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Flächengleichrichteranordnung mit einem mit Kühlfahnen ausgestatteten
massiven Kühlkörper Bei Flächengleichrichtern, insbesondere auf der Basis eines
Halbleiters aus Germanium und Silizium oder eines ähnlichen Halbleiters, ist innerhalb
des Gleichrichters eine sehr hohe Stromdichte zulässig. Aus diesem Grunde ist es
wichtig, die beim Betrieb an dem Gleichrichterelement anfallende elektrische Verlustwänne
in wirksamer Weise abzuführen.
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An solchen Halbleiteranordnungen, bei denen das eigentliche Halbleiterelement
in einer besonderen metallischen Fassung, gegebenenfalls in einer gasdichten Kammer
eingeschlossen an deren Boden getragen, angeordnet ist, ist diese Fassung an der
der inneren Bodenfläche gegenüberliegenden äußeren Mantelfläche mit einem Gewindedorn
versehen worden, und dieser wurde in einen entsprechenden Halter bzw. in einen Kühlkörper
eingeschraubt oder jedenfalls mittels einer Schraubverbindung befestigt. Hierbei
wird dann die metallische Fassung an derjenigen Mantelfläche, von welcher der Gewindebolzen
senkrecht ausladet, mit der diesen Bolzen umgebenden Flächenzone gegen den Halter
bzw. gegen den Kühlkörper festgespannt. Hierbei kommt es aber dann je-
weils
darauf an, daß die Gewindeachse bzw. Bolzenachse und die genannte Flächenzone der
metallischen Fassung genau senkrecht zueinander liegen, damit die erwünschte Anpressung
zwischen dieser Flächenzone und dem Gegenkörper auch tatsächlich auf einer entsprechend
großen Berührungsfläche zur Schaffung eines guten Wärmeüberganges stattfindet. Das
setzt aber eine sehr genaue Fertigung in den beiden zueinander senkrechten Bearbeitungsrichtungen
sowohl an der metallischen Fassung des Flächengleichrichterelements als auch an
dem besonderen Halter bzw. Kühlkörper voraus, bringt aber auch dann noch eine wesentliche
Herabsetzung der Wärmeübergangsfläche mit sich, da ja auch bei sorgfältig bearbeiteten
Gewinden immer nur Teile der Flächen des Gewindes satt aneinander anliegen.
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Es ist auch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der innerhalb eines
Isolierrohres eine größere Anzahl von Trockengleichrichterelementen aneinandergereiht
sind und über dieses Isolierrohr ein Metallrohr gezogen ist, auf dem runde, an einer
konzentrischen Bohrung flanschartig aufgebogene Kühlfahnen aufgesetzt sind. Weiter
sind Anordnungen beschrieben worden, bei denen das eigentliche Halbleiterelement
in eine topfförmigeFassung eingebaut ist, wobei diese Fassung in einen mit Kühlrippen
versehenen Kühlkörper oder bei einer anderen Ausführung in Kühlbleche eingesetzt
ist, die in der Mitte eine der Topfform entsprechende Vertiefung aufweisen.
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Im allgemeinen ist es auch erwünscht oder notwendig, daß eine rüttelfeste
mechanische Verbindung zwischen der metallischen Fassung des Gleichrichterelementes
und dem Kühlkörper erreicht wird. Solche rüttelfesten Verbindungen bedingen im allgemeinen
die Anwendung von Federringen oder Zahnscheiben, wodurch aber der Wärmeübergang
zwischen den gegeneinandergepreßten Flächen verschlechtert werden würde.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung geht ebenfalls von einer
Flächengleichrichteranordnung aus, bei der das Halbleiterelement von einer besonderen
metallischen Fassung in unmittelbarem metallischem Kontakt getragen ist, die ihrerseits
in die Bohrung eines mit Kühlfahnen ausgestatteten massiven Kühlkörpers eingeführt
ist. Hierbei kann nach der Erfindung eine wesentliche Verbesserung dadurch erreicht
werden, daß der in die Bohrung eingeführte Teil der Fassung bezüglich seiner räumlichen
Ausdehnung wesentlich größer dimensioniert ist als das Halbleiterelement und über
seine sich inAchsrichtung der Bohrung erstreckenden äußeren Mantelfläche zur Anlage
an die entsprechende innere Mantelfläche des Kühlkörpers gebracht ist, daß nur die
einander zugekehrten Mantelflächen von Fassung und Kühlkörperbohrung auf einen exakten
gegenseitigen metallischen Sitz bearbeitet sind und daß eine mechanische Verspannung
vorgesehen ist, durch die auf die Teile senkrecht zur Berührungs-Mantelfläche wirkende
Kraftkomponenten ausgeübt werden. Eine besondere Bearbeitung bzw. Anpassung der
Bodenfläche des Halbleiterelementes und der diesem zugekehrten Fläche der Fassung
ist hierbei nicht erforderlich. Mit besonderem Vorteil kann hierbei die Mantelfläche
der
Bohrung des Kühlkörpers eine oder mehrere schlitzförmige Aussparungen erhalten,
deren lichte Weite durch eine Spannvorrichtung herabgesetzt werden kann.
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Ausführungsbeispiele für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen
die Figuren der Zeichnung, wobei sich noch weitere vorteilhaft in Verbindung mit
der -rundsätzlichen Erfindung benutzbare Einzelmerkmale ergeben werden.
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In den beiden einander entsprechenden Rissen nach den Fil-.
1 und 2 ist in Fig. 1 mit 1 die metallische Fassung bezeichnet,
in welcher auf der Bodenfläche einer Becherfonn 2, die nach oben durch den Durchführungsisolator
3 mit dem litzenförmigen elektrischen Durchführungsleiter 4 abgeschlossen
ist, das Halbleiterelement 5 getragen ist. Die metallische Fassung
1 weist außen einen Teil la auf, der nach Art einer Gewindemutter mit Sechskantform
ausgebildet ist, sowie einen zylindrischen Teil lb. Diese metallische Fassung
1 ist in die Bohrung 6a eines metallischen Kühlkörpers 6 eingesetzt.
Die innere Mantelfläche dieser Bohrung 6a ist bereits formenmäßig dem äußeren Mantelflächenteil
lb des Fassungsteiles 1 genau angepaßt. Der Kühlkörper 6 ist mit Kühlfahnen
6 b versehen, die sich von einem dornartigen zentralen Teil 6 c aus
allseitig erstrecken. Dieser Dorn 6c ist derart gestaltet, daß sein Querschnitt
senkrecht zur Achsrichtung des Kühlkörpers mit wachsender Entfernung vom Sitz der
metallischen Fassung des Gleichrichterelementes aus abnimmt. Ferner ist die Umfangsform
des Querschnittes des Domes jeweils derart gewählt, daß sie einem Kühlmittelstrom
nur einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegensetzt. Die Umfangsform
des Querschnitts des Domes wird daher vorzugsweise in bekannter Weise tropfenförmig
gewählt. Der Kühlkörper ist mit einer Bohrung 6d versehen, so daß er auf
einem Tragkörper bzw. Tragbolzen angeordnet und dabei entweder in galvanischer Verbindung
mit diesem oder gegen diesen isoliert aufgebracht werden kann. Der dornartige Teil
6c ist noch mit einer Gewindebohrung 6 e versehen, in welcher eine Schraube
zur Befestigung des Kühlkörpers 6 oder auch für die gleicbzeitigeVornahme
eines elektrischenAnschlusses eiiigedreht werden kann, wenn der Kühlkörper
6
gleichzeitig den einen elektrischen äußeren Anschlußpol des eingeschlossenen
Flächengleichrichterelementes 5 bildet.
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In Fi ' g* 2 ist der Kühlkörper 6 im Grundriß ohne die
eingesetzteGleichrichterelementefassungl wiedergegeben. Aus beiden Figuren ist zu
entnehmen, daß der Kühlkörper 6 über eine gewisse Länge in seiner Achsrichtung
bzw. in radialer Richtung mit einem Schlitz 6f ve rsehen ist. Hierdurch kann
mittels der Schraube 7, welche durch einen Kanal 8 in dem nach Fig.
2 oberhalb des Schlitzes 6f liegenden Teil eingeführt und in das Gewindeloch
9 in dem nach Fig. 2 unterhalb des Schlitzes 6f liegenden Teil eingedreht
ist, über den Federring 10 ein Zusammenspannen der einander berührenden Mantelflächen
von 1 b und 6 a
erfolgen.
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Hierdurch ist dann ein sehr wirksamer Wärmeübergang großen Querschnittes
an den einander zugewandten Flächen zwischen der Fassung 1 und dem Kühlkörper
6 zur wirksamen Abführung der an dem Gleichrichterelement 5 anfallenden
und von der metallischen Fassung 1 übernommenen elektrischen Verlustwärine
gewährleistet.
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Die einander entsprechenden Risse des weiteren Ausführungsbeispieles
nach den Fig. 3 und 4 zeigen eine etwas abgewandelte Ausführungsform. Der
Kühlkörper 6' ist dabei mit parallelen Kühlfahnen ausgestattet, die mit ihren
Ebenen nicht senkrecht, sondern parallel zur Achsrichtung der Aussparung
6 a
und nicht allseitig von einem Tragdorn, sondern nur einseitig von
einer Grundplatte ausladen. Alle oder eine bevorzugte der Kühlfahnen können an ihrem
in Fig. 3 unteren Ende mit einer Durchgan,-sbohrung 11
oder einem mit
Gewinde versehenen Kanal für die Aufreihung auf einen Tragbolzen oder/und die Vornahme
eines elektrischen Anschlusses ausgestattet sein.