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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, enthaltend einen Flüssigkeitskühler und ein Leistungshalbleiter-Element gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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In der
DE 24 02 606 C2 wird eine Flüssigkeitskühleinrichtung für scheibenförmige Halbleiterelemente beschrieben. Den beiden mit topfförmigen Abschlussblechen versehenen Seitenflächen des Halbleiterelements ist jeweils ein Kühlkörper zugeordnet, dessen Oberfläche mit zum Halbleiterelement hin offenen Ausnehmungen als Kühlkanäle versehen. Die Kühlflüssigkeit in den Ausnehmungen berührt zumindest einen Teil der äußeren Fläche des Abschlussblechs, über welches mittelbar die Verlustleistung von dem Halbleiterelement abgeführt wird. Als Isolierelement ist ein Oxydkeramikgehäuse vorgesehen, welches teilweise die Kühlkörper und das zwischen diesen eingespannte Halbleiterelement umgibt.
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In der
JP 2 000-243 886 A ist ein Kühlkörper für ein Leistungshalbleiter-Element offenbart, dessen Seitenfläche mit dem Kühlkörper laminiert ist. Der Kühlkörper enthält eine zentrale durchgehende Ausnehmung, in welcher eine Membran mit Metallzylindern angeordnet ist. Kühlflüssigkeit durchströmt die zwischen den Metallzylindern vorhandenen Zwischenräume, wobei die den Zwischenräumen zugewandten Bereiche der Seitenfläche direkt angeströmt werden. Zur Isolierung und Abdichtung sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich.
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Aus der
US 4 268 850 A ist eine Anordnung bekannt, bei welcher das Leistungshalbleiter-Element zwischen Kontaktstücken angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiter-Element und die Kontaktstücke von einem ringförmigen Isolierelement umgeben sind. Die Kontaktstücke mit dem dazwischen angeordneten Leistungshalbleiter-Element sind zwischen zwei Kühlkörpern, welche Kühlkanäle enthalten, angeordnet und mittels Montageplatten sowie Verbindungsbolzen gegeneinander verspannt sind, welche weder die Kühlkörper noch den Isolierring durchdringen.
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Weiterhin ist aus der
JP 2000-082 769 A eine Kühlvorrichtung mit einem Kühlkanal bekannt. In dem Kühlkanal sind thermisch leitende granulare Elemente, beispielsweise Kupferkörner oder ähnliches angeordnet, welche vom durchströmenden Kühlmedium umströmt werden.
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Des Weiteren ist aus der
DE 27 58 166 A1 ein Leistungshalbleiterbauelement bekannt, welches ein zwischen zwei Hauptelektroden angebrachtes Halbleitersystem enthält. Die Hauptelektroden bzw. Kühlkörper bestehen stets aus zwei thermisch verbundenen Teilen, wobei der jeweils erste am Halbleitersystem anliegende Teil aus einer kreisförmigen Scheibe besteht. Der jeweils zweite Teil enthält ein System von Hohlräumen und sind untereinander mechanisch mittels eines umgebenden keramischen Isolierringes verbunden.
