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Die Erfindung betrifft eine Halbleitergleichrichteranordnung, bei der zwei jeweils wenigstens einen pn-Übergang aufweisende Halbleitergleichrichterelemente mit ihren Anschlussbauteilen auf einer Seite einer gemeinsamen metallischen Grundplatte elektrisch isoliert und thermisch leitend befestigt, in elektrischer Reihenschaltung zu einer Baueinheit verbunden und in einem Kunststoffgehäuse angeordnet sind.
Halbleiteranordnungen in unterschiedlicher Gleichrichterschaltung werden in steigendem Masse in Steuer- und Regelkreisen, beispielsweise auch bei der Drehzahlregelung von Elektromotoren verwendet. Es sind beispielsweise Anordnungen bekannt, bei denen die Gleichrichterelemente einzeln jeweils auf einem Kühlkörper befestigt und in einer der jeweiligen Schaltung entsprechenden Anzahl aneinandergereiht und verschaltet angeordnet sind ; derartige Aufbauten erfordern jedoch einen häufig unerwünscht grossen Platzbedarf und sind durch besonderen Aufwand an Bauteilen und Fertigungszeit in vielen Fällen unwirtschaftlich.
Weiter sind Gleichrichteranordnungen bekannt, bei denen in Kühlplatten, die nach Art des Aufbaus von Selen-Gleichrichtersäulen auf spindelförmigen Bauteilen aufgereiht sind, besonders ausgebildete Gleichrichterelemente jeweils durch Einpressen in eine Aussparung befestigt und mit Hilfe von Stromanschlussteilen verschaltet werden. Dabei handelt es sich zwar um wirtschaftlichere Ausführungsformen. aber die durch die Strombelastbarkeit der sogenannten Einpressdioden bestimmte Flächenausdehnung der jeweiligen Kühlplatten und deren Zusammenbau führt zu Anordnungen, die hinsichtlich Baugrösse und Einbaumöglichkeit nicht für alle Anwendungen geeignet sind, so z. B. bei vorgegebenen Einbaumassen in Geräten und Einrichtungen.
Ferner sind bei einer bekannten Gleichrichteranordnung die Gleichrichterelemente auf der einen Seite und die Stromanschlussteile auf der andern Seite einer Trägerplatte befestigt, die Stromanschlüsse in der durch die Reihenschaltung zweier Elemente bestimmten natürlichen Reihenfolge angeordnet, verkapselte Gleichrichterelemente verwendet, bei Aneinanderreihung derartiger Baueinheiten zusätzliche Massnahmen erforderlich, um Stromleitungen für Wechselstrom- bzw.
Gleichstromanschlüsse getrennt anzuordnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Halbleitergleichrichteranordnungen zu schaffen, die gegenüber den bekannten Ausführungsformen einen wirtschaftlicheren Aufbau zeigen und, durch günstigere Formgebung sowie durch vorteilhafte Anordnung von Anschlussbauteilen, als Baueinheit den Zusammenbau zu unterschiedlichen Gleichrichterschaltungen besonders rationell ermöglichen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Halbleitergleichrichteranordnung der eingangs erwähnten Art darin, dass auf einer ersten, über eine elektrisch isolierende Zwischenscheibe auf der Grundplatte befestigten Kontaktschicht das eine Gleichrichterelement und ein dem einen Ende der Reihenschaltung zugeordneter Stromanschlussteil und auf einer zweiten, entsprechend befestigten Kontaktschicht das andere Gleichrichterelement und ein dem Mittelabgriff der Reihenschaltung zugeordneter Stromanschlussteil jeweils fest aufgebracht und leitend verbunden sind, dass das eine Gleichrichterelement an seiner freien oberen Kontaktfläche durch einen Kontaktbügel mit der zweiten Kontaktschicht und das andere Gleichrichterelement an seiner freien oberen Kontaktfläche mit einem dritten, dem andern Ende der Reihenschaltung zugeordneten Stromanschlussteil leitend verbunden sind,
und dass die Gleichrichterelemente und die Stromanschlussteile räumlich so angeordnet sind, dass die letzteren in einer Reihe und der mit dem Mittelabgriff verbundene Stromanschlussteil am Ende der Reihe liegen.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass durch Anordnung der Stromanschlussteile in einer Reihe eine gestreckte Bauform einer aus zwei Elementen bestehenden Gleichrichtereinheit mit der Möglichkeit räumlich besonders günstiger Aneinanderreihung gegeben ist, dass durch Anordnung des mittleren Stromanschlussteils am Ende der Reihe der Wechsel- und die Gleichstromanschlüsse jeder Baueinheit, in räumlich übersichtlicher und verschaltungstechnisch bestmöglicher Weise getrennt, die günstigste Verschaltung mehrerer Baueinheiten zu einer Gleichrichterschaltung lediglich durch quer verlaufende Stromschienen ermöglicht wird,
und dass die Befestigung von Stromansehlussteil und zugehörigem Gleichrichterelement auf einer gemeinsamen Kontaktschicht an einer Seite der Grundplatte in besonders günstiger Weise sämtliche Massnahmen zur Herstellung und zum Einbau einer Baueinheit von einer Seite aus gestattet.
