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Kühlanordnung für elektronische Bauelemente, insbesondere für Halbleiteranordnungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für elektronische Bauelemente,
insbesondere für Halbleiteranordnungen, bei der der zu kühlende Teil als Zylinder
oder als regelmäßiges Prisma ausgebildet und mit sternartig nach verschiedenen radialen
Richtungen hinausragenden Kühlfahnen versehen ist.
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Kühlanordnungen sind vielfach an elektrischen Geräten erforderlich,
um die an diesen betriebsmäßig anfallende elektrische Verlustwärme wirksam abzuleiten.
Es ist dabei üblich, als wänneabgebende Flächen Kühlfahnen zu benutzen. Ein solcher
Aufbau wird z. B. auch für die mit Halbleiteranordnungen verbundenen Kühleinrichtungen
benutzt. Hier wird in Verbindung mit diesen Kühlanordnungen eine Kühlmittelströmung
benutzt, die entweder durch Konvektion oder durch Benutzung eines Förderorgans entsteht.
Die Kühlmittelströmung kann entweder aus Luft, einem gasförmigen oder auch einem.
flüssigen Mittel bestehen. Insbesondere elektrische Halbleiteranordnungen besitzen
gewöhnlich nur relativ kleine Abmessungen gegenüber den an ihnen vorgesehenen Kühlanordnungen,
die von diesen Bauelementen die Wärme abführen sollen. Diese Kühlanordnungen müssen
relativ große Abmessungen erhalten, damit die an den spezifisch elektrisch hoch
belasteten Halbleiteranordnungen anfallende elektrische Verlustwärme beherrscht
werden kann. Wird in der bisher üblichen Weise der Aufbau der Kühlkörper so gewählt,
daß sie mechanisch einheitliche Körper darstellen, so ist es zur ausreichenden Wärineabfuhr
von dem einzelnen Bauelement notwendig, jeweils einen Kühlkörper herzustellen, welcher
der an dem Halbleiterbauelement anfallenden elektrischen Verlustwärme entspricht.
Es kann sich auch ergeben, daß ein solcher für die Grenzbelastung der Halbleiteranordnung
bemessener Kühlkörper bei dem betriebsmäßigen Einsatz der Halbleiteranordnung ein
unnötiges Gewicht der einzelnen Halbleiteranordnung mit sich bringt.
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Zur Vermeidung dieser Mängel wird für den Aufbau einer solchen Kühlanordnung
gemäß der Erfindung eine neuartige Lösung vorgeschlagen, deren Wesen in der möglichen
freien Wahl der Anzahl selbständiger Kühlfahnen für die einzelne Kühlanordnung besteht,
die in Verbindung mit einer Hilfseinrichtung zu einem mechanischen Aggregat zusammengespannt
werden können, so daß die Kühlanordnung in der Zahl ihrer Kühlfahnen auf einfache
Weise den Erfordernissen der einzelnen Halbleiteranordnungen angepaßt werden kann.
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Die Kühlanordnung kann dabei entweder ein für sich in seiner Raumform
bereits selbständig herstellbares Gebilde sein, welches dann erst mit der zu kühlenden
Anordnung zusammengebracht wird, oder kann auch bereits die Mantelfläche des zu
küh-
lenden Körpers als integrierenden Bestandteil ihrer Aufbaufonn einschließen.
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Diese Aufgabe kann bei einer Kühlanordnung für elektronische Bauelemente,
insbesondere für Halbleiteranordnungen der eingangs angeführten Art gelöst werden,
indem erfindungsgemäß die einzelnen Kühlfahnen als untereinander gleichgeformte
selbständige Teile ausgeführt sind, die mit ihren inneren, parallel zur Symmetrieachse
angeordneten Stimseiten hochkant an dem zu kühlenden Körper anliegen und mit Hilfe
von beiderseitig an ihren Enden angreifenden Spannvorrichtungen an den zu kühlenden
Körper angepreßt werden.