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Leistungshalbleiter in Scheibenzellenbauform oder in Waferform sind üblicherweise in geeigneten Gehäusen angeordnet, welche Elemente wie Kontakte, elektrische Leitungen, zur anodenseitigen und kathodenseitigen Kontaktierung der Leistungshalbleiter enthalten. Zur Kühlung gelangen separate, mit den Leistungshalbleiter-Gehäusen verbundene Kühlgehäuse zum Einsatz, wobei deren Wände aneinander liegen und somit zwischen den genannten Gehäusen thermische Übergangswiderstände vorgegeben sind, welche bei der Dimensionierung im Hinblick auf die geforderte und/oder erreichbare Kühlleistung zu berücksichtigen sind. Veränderungen der aneinander liegenden Gehäusewände bzw. Gehäuseflächen können in nachteiliger Weise zu Änderungen der thermischen Übergangswiderstände und zu einer reduzierten Kühlleistung führen. Die bisherigen separaten Kühlgehäuse erfordern ferner einen zusätzlichen Fertigungsaufwand und ein nicht unerhebliches Bauvolumen.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter mit geringem konstruktivem Aufwand dahingehend auszubilden, dass der thermische Übergangswiderstand reduziert und der Wärmeübergang verbessert wird. Der Flüssigkeitskühler für diskrete Leistungshalbleiter soll einen geringen Fertigungsaufwand erfordern und bei kompakter Bauweise eine optimierte Kühlung des oder der Leistungshalbleiter ermöglichen. Der Flüssigkeitskühler und die Kontaktierung des Leistungshalbleiters soll mit geringem Materialaufwand erreicht und/oder mit wenigen Bauteilen realisiert werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß ist eine Anordnung mit einem Leistungshalbleiter-Element, insbesondere in Scheibenzellenbauform und in Waferform, geschaffen, wobei ein unmittelbarer Wärmeübergang zwischen dem diskreten Leistungshalbleiter und dem Kühlmedium vorgegeben ist. Das Leistungshalbleiter-Element ist grundsätzlich als ein plattenförmiges Element ausgebildet, insbesondere als Scheibenzelle oder Wafer, dessen Seitenflächen zumindest teilweise als Kathode bzw. Anode ausgebildet sind. Das Leistungshalbleiter-Element ist zwischen zwei Kontaktstücken angeordnet, und zwar einem anodenseitigen sowie einem kathodenseitigen Kontaktstück. Zwischen diesen ist ferner, vorzugsweise im Wesentlichen in der gleichen Ebene, in welcher das Leistungshalbleiter-Element angeordnet ist, ein Isolierelement angeordnet ist in Form eines Zentrierringes, welches aus elektrisch nicht leitfähigem Material besteht. Das Isolierelement und/oder der Zentrierring umgibt das Leistungshalbleiter-Element und dient in bevorzugter Weise zu dessen Fixierung, wobei das genannte Element in einer zentralen Ausnehmung des Zentrierringes angeordnet ist. Wenigstens das eine Kontaktstück, bevorzugt beide Kontaktstücke, enthalten einen zum Element offenen Kühlkanal, welcher durch die dem Kontaktstück zugewandte Seitenfläche des Elements begrenzt und/oder geschlossen ist, so dass ein unmittelbarer Kontakt des durch den Kühlkanal strömenden Kühlmediums mit dem Element vorhanden ist. Das Kühlmedium wird somit unter Vermeidung metallischer thermischer Übergangswiderstände näher bzw. unmittelbar an den Verlustleistungserzeuger, nämlich das diskrete Leistungshalbleiter-Element gebracht, so dass eine sehr effiziente Kühlung und eine im Vergleich zu vorbekannten Bauformen erheblich erhöhte Strombelastbarkeit des Leistungshalbleiters erreicht wird. Die bisher infolge separater Gehäuse aufgrund der Gehäusewände und Zwischenflächen vorhandenen thermischen Übergangswiderstände entfallen. Da im Unterschied zu separaten Gehäusen keine Zwischenflächen vorhanden sind, ist insoweit eine Änderung des Wärmeübergangs, beispielsweise aufgrund von korrosiven Einflüssen und Veränderungen der aneinanderliegenden Zwischenflächen, nicht zu befürchten, so dass eine hohe Langzeitkonstanz des optimierten Wärmeübergangs gewährleistet ist.