Weiter wird dazu vorgeschlagen, dass für jedes Halbleitergleichrichterelement zur Befestigung auf der Grundplatte eine isolierende Zwischenscheibe aus Oxydkeramik vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass für beide Halbleitergleichrichterelemente zur Befestigung auf der Grundplatte eine gemeinsame isolierende Zwischenscheibe aus Oxydkeramik vorgesehen ist. Aus Oxydkeramik kann man eine möglichst dünne elektrisch isolierende und thermisch gut leitende Isolierung herstellen.
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Betriebsverhalten beitragen. Die Länge wird im wesentlichen durch den Platzbedarf für die beiden Halbleitergleichrichterelemente und für je einen Anschlussbauteil derselben bestimmt. Die Breite der
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Zur elektrischen Isolierung jedes Halbleitergleichrichterelementes gegenüber der Grundplatte-l-ist auf dieser je eine möglichst dünne, elektrisch isolierende und thermisch gut leitende, beispielsweise aus Oxydkeramik bestehende, plane Zwischenscheibe --2-- angeordnet. Diese Zwischenscheiben --2-- sind in geringem gegenseitigen Abstand z. B. durch Löten befestigt. Dazu und zur Verbindung mit weiteren Bauteilen auf ihrer freien Oberseite mittels Löten weisen die Scheiben --2-- entsprechende Metallisierungen auf. Durch Verwendung von nur einer durchgehenden Zwischenscheibe mit in gegenseitigem Abstand aufgebrachten Metallisierungen wird die Herstellung der Anordnung vereinfacht. Die Zwischen- scheiben --2-- können durch Kleben auf der Grundplatte --1-- befestigt sein.
Zur guten elektrischen und thermischen Kontaktierung der Halbleitergleichrichterelemente ist auf jeder Zwischenscheibe --2-- eine ebene Kontaktscheibe --3, 13-- aus thermisch und elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Kupfer, vorzugsweise durch Löten befestigt und zu diesem Zweck bedarfsweise oberflächenbehandelt. Die Flächenausdehnung der Kontaktscheiben-3, 13-- ist geringer als diejenige der Zwischenscheiben --2--, um die elektrische Isolation der Halbleitergleichrichterelemente gegenüber der Grundplatte --1-- sicherzustellen, und ist durch den Flächenbedarf für die jeweilige Halbleitertablette und für den Stromanschlussteil der zur Grundplatte gerichteten Kontaktelektrode der Halbleitertablette vorgegeben.
Die Zwischenscheiben --2-- und die Kontaktscheiben 13--können beliebige Flächenform haben.