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Die Spannvorrichtung kann z. B. aus besonderen Spannkörpern bestehen,
welche den Umfang oder Vorsprünge der Kühlfahnen umgreifen, durch Aussparungen der
Kühlfahnen hindurchgreifen oder mit vorbereiteten Sitzen in Eingriff kommen. Solche
Vorsprünge können dabei derart gewählt werden, daß sie nach Art von Keilen gestaltet
sind, mit welchen z. B. Spannringe zusammenwirken. Auf diese Weise läßt sich erreichen,
daß durch die Wirkung der Spannringe nicht nur ein Zusammenspannen der Kühlfahnen
erreicht wird, damit sie eine mechanische Einheit bilden, sondern es können die
Kühlfahnen gleichzeitig mit einer Stirnfläche bzw. der Fläche eines Fußteiles auf
der Mantelfläche des zu kühlenden Körpers festgespannt werden. Durch Wahl des Maßes
der Spannung kann ein bestimmter Anpreßdruck zwischen der Stirnfläche der Kühlf
ahnen und der Mantelfläche des zu kühlenden Bauelements erzeugt werden, so daß dann
ein guter Wärmeübergang geschaffen ist. Im Fall einer solchen Anordnung können die
Spannrine ihrerseits durch besondere Hilfsschraubenverbindungen in ihrer betriebsmäßigen
Lage festgespannt
werden. In einer solchen Schraubverbindung kann
dabei die Mantelfläche des zu kühlenden Gerätes integrierender Bestandteil sein.
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Ferner kann der Aufbau der Kühlfahnen so gestaltet werden, daß diese
Kühlfahnen selbst unmittelbar als Hilfseinrichtungen dienen, welche durch eine Verformung
stirnseitiger Endteile die bzw. je eine Spannvorrichtung liefern, welche
mit denjenigen Spannringen zusammenwirkt, die die Kühlfahnen mittelbar oder unmittelbar
zusammenspannen.
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Es kann auch der Aufbau der Anordnung derart gewählt werden, daß nicht
an jedem Ende der Kühlfahnen verstellbare Spannglieder vorgesehen sind, sondern
daß an einem Ende der Kühlfahnen nur ein Widerlager benutzt ist, gegen welches die
Kühlfahnen mit diesem einen Ende durch Spannglieder festgespannt werden, welche
auf ihr anderes Ende wirken. So kann bei einer zylindrischen Oberfläche des zu kühlenden
Bauelements beispielsweise an dieser eine V-förmige Eindrehung vorgesehen sein,
in welche die Kühlfahnen mit entsprechenden V-förmigen Ausladungen eingeführt werden
können. An dem anderen Ende der Kühlfahnen ist dann, wie angegeben, z. B. -eine
Spannvorrichtung vorhanden, die als oder über eine Schraubverbindung dann den Anpreßdruck
erzeugt, mit welchem die Kühlfahnen an der Mantelfläche des zu kühlenden Gerätes
festgespannt werden. Wird der Aufbau dabei derart getroffen, daß der eine Schenkel
der genannten V-Form parallel zur Mantelfläche des zu kühlenden Gerätes liegt, so
kann erreicht werden, daß durch das Zusammenwirken der anderen Schenkel der V-Form
an der Ausladung der -Mantelfläche des zu kühlenden Körpers und an der Ausladung
der Kühlfahne wieder die Kühlfahne mit einer Stirnfläche auf der äußeren Oberfläche
des zu kühlenden Körpers angepreßt wird.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf eine solche Lösung beschränkt,
bei der nur ein System von Kühlfahnen in der Achsrichtung des zu kühlenden Körpers
vorhanden ist. Es kann vielmehr auch eine Kaskadenanordnung gewählt werden, wobei
in den verschiedenen Stufen der Kaskade die Kühlfahnen auch in der Umfangsrichtung
gegeneinander versetzt liegen können. Auf diese Weise erfährt der Kühlmittelstrom,