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Das anodenseitige Kontaktstück und ebenso das kathodenseitige Kontaktstück bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, wobei die bevorzugt glatte Außenseite des jeweiligen Kontaktstücks zur äußeren Kontaktierung mittels entsprechender Kontaktelemente vorgesehen ist. Die dem Leistungshalbleiter-Element zugewandte Innenfläche des oder der Kontaktstücke ist mit dem Kühlkanal bzw. den Kühlkanälen durchzogen, wobei wenigstens ein dazwischenliegendes Kontaktteil vorgesehen ist, welches den inneren elektrischen Kontakt zwischen dem Kontaktstück und dem Leistungshalbleiter-Element gewährleistet. Das innere Kontaktteil besteht aus elektrisch leitfähigem Material und ist insbesondere das beim Einbringen des oder der Kühlmittelkanäle in das Kontaktstück stehengebliebene Teil, beispielsweise in Form von Rhomben, Quadraten, Rechtecken, Dreiecken, Oval, Zylinder, Mäander oder ein- und auswärtslaufende Spirale. Die innere Kontaktierung und die Verwirbelung des Kühlmediums können ferner durch elektrisch leitfähige Füllstoffe, welche zwischen dem Kontaktstück und dem Leistungshalbleiter-Element angeordnet sind, erfolgen. Als derartige Füllstoffe seien hier insbesondere elektrisch leitfähige Metallwolle, Kugeln oder Bürsten genannt. Es versteht sich, dass das wenigstens eine Kontaktstück, zweckmäßig beide Kontaktstücke, die Anschlüsse für Leitungen oder dergleichen zur Zuführung und Abführung des Kühlmediums aufweisen.
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Die beiden Kontaktstücke sind mittels geeigneter Verbindungselemente fest miteinander verbunden und bevorzugt miteinander verspannt, welche insbesondere als Spannschrauben, Gewindestangen oder dergleichen ausgebildet sind, wobei ferner Mittel zur elektrischen Isolierung der beiden Kontaktstücke vorgesehen sind. Im Rahmen der Erfindung kann der Flüssigkeitskühler in Sandwich-Bauweise ausgebildet sein, wobei zusätzlich zu den beiden erläuterten Kontaktstücken und dem Leistungshalbleiter-Element in analoger Weise wenigstens ein weiteres Kontaktstück sowie wenigstens ein weiteres Leistungshalbleiter-Element übereinander angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei derart übereinander angeordneten Leistungshalbleiter-Elementen ist jeweils das weitere Kontaktstück vorgesehen, welches vorzugsweise auf seinen beiden, dem jeweiligen Leistungshalbleiter-Element zugewandten Seiten bzw. Innenflächen den oder die Kühlkanäle sowie die korrespondierenden Kontaktteile enthält, zwecks Kontaktierung mit der Kathode bzw. Anode der anliegenden Leistungshalbleiter-Elemente.
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Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung erfolgt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung der Anordnung mit integriertem Leistungshalbleiter-Element,
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2 Einzelteile der Anordnung
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3 das kathodenseitiges Kontaktstück mit kathodenseitiger Kanalführung, kathodenseitiger Isolierung, Isolierrohren und Spannschrauben,
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4 das kathodenseitiges Kontaktstück gemäß 3 mit zusätzlich aufgesetztem Zentrierring,
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5 das kathodenseitiges Kontaktstück gemäß 4 mit zusätzlich aufgesetztem Leistungshalbleiter-Element in Form einer Scheibenzelle,
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6 das kathodenseitiges Kontaktstück gemäß 5 und zusätzlich das anodenseitige Kontaktstück,
