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Halbleitergleichrichter für hohe Stromstärken Die Erfindung bezieht
sich auf einen Halbleitergleichrichter für hohe Stromstärken, der besonders für
intermittierenden Betrieb geeignet ist.
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Es sind bereits Halbleitergleichrichter bekannt, bei denen das Halbleiterelement
in einem meist aus Kupfer hergestellten Kühlkörper sitzt, auf dem großflächige Kühlrippen
befestigt sind. Insbesondere beim Betrieb von Kraftfahrzeugen besteht die Gefahr,
daß die Kühlflächen derartiger Gleichrichter sich unter dem Einfluß der ölhaltigen
Atmosphäre, in der sie betrieben werden, mit einer Schmutzschicht überziehen und
daher eine mangelhafte Wärmeabstrahlung gewährleisten. Außerdem sind die Kühlflächen
Beschädigungen durch Verbiegen ausgesetzt und können dann ebenfalls die erforderlichen
Kühlwirkungen nicht mehr hervorrufen.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, das Halbleiterelement des
Gleichrichters am Boden eines aus Metallblech gezogenen Napfes anzuordnen, der den
Deckel eines topfförmigen Gehäuses bildet, in dessen mit einer Flüssigkeit hoher
Wärmekapazität gefüllten Innenhohlraum der Napf hineinragt und einen Wärmekontakt
zwischen dem Halbleiterelement und der Flüssigkeit bildet.
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Bei Verwendung derartiger Gleichrichter auf Fahrzeugen können hohe
Stromstärken zugelassen werden, da durch die Erschütterung beim Fahrbetrieb die
im Napf vorhandene Flüssigkeit eine gute Wärmeabführung von dem Gleichrichterelement
sicherstellt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Leistungsgleichrichter mit im Querschnitt rechteckförmigen
Gehäuse in der Draufsicht. Fig. 2 im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1. und
Fig. 3 zeigt einen anderen Gleichrichter mit zylindrischem Gehäuse im Längsschnitt.
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Beim Gleichrichter nach den Fig. 1 bis 3 ist das aus Germanium bestehende
Halbleiterelement 10, das die Form eines runden, etwa 0,3 mm starken Plättchens
hat, am Boden 11 eines Napfes 12 mit einer Zinnschicht 13 festgelötet. Der Napf
befindet sich in der Mittelzone eines aus Kupferblech gezogenen Deckels 14, der
in ein ebenfalls aus Kupferblech gezogenes topfförmiges Gehäuse 15 eingesetzt und
mit dessen Rand verlötet ist. Der Napf ragt in den Innenhohlraum des Gehäuses 15
hinein, das mit einem Wasser-Glyzerin-Gemisch gefüllt ist.
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Auf das Germaniumplättchen 10 ist ein im Durchmesser nur wenig kleinerer
Anschlußbolzen 17 aus Kupfer mit Hilfe einer Lötschicht 16 aus Indium befestigt.
Das Indium diffundiert beim Lötvorgang zum Teil in das Germaniumplättchen 10 hinein
und bildet dort für die Gleichrichterwirkung erforderliche Sperr-Schicht. Der Zwischenraum
zwischen dem Bolzen 17 und der Wand des Napfes 12 ist mit einer Vergußmasse 18 aus
erhärtendem Kunststoff ausgegossen. Eine Ringscheibe 19 aus Isolierstoff, die auf
den Bolzen 17 aufgeschoben ist, liegt mit ihrem Rand gegen die Innenseite der Wand
des Napfes 12 an und verhindert dadurch, daß beim Vergießen die noch flüssige, jedoch
rasch härtende Vergußmasse bis zur Indiumschicht 16 und zum Germaniumplättchen 10
vordringt.
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An seinem freien, aus dem Napf herausragenden Ende weist der Bolzen
17 ein Sackloch 20 mit eingeschnittenem Muttergewinde zur Aufnahme einer in der
Zeichnung nicht dargestellten Schraube auf, mit der am Bolzen 17 eine ebenfalls
nicht dargestellte Anschlußleitung befestigt werden kann, die dem Gleichrichter
in der Durchlaßrichtung Strom zuführt. Als Stromableitung dient ein zweiter Kupferbolzen
21, der mit dem Gehäuse 15 vernietet und verlötet ist und ebenfalls an seinem freien
Ende eine Sacklochbohrung 22 mit Muttergewinde aufweist.
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Das zweite Ausführungsbeispielnach Fig. 3 unterscheidet sich von ,dem
vorstehend beschriebenen im wesentlichen nur dadurch, daß sowohl sein mit einem
Napf 30 versehener Deckel 31 als auch das ebenfalls aus Kupferblech gezogene Gehäuse
32 mit Sicken 33 bzw. 34 versehen ist. Dadurch wird es möglich, den Gleichrichter
auch bei Temperaturen solcher Höhe zu betreiben, bei denen die infolge der Temperaturerhöhung
auftretenden Volumenänderungen des Kühlmittels nicht mehr vernachlässigt werden
können. Im Gegensatz zum vorherigen Beispiel hat das Gehäuse des Gleichrichters
nach Fig. 3 kreisförmigen Querschnitt. Dadurch werden die zum Ziehen des Gehäuses
und des Deckels erforderlichen Werkzeuge wesentlich einfacher.
Der
besondere Vorteil der beschriebenen Anordnungen besteht darin, daß eine große Wärmekapazität
bei kleinem Aufwand an Werkstoff erzielt wird und daß selbst bei im Durchmesser
verhältnismäßig kleinen Germaniumplättchen große Stromstärken zugelassen werden
können. Die große Wärmekapazität ist besonders dann von Vorteil, wenn der Gleichrichter
nur kurzzeitig belastet wird. Für diesen intermittierenden Betrieb kann der entnommene
Strom ein Vielfaches des Dauerstromes betragen.
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Bei einem ausgeführten Gleichrichter nach Fig. 1 und 2 ergab sich
bei einem Dauerbetriebsstrom von 20 Amp., einem Durchmesser des Germaniumplättchens
10 von 8 mm und bei einem Gehäuse von 30 X 40 X 25 mm eine Übertemperatur von weniger
als 35° C am Gleichrichterelement.