der zwischen den Kühlfahnen hindurch-,geschickt wird, mit dem übergang in eine weitere
Stufe eine Ablenkung, und es entstehen sogenannte Anlaufeffekte. Durch diese wird
in vorteilhafter Weise eine gewisse Turbulenz in der Kühlmittelströmung erzeugt,
denn eine turbulente Strömung gewährleistet stets eine bessere Kühlung als eine
Strömung mit laminarem Charakter. Auch in einer solchen Kaskadenanordnung kann wieder
von solchen Hilfsmitteln Gebrauch gemacht werden, wie sie bereits bei den anderen
Kühlanordnungen vorstehend angegeben worden sind. In diesem Fall genügt es aber,
an den Enden der gesamten Kaskade spannungsfähige Glieder vorzusehen, während Zwischenglieder
zwischen aufeinanderfolgende Stufen der Kühlanordnung nur abstützenden Charakter
haben. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch möglich, auch diesen Zwischengliedern
die Aufgabe von Spanngliedern zu geben, .und zwar von solchen Spanngliedern, die
die Kühlfahnen senkrecht zur Mantelfläche des zu kühlenden Gerätes anpressen.
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Im Rahmen der Erfindung kann schließlich der Aufbau einer erfindungsgemäßen
Anordnung auch derart gewählt werden, daß in der Umfangsrichtung des zu kühlenden
Körpers Kühlfahnen abwechselnd mit entsprechenden Abstandsstücken aneinandergereiht
sind. Diese Abstandsstücke sollen dabei derart bemessen sein, daß sie keine Klemmwirkung
zu-sammen mit den Seitenflächen der Kühlfahnen ergeben können, die verhindern
könnte, daß die Kühlfahnen mit ihren dem zu kühlenden Körper zugewandten Fächen
einen einwandfreien Wärmekontakt mit dieser Mantelfläche eingehen. Die
Ab-
standsstücke werden daher zweckmäßig zwischen die Kühlfahnen nur lose
eingesetzt, jedoch im übrigen dann durch die Hilfseinrichtung zum Festspannen der
Kühlfahnen ebenfalls in ihrer Lage gesichert, gegebenenfalls in Nuten oder Vertiefungen
über nachgiebige Stützglieder. Handelt es sich darum, einen zylindrischen Körper
mit Kühlfahnen auf seiner Mantelfläche auszustatten, so würde es sich z. B. als
notwendig ergeben, entsprechende Stangen mit ringsektorförmigeni Querschnitt als
Zwischenstücke in der Aneinanderreihung zu benutzen. Das könnte zu unnötigen Aufwendungen
baulicher Art oder der Bearbeitung Anlaß geben. Es läßt sich in diesem Fall dann
eine Vereinfachung für den Aufbau dadurch erreichen, daß als Zwischenstücke einfache
rechteckige Stangen benutzt werden, die jedoch an der oder benachbart der einen
Oberffäche, die der zu kühlenden Fläche abgewandt sind, durch einen Stauch- oder
Kerbprozeß seitlich für eine derart größere Ausdehnung verfonnt werden, daß sie
dann eine entsprechende Passung mit geringem Spiel mit den Seitenflächen der Kühlfahnen
eingehen. Solche besonderen Zwischenstücke zur gegenseitigen Distanzierung von Kühlfahnen
können dann in Wegfall kommen, wenn die Zahl der aufzuwendenden Kühlfahnen, die
in der Umfangsrichtung aneinanderzureihen sind, nach ihrer Aneinanderreihung etwa
dem Umfang der zu kühlenden Fläche entsprechen. Die Kühlfahnen können dann an ihren
dem zu küh-
lenden Körper benachbart liegenden Fußteilen derart verstärkt
ausgebildet werden, daß sie unmittelbar mit ihren Fußteilen die Rolle von sonst
aufzuwendenden Zwischenstücken übernehmen. Auch in diesem Fall ist naturgemäß wieder
dafür zu sorgen, daß z. B. M einer zylindrischen zu kühlenden Fläche die Kühlfahnen
bei ihrem Festspannen sich nicht gegenseitig in einer einwandfreien Anlage an der
zu kühlenden Fläche behindern können.
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Eine erflud:ungsgemäß aufgebaute Kühlanordnung kann, wenn sie zu einer
mechanischen Einheit durch den Zusammenbau gestaltet worden ist, dann auch außen
mit einer entsprechenden isolierenden Hülle insbesondere dann versehen werden, wenn
die Anordnung gegen unerwünschte spannungsgefährliche Berührung geschützt sein soll,
weil die zu kühlende Anordnung gleichzeitig einen entsprechenden elektrischen Pol
einer Gleichrichteranordnung bildet. Damit aber trotzdem ein einfacher elektrischer
Anschluß vorgenommen werden kann, können einE oder mehrere der Kühlfahnen
unmittelbar so als An. schlußstücke ausgebildet oder mit solchen verseher werden,
die aus den isolierenden Hüllen heraus odei durch diese hindurchtreten. Kühlfahnen
können statals elektrische Anschlußkörper auch als mechanischt Träger ausgebildet
sein, welche die Kühlanordnun# und mittelbar auch das von ihr gekühlte Gerät, als(
z. B. die gekühlte Halbleiteranordnung, tragen Schließlich ist es auch möglich,
bestimmte Kühl fahnen für das Tragen als auch bestimmte anderi
Kühlfahnen
für den elektrischen Anschluß zu benutzen.
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Es kann auch die Hilfseinrichtung, welche zum Zusammenspannen der
Anordnung zu einer Einheit benutzt wird, nicht auf die Enden der Kühlfahnen, sondern
auf Ausladungen an den einander gegenüberliegenden Seitenflächen aufeinanderfolgender
Kühlfahnen wirken.
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Als Hilfseinrichtung kann in diesem Fall ein hülsenfönniger Körper
dienen, der an seiner inneren Mantelfläche in seiner Achsrichtung etwas konisch
bzw. in der einen Achsrichtung verjüngt gestaltet und bis zu einem verbleibenden
Ringtell an dem verjüngten Ende mit Längsschlitzen versehen ist, welche dem Querschnitt
der Kühlfahnen entsprechen, damit diese in jene eingeführt werden können. Die Kühlfahnen
werden dann mit ihren seitlichen Ausladungen unter die nunmehr keilförmigen Stege
der genannten Hülsenform eingeschoben, wodurch sie gleichzeitig in radialer Richtung
gegen die Mantelfläche des zu kühlenden Körpers verschoben werden. Auf die freien
Enden der Stege kann wieder ein entsprechender Spannring, gegebenenfalls nach Art
einer Überwurfmutter aufgesehraubt oder durch eine zusätzliche Mutter aufgepreßt
werden, wodurch die Berührungsflächen der Kühlfahnen und die Mantelfläche des zu
kühlenden Körpers mit einem sich steigernden Druck aneinandergepreßt werden.
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Für Halbleiteranordnungen ist es bekanntgeworden, eine Gleichrichterzelle,
die mit dem Halbleiterkörper an einer Oberfläche über einen ebenen Bodenteil und
an der gegenüberliegenden Oberfläche über die äußere Bodenfläche eines Gehäuseteiles
von nach außen offener und in axialer Richtung abgestufter Becherforin verbunden
ist, mit der genannten planen Bodenfläche an einem S-förmigen Metallkörper auf dem
Zwischenteil zwischen den beiden auslaufenden Schenkeln der S-Form anzulöten. Dieser
S-förmige Träger liefert gleichzeitig einen elektrischen Anschlußkontakt und trägt
elektrisch isoliert einen winkelförmigen zweiten elektrischen Anschlußkontaktkörper
für die Gleichrichterzelle. An derjenigen Fläche des Steges der S-Form, welche der
die Gleichrichterzelle tragenden Fläche dieses Steges abgewandt ist, sind dadurch
wärmeabstrahlende Rippen vorgesehen, daß Blechkörper zu U-Formen mit verschiedener
Jochweite gebogen sind. Die jeweilige U-Form mit kleinerer Jochbreite ist mit der
Außenfläche ihres Joches jeweils auf die innere Jochfläche eines Joches von größerer
Breite einer in der Schichtrichtung vorausgehenden U-Forin eingesetzt, und diese
aus U-Formen gebildeten Magazine sind mittels Schrauben an dem genannten Steg festgespannt.