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7 die Anordnung mit integriertem Leistungshalbleiter-Element gemäß 6, jedoch mit dem auf das kathodenseitige Kontaktstück aufgesetzten anodenseitigen Kontaktstück,
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8 die Anordnung gemäß 7 mit zusätzlich angeordneter anodenseitiger Isolierung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die komplette Anordnung mit einem ersten kathodenseitigen Kontaktstück 1 und einem zweiten anodenseitigen Kontaktstück 2, zwischen welchen ein Isolierelement 4, vorzugsweise in Form eines Zentrierringes, angeordnet ist. Das erste und das zweite Kontaktstück 1, 2 sind im wesentlichen plattenförmig ausgebildet und bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, während das Isolierelement 4 aus elektrisch nicht leitfähigem Material besteht und bevorzugt gleichfalls als Platte ausgebildet ist. Das erste Kontaktstück 1 weist eine bevorzugt glatte Oberfläche 6 auf, über welche mit hier nicht weiter dargestellten Kontaktelementen, wie beispielsweise Bürsten, Federelementen oder dergleichen, der äußere anodenseitige Stromkontakt bewerkstelligt wird. Entsprechend ist die in der Zeichnung nicht sichtbare äußere Oberfläche des ersten kathodenseitigen Kontaktstücks 1 ausgebildet und analog mit Kontaktelementen für den äußeren kathodenseitigen Stromkontakt versehen. Die Kontaktstücke 1 und 2 weisen jeweils einen Anschluss 8, 10 für Leitungen eines Kühlmittelsystems auf. Die beiden Kontaktstücke 1, 2 sowie das dazwischen angeordnete plattenförmige Isolierelement 4 sind mittels Verbindungselementen 12 miteinander verbunden und gegeneinander verspannt. Wie ersichtlich, sind die Verbindungselemente 12 als in den vier Eckbereichen der Kontaktstücke 1, 2 angeordnet Schraubbolzen und Muttern ausgebildet, wobei die Schraubbolzen korrespondierende Bohrungen in den Eckbereichen der Kontaktstücke 1, 2 und des Isolierelements 4 durchdringen. Die Verbindungselemente 12 sind bezüglich der Kontaktstücke 1, 2 elektrisch isoliert angeordnet und/oder ausgebildet. So sind die Schraubbolzen vorzugsweise jeweils von einer Isolierhülse 18 aus elektrisch nicht leitfähigem Material umgeben. Des Weiteren sind auf der äußeren Oberfläche 6 des anodenseitigen Kontaktstücks 2, insbesondere plattenförmige Isolierstreifen 14, 15 derart vorgesehen, dass die Muttern bezüglich der Oberfläche 6 des anodenseitigen Kontaktstücks 2 isoliert sind. Analog hierzu ist an der äußeren Oberfläche des ersten kathodenseitigen Kontaktstücks 1 eine kathodenseitige Isolierung vorgesehen.
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Wie nachfolgend erläutert wird, ist zwischen den beiden Kontaktstücken 1, 2, insbesondere in der Ebene des Isolierelements bzw. Zentrierringes 4, das Leistungshalbleiter-Element angeordnet, wobei das Leistungshalbleiter-Element mit seinen beiden dem ersten Kontaktstück 1 bzw. dem zweiten Kontaktstück 2 zugewandten Oberflächen bzw. der Kathode und der Anode in direktem elektrischen Kontakt mit Teilen der zugewandten Innenflächen des ersten und zweiten Kontaktstücks 1, 2 steht. Erfindungsgemäß ist das Leistungshalbleiter-Element in dem Flüssigkeitskühler integriert. Betrachtet man die Kontaktstücke 1, 2 als Bestandteile des Gehäuses des Leistungshalbleiters, so ist umgekehrt erfindungsgemäß der Flüssigkeitskühler in das Gehäuse des Leistungshalbleiter-Elements integriert. Erfindungsgemäß ist mittels der Kontaktstücke 1, 2 ein gemeinsames Gehäuse einerseits für das Leistungshalbleiter-Element und andererseits für den Flüssigkeitskühler geschaffen.
