 17 hindurchgeführt
ist. Eine solche Durchführung kann z. B. aus einem mit dem Anschlüßleiter verschmolzenen
Glaskörper bestehen, der eine metallische äußere Fassung aufweist, über welche er
mit dem Körper der Kappe 12 bzw. 13 verlötet wird. In. der Kappe 13 liegt ein Isoliermaterialkörper
18, welcher an seiner den Räumen der beiden Kanäle 9 und 10 zugewandten Seite, deren:
Endflächen er abdeckt, mit einem metallischen Belag 18 a versehen. ist. Ein entsprechender
Isoliermateriailkörper mit einem sinngemäßen Oberflächenbelag 19 a ist in dem Kappenteil
12 vorgesehen und mit 19 bezeichnet. Die in den Kanal 10 eingeschichtete Säule aus
Gleichrichterelementen 11 stützt sich mit ihrem einen Ende gegen den metallischen
Belag 18a des Körpers 18 über eine Feder 20 ab, an ihrem oberen Ende mit der auf
dem letzten Gleichrichterelement liegenden Metallplatte 21 und gegen die Innenfläche
des Kappenteiles 12 über ein Isolierrohr 22. Mit dieser Metallplatte 21 ist der
Anschlußdraht 16 verlötet. Eine gleichartige Anordnung liegt vor in dem Kanal 8,
indem sich die Säule aus den Gleichrichterelementen 11 in diesem an ihrem oberen
Ende über eine Feder 23 gegen den metallischen Belag 19 a des Körpers 19 abstützt
und an ihrem unteren Ende über die Mettallplatte 24 und das Isolierrohr 25 gegen
die Innenfläche der Kappe 13. An die Platte ist der Anschlußdraht 17 angelötet.
In dem Kanal 9 stützt sich die Gleichrichterelementesäule mit ihrem unteren Ende.
bzw. dem untersten Kühlkörper über eine Feder 26 gegen den metallischen Belag 18a
des Körpers 18 ab und mit ihrem oberen Ende über das letzte Gleichrichterelement
der Säule gegen den metallischem, Belag 19 a an ziem Körper 19. Die metallischen
Beläge 18a bzw. 19a wirken als Kontaktbrücken zwischen den Gleichrichtersäulen in
den Kanälen 10 und 9 bzw. 9 und B.