Die dem nachgeschalteten Halbleitergleichrichterelement zugeordnete Kontaktscheibe --13-- weist einen stegförmigen Ansatz auf, dessen Endabschnitt --13a-- mittels Kröpfung parallel zur Scheibenebene in Richtung des ersten Halbleitergleichrichterelements und in einer solchen Höhe verläuft, dass er direkt oder über einen Leiterteil flächenhaft auf der oberen Kontaktelektrode der benachbarten Halbleitertablette befestigt werden kann. Dadurch wird die elektrische Reihenschaltung der beiden Halbleitergleichrichterelemente hergestellt.
Auf jeder Kontaktscheibe --3, 13-- ist je eine Halbleitertablette --4-- durch Löten befestigt. Sie ist an ihrer oberen Kontaktfläche über ein Kontaktplättchen--5--mit einem Anschlussleiter --6-- bzw. mit dem Abschnitt --13a-- der Kontaktscheibe --13-- fest verbunden. Der Anschlussleiter --6-- kann bolzenoder litzenförmig ausgebildet sein. Der Ansatz der Kontaktscheibe --13-- kann zum Ausgleich von beim Einsatz auftretenden Wärmedehnungen besondere Formgebung aufweisen.
An Stelle von ungekapselten können auch metallgekapselte Halbleitergleichrichterelemente verwendet werden. Zusätzlich zu den Stromanschlussteilen am Eingang und am Ausgang der Reihenschaltung ist ein weiterer vorgesehen und dem Verbindungsleiter zwischen den Halbleitergleichrichterelementen, gemäss der Darstellung in Fig. 1 der Kontaktscheibe --13-- und ihrem Ansatz, zugeordnet. Dadurch können die Halbleitergleichrichterelemente einzeln oder bei entsprechender Verschaltung der Stromanschlussteile ausser in Reihenschaltung in Antiparallelschaltung oder in Verdopplerschaltung eingesetzt werden.
Die Kontaktscheiben --3, 13-- können auch mittels eines Klebers auf der jeweiligen Zwischenscheibe - befestigt sein. Die gegenseitige Verbindung von Bauteilen durch Kleben ermöglicht einen besonders wirtschaftlichen Zusammenbau der erfindungsgemässen Anordnungen.
Erfindungsgemäss ist der dem einen Schaltungsende und der dem Verbindungsleiter zugeordnete jeweilige Stromanschlussteil zur Herstellung von Schraubverbindungen mit Stromleitern jeweils in Form eines Anschlussbolzens --7, 17-- gemeinsam mit der entsprechenden Halbleitertablette --4-- auf deren Kontaktscheibe --3 bzw. 13-- beispielsweise senkrecht befestigt. Der dem andern Schaltungsende zugeordnete Stromanschlussteil --9-- ist räumlich zwischen den beiden bolzenförmigen Stromanschlussteilen - -7, 17-- angebracht. Vorteilhaft liegen sämtliche Stromanschlussteile in einer Reihe z.
B. auf einer Geraden und auf der Längsachse der Grundplatte --1--. Beide äusseren Anschlüsse 17-können gleichen Abstand zum mittleren --9-- aufweisen.
Die Dicke der Stromanschlussteile --7, 17-- richtet sich nach der durch die aktive Fläche der vorgesehenen Halbleitertabletten bestimmten Stromdichte, ihre Länge nach der Höhe des Aufbaus der Halbleitergleichrichterelemente und nach konstruktiven Gesichtspunkten zur Befestigung von Strom- leiterteilen.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, weisen die Stromanschlussteile --7, 17-- an der Stirnseite ihres freien Endes z. B. ein Sackloch --27-- mit Innengewinde zur Schraubbefestigung von Stromleiterteilen auf.
Die räumliche Anordnung der Stromanschlussteile in einer Reihe, wobei insbesondere der dem Verbindungsleiter zugeordnete Stromanschlussteil an einem Ende der Reihe liegt, ergibt den wesentlichen Vorteil, dass in rationeller Weise mit Hilfe eines oder mehrerer Kontaktbügel zwischen den Anschlüssen einer bzw. mehrerer Baueinheiten unterschiedliche Gleichrichterschaltungen erzielbar sind.