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2 zeigt nebeneinander die Einzelteile der Anordnung vor der Montage. Mit dem ersten kathodenseitigen Kontaktstück 1 sind bereits die Verbindungselemente bzw. deren Schraubbolzen oder Spannschrauben 16 verbunden, welche jeweils von einer Isolierhülse 18 umgeben sind. Die Isolierhülsen 18 sind als Rohre oder Schläuche ausgebildet und bestehen aus, hinsichtlich der an den Kontaktstücken 1, 2 anliegenden Spannung, durchschlagfestem Material. Alternativ können zur Isolierung der Kontaktstücke 1, 2 die Spannschrauben oder Gewindestangen 16 aus insbesondere faserverstärktem Kunststoff bestehen. Die in der Zeichnung erkennbare Innenfläche 20 des ersten Kontaktstücks 1 enthält einen teilweise offenen Kühlkanal 21, 22, welcher hier als eine in die Innenfläche 20 eingebrachte zum Leistungshalbleiter-Element offene, mäanderförmige bzw. ringförmige Nut ausgebildet ist. Die zwischen den offenen Nuten bzw. Kühlkanälen stehen gebliebenen Teile 23 des Kontaktstücks 1 sind die Kontaktteile für den Stromübergang auf das Leistungshalbleiter-Element. Die offene Nut bzw. Nuten stehen mit den Anschlüssen 8, 10 für die Zuführung und Ableitung des Kühlmediums in Verbindung. Das Isolierelement 4 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist in seinen vier Eckbereichen jeweils eine Bohrung 24 derart auf, dass das Isolierelement 4 auf das erste Kontaktstück 1 aufgelegt werden kann, wobei die Verbindungselemente 12, insbesondere deren Isolierhülse 18, durch die genannten Bohrungen 24 hindurchgeführt sind. Das Isolierelement 4 enthält ferner eine zentrale Ausnehmung 26, welche auf die radialen Außenabmessungen des Leistungshalbleiter-Elements 28 abgestimmt ist.
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Das Leistungshalbleiter-Element 28 ist als Scheibenzelle oder Wafer ausgebildet, wobei anstelle der hier kreisförmigen Außenkontur selbstverständlich auch eine andere vorgegeben sein kann und die zentrale Ausnehmung 26 des Isolierelements 4 korrespondierend hierzu ausgebildet ist. Das Leistungshalbleiter-Element 28 ist im Wesentlichen als eine Scheibe oder Platte ausgebildet und enthält zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen, welche zumindest teilweise als Kathoden bzw. Anoden ausgebildet sind. Die anodenseitige Seitenfläche 29 ist in 2 sichtbar, während die kathodenseitige Seitenfläche hinter der Zeichenebene liegt. In vorteilhafter Weise ist das Isolierelement 4 als ein Zentrierring ausgebildet, in dessen zentrale Ausnehmung 26 das Leistungshalbleiter-Element 28 einsetzbar ist und insbesondere zentrierbar ist. Das über den Umfang in bevorzugter Weise geschlossene Isolierelement 4 bzw. der Zentrierring besteht aus elektrisch nicht leitfähigem Material und ist nach der Montage zwischen den beiden Kontaktstücken 1, 2 eingespannt. Zusätzlich erfolgt mittels des Isolierelements und/oder Zentrierrings 4, welcher das Leistungshalbleiter-Element 28 bevorzugt vollständig über den Umfang des umgibt, eine Abdichtung nach außen, wodurch zuverlässig ein Austritt des Kühlmediums unterbunden wird. Das Isolierelement bzw. der Zentrierring 4 besitzt somit eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die elektrische Isolierung der beiden Kontaktstücke 1 und 2 sowie zum anderen die Abdichtung des oder der Kühlkanäle 21, 22 nach außen. Zusätzlich kann im Rahmen der Erfindung ein zusätzliches, ringförmiges Dichtelement zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück 1 und 2 vorgesehen sein, welches das Leistungshalbleiter-Element 28 und die diesem zugewandten innen liegenden Kühlkanäle radial außen umgibt.
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Das zweite anodenseitige Kontaktstück weist in seiner Innenfläche 30 entsprechend des ersten Kontaktstücks 1 ebenfalls als offene Nuten ausgebildete Kühlkanäle 31, 32 auf. Es sind nach der Montage des Flüssigkeitskühlers die offenen Nuten 21, 22 des ersten Kontaktstücks 1 ebenso wie die offenen Nuten 31, 32 des zweiten Kontaktstücks 2 mittels der jeweiligen zugewandten Seitenflächen des plattenförmigen Leistungshalbleiter-Elements 28 geschlossen, wobei das durch die derart geschlossenen Kühlkanäle 21, 22 sowie 31, 32 strömende Kühlmedium direkt an die jeweiligen Seitenflächen des Leistungshalbleiter-Elements 28 gelangt, wodurch ein optimierter Wärmeübergang sichergestellt ist. Die zwischen den offenen Nuten 21, 22 bzw. 31, 32 des ersten Kontaktstücks 1 bzw. des zweiten Kontaktstücks 2 stehengebliebenen, vorhandenen Teile 23 bzw. 33 liegen unmittelbar an den zugewandten Seitenflächen des Leistungshalbleiter-Elements 28 an und gewährleisten den direkten inneren elektrischen Kontakt der beiden Kontaktstücke 1, 2 mit dem Leistungshalbleiter-Element 28. Auch das zweite Kontaktstück enthält Anschlüsse 8, 10 für die Anschlussleitungen des Kühlsystems. Zur anodenseitigen Isolierung sind die Isolierstreifen 14, 15 vorgesehen, welche nach der Montage auf der Außenseite des zweiten Kontaktstücks 2 aufliegen und mittels Muttern 34 sowie Unterlegscheiben 36 über die Außengewinde der Spannschrauben 16 festgelegt sind. Analog erfolgt die kathodenseitige Isolierung an der Außenfläche des ersten Kontaktstücks 1.
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Anhand der 3 bis 8 wird der Aufbau und die Montage der Anordnung mit dem integrierten Leistungshalbleiter-Element 28 weiter erläutert. Gemäß 3 enthält das erste Kontaktstück 1 in der Innenfläche 20 die als nach oben offene Nuten 21, 22 und die stehen gebliebenen Kontaktteile 23. Durch die Bohrungen 24 des ersten Kontaktstücks 1 sind die vier Spannschrauben 16 mit den dieselben umgebenden Isolierhülsen 18 hindurchgeführt. An der hinter der Zeichenebene liegenden äußeren Oberfläche des ersten Kontaktstücks 1 sind die Isolierstreifen angeordnet ebenso wie die auf die Außengewinde der dortigen Enden der Spannschrauben 16 geschraubten Muttern. Das erste Kontaktstück weist erfindungsgemäß einen bevorzugt zentralen Zentrierstift 38 auf, welcher um einen vorgegebenen Betrag über die Innenfläche 20 vorsteht. Das Leistungshalbleiter-Element 28 enthält eine korrespondierende Ausnehmung, in welche der Zentrierstift 38 eingreift. Wie bereits erläutert, stehen die Anschlüsse 8, 10 über im Inneren des ersten Kontaktstifts 1 angeordnete und hier nicht weiter dargestellte Bohrungen mit den Nuten 21, 22 derart in Verbindung, dass das Kühlmedium die Nuten bzw. Kühlkanäle 21, 22 durchströmen kann.
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Gemäß 4 ist der Zentrierring 4 auf das erste Kontaktstück 1 aufgesetzt und gemäß 5 ist das Leistungshalbleiter-Element 28 in die zentrale Ausnehmung 26 des Zentrierringes 4 eingesetzt. Das Leistungshalbleiter-Element 28 enthält gemäß 5 eine zentrale Ausnehmung 40, in welche nach der weiteren Montage ein korrespondierender Zentrierstift des zweiten Kontaktstücks eingreift. Entsprechend enthält das Leistungshalbleiter-Element 28 in der hier nicht erkennbaren rückwärtigen Seitenfläche gleichfalls die bereits erwähnte Ausnehmung für den in 4 dargestellten Zentrierstift 38 des ersten Kontaktstücks 1.
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6 zeigt zusätzlich zu dem anhand 5 erläuterten Montagezustand neben dem ersten Kontaktstück 1 das zweite Kontaktstück 2 mit den offenen Nuten 31, 32 und den stehen gebliebenen Kontaktteilen 33 im Bereich der Innenfläche 30. Zur weiteren Montage wird das Kontaktstück 2 um 180° gedreht und auf das erste Kontaktstück 1 aufgesetzt, wobei die Innenfläche 30 dem Leistungshalbleiter-Element 28 zugewandt ist und wobei der zentrale Zentrierstift 42 des zweiten Kontaktstücks 2 in die zentrale Ausnehmung 40 des Leistungshalbleiter-Elements 28 eingreift. Es sei ausdrücklich festgehalten, dass die axialen Längen der beiden Zentrierstifte 38, 42 derart vorgegeben sind, dass deren einander zugewandten Enden einen hinreichend großen Abstand zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen aufweisen. Vorteilhaft ist zwischen den genannten Enden eine Isolierung vorgesehen.