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Bei einem anderen bekannten Züsammenbau einer Gleichrichterzelle mit
Kühlfahnen sind für die Bildung der Kühlfahnenanordnung Bleche in einem mittleren
Teil ihrer Flächenausdehnung becherartig geformt. Mehrere Kühlfahnen mit diesen
Becherformen können ineinandergesetzt werden, bis die äußere Bodenfläche der Becherform
eines in der Schichtung nachfolgenden Kühlbleches sich auf die innere Bodenfläche
eines vorausgehenden Kühlbleches aufsetzt, wobei die ineinandergesetzten Teile auch
noch zusätzlich über ihre gegenseitigen Anlageflächen miteinander verlötet sein
können.
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Bei einer Kühleinrichtung für Leistungstransistoren ist es bekanntgeworden,
Kühlplatten über stangenförmige Distanzstücke aus einem Aluminiumprofil zu einem
Stapel mittels Schrauben zusammenzuspannen, Distanzstücke jeweils mittels einer
bogenförmigen, in ihrem Rand vorgesehenen Aussparung zu umgreifen und das Distanzstück
zwischen den beiden innersten, symmetrisch zu den Enden des Stapels liegenden Kühlplatten
in der Achsrichtung des Stapels plattenförmig auszubilden und als Träger für eine
Schraubbefestigung des Transistorgehäuses zu benutzen.
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Zur Bildung einer Anordnung von Kühlblechen für Elektronenröhren mit
metallischem Gefäßmantel, insbesondere Magnetfeldröhren, ist es bekanntgeworden,
zwei Kühlblechgruppen mit jeweils einer Blechzwischenlage zwischen zwei in der Stapelrichtung
aufein" anderfolgenden Kühlblechen mit je einer bogenförmigen Randaussparung,
die der Form der Mantelfläche des Gefäßmantels angepaßt ist, zu je einem
Stapel zu schichten, in jedem Stapel in der Mitte der Schichthöhe eine ebenes durchgehendes
Blech zu benutzen, während jedes darauffolgende in der Schichtung benachbarte Blech
einen abgewinkelten Längenanteil als frei auslaufende Kühlfahne besitzt, die einen
Winkel mit der Fläche der Kühlfahne des genannten durchgehenden Bleches bildet.
Dieser Abweichungswinkel wird dabei für jedes in der Schichtung nach ' -
folgende
Blech größer als bei dem im vorausgehenden Blech bemessen, so daß für ein letztes
Blech des Stapels der genannte Winkel den Wert von 90' und die Form des Bleches
diejenige eines L überschreiten kann. Die Kühlfahnenbleche verlaufen dabei mit ihren
Endkanten parallel zueinander und zu einer Durchmesserrichtung des Gefäßmantels
der Röhre.
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In einem der Stapel ist dabei die Breite der Kühlfahnen senkrecht
zur Längsrichtung der Rohre kleiner als in dem anderen Stapel. Die Bleche jedes
der Stapel sind nahe dem bogenförmigen Innenrand durch je einen Schraubenbolzen
zusammengespannt, der für seinen Schaftteil ein Drehlager um seine Achse in dem
von den Kühlplatten und Zwischenlagen gemeinsam gebildeten durchgehenden Kanal findet.
Die beiden Blechpaketestