DE1110322B - Flaechengleichrichteranordnung mit einem mit Kuehlfahnen ausgestatteten massiven Kuehlkoerper - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Flächengleichrichteranordnung, 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, dadurch gekennzeich-C 29 net, daß der in die Bohrung eingeführte Teil der Fassung bezüglich seiner räumlichen Ausdehnung wesentlich größer dimensioniert ist als das Halbleiterelement und über seine sich in Achsrichtung der Bohrunor 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 Berührunas-Mantelfläche wirkende Kraftkomponenten ausgeübt werden.
2. 2. Flächengleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Bohrung des Kühlkörpers eine oder mehrere schlitzförmige Aussparungen aufweist. deren lichte Weite durch eine Spannvorrichtung herabgesetzt werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften-Deutsche Auslegeschrift Nr. 1035 782; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1773 097; USA.-Patentschriften Nr. 2 763 822, 2 806 187; französische Patentschrift Nr. 1134 695.