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7 zeigt die Anordnung nach dem Aufsetzen des zweiten, anodenseitigen Kontaktstücks 2 auf das erste Kontaktstück 1 und das Leistungshalbleiter-Element. Es ist von besonderer Bedeutung, dass die Isolierhülsen 18 über die äußere Oberfläche 6 des zweiten Kontaktstücks 2 mit einem vorgegebenen Betrag überstehen, und zwar in der Größenordnung von einigen Millimetern und/oder der Dicke der nachfolgend an der äußeren Oberfläche 6 zwecks Isolierung anzuordnenden Isolierstreifen. Die Isolierhülsen ragen somit in die zugeordneten Bohrungen der Isolierstreifen hinein, wobei aufgrund des genannten Überstandes eine Fixierung der Isolierstreifen oder Isolierstoffplatten gewährleistet ist. Entsprechend ragen die Isolierhülsen 18 über die äußere Oberfläche des kathodenseitigen ersten Kontaktstücks 1 hinaus, wobei analog die dort vorhandenen Isolierstreifen oder Isolierplatten fixiert werden und im Bereich der Spannschrauben bzw. Gewindestangen ein Spannungsüberschlag zuverlässig unterbunden wird. Nach dem Aufsetzen der Isolierstreifen 14, 15 gemäß 8 auf die äußere Oberfläche 6 des zweiten Kontaktstücks 2 erfolgt in einem letzten Montageschritt das Aufsetzen der in 2 dargestellten Unterlegscheiben und das Aufschrauben der Gewindemuttern auf die Außengewinde der Spannschrauben 16. Das Festziehen der Gewindemuttern 34 erfolgt mit einem vorgegebenen Drehmoment, um eine definierte Verspannung der beiden Kontaktstücke 1, 2 und des zwischen diesen angeordneten Leistungshalbleiter-Elements zu gewährleisten. Die Vorspannung wird insbesondere unter Berücksichtigung der im Betrieb der Leistungshalbleiter-Elemente sich ergebenden Temperaturänderungen vorgegeben, damit auch in extremen Betriebszuständen eine feste Verspannung der beiden Kontaktstücke 1, 2 und ferner eine funktionssichere kathodenseitige und anodenseitige Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Elements 28 mit den zugeordneten inneren Kontakteilen der beiden Kontaktstücke 1, 2 und schließlich auch eine funktionssichere Abdichtung der Kühlkanäle gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes, kathodenseitiges Kontaktstück
- 2
- zweites, anodenseitiges Kontaktstück
- 4
- Isolierelement/Zentrierring
- 6
- äußere Oberfläche von 2
- 8, 10
- Anschluss
- 12
- Verbindungselement
- 14, 15
- Isolierstreifen/Isolierplatte
- 16
- Spannschraube/Gewindestange
- 18
- Isolierhülse
- 20
- Innenfläche von 1
- 21, 22
- offene Nut/Kühlkanal in 20
- 23
- stehen gebliebener Teil von 1
- 24
- Bohrung in 4
- 26
- zentrale Ausnehmung in 4
- 28
- Leistungshalbleiter-Element
- 29
- anodenseitige Seitenfläche von 28
- 30
- Innenfläche von 2
- 31, 32
- offene Nut/Kühlkanal in 30
- 33
- stehen gebliebener Teil von 1
- 34
- Mutter
- 36
- Unterlegscheibe
- 38
- Zentrierstift von 1
- 40
- zentrale Ausnehmung in 28
- 42
- Zentrierstift von 2