Zur erfindungsgemässen Anordnung des mittleren der Stromanschlussteile ist weiter ein stegförmige Isolierstoffteil --8-- vorgesehen. Er weist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an seinen beiden Stirnseiten je eine dem Umfang der Anschlussteile 17--angepasste, stirnseitig offene Aussparung auf und ist mit Hilfe dieser Ausbildung flächenparallel zur Grundplatte-l-zwischen den
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jedes Anschlussteils--7, 17--.
Der beispielsweise aus Glasfasergewebe bestehende Isolierstoffteil --8-- weist in seinem Verlauf zwischen den Stromanschlussteilen --7, 17-- Öffnungen --28-- auf. Eine derselben dient zur Durchführung des oberen Anschlussleiters--6--des einen Halbleitergleichrichterelements und eine weitere zum
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diesem fest verbunden sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass bei entsprechender Längsausdehnung der Halbleiteranordnung der obere Anschlussleiter --6-- des einen Halbleitergleichrichterelements, in ausreichender Länge ausgebildet, durch eine Öffnung des Isolierstoffteils --8-- hindurch über diesen hinausragt und an seinem freien Ende als Stromanschlussteil ausgebildet ist. Bedarfsweise kann die mechanische Fixierung an dem Isolierstoffteil --8-- mit Hilfe an sich bekannter Bauelemente, z. B. durch Verschrauben, erfolgen.
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geringeren Querschnitt zum Durchstecken durch die vorgesehene öffnung --28-- des Isolierstoffteils --8-und durch eine vorgesehene Öffnung des Kontaktsteges --10-- auf. Der Kontaktsteg --10-- ist beispielsweise ein Stanzteil und zur Erzielung von Lötverbindungen bedarfsweise oberflächenbehandelt.
Der erläuterte Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung ist, wie dies in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, in einem Kunststoffgehäuse untergebracht, das auf der Grundplatte-l-beispielsweise durch Kleben oder durch Vernieten an deren Durchbohrungen --21-befestigt ist. Das Kunststoffgehäuse kann aus einem Wandteil und einem Deckelteil bestehen oder aber ein einstückiger Bauteil sein und, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, an je einem flanschförmigen Ansatz mit der Grundplatte-l-verbunden sein. Da das Kunststoffgehäuse nichts zum Kennzeichen der Erfindung beiträgt, ist es nicht weiter in Betracht gezogen.
Innerhalb des Kunststoffgehäuses ist der aus Halbleitertabletten und Kontaktbauteilen bestehende Aufbau bis über den Isolierstoffteil --8-- in eine Giessmasse eingebettet. Dadurch ist die erforderliche, mechanisch feste Anordnung des Stromanschlussteils --9-- beim Einbau der Halbleitergleichrichteranordnung gewährleistet. An Stelle der Einbettung in Giessmasse in einem Kunststoffgehäuse kann der vorgesehene Aufbau auch in eine Kunststoffpressmasse entsprechender Formgebung eingeschlossen sein.
Eine Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung besteht in einem wirtschaftlicheren Aufbau ohne Isolierstoffteil --8--, bei welchem die Stromanschlussteile --7, 27-- und der als Stromanschlussteil ausgebildete Anschlussleiter --6-- nach vorheriger Fixierung mittels einer Hilfslehre in vorgesehener
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Steuerelektroden der Thyristortablette an entsprechenden Stellen zum Isolierstoffteil geführt und dort durch Löten fixiert.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Isolierstoffteils --18-- dargestellt, das an seinen oberen Längsrandzonen Leiterbahnen --30a, 30b--, beispielsweise an deren einem Ende je eine Durchbohrung --32-- zur Durchführung der zugeordneten Steuerelektrode und jeweils beispielsweise an deren anderem Ende einen stiftförmigen Steuerstromanschluss --31-- aufweist. Diese Steuerstromanschlüsse können auch unmittelbar an Stelle der Durchbohrungen angebracht und mit der jeweiligen Steuerelektrode kontaktiert sein, so dass die Leiterbahnen --30a, 30b-- entfallen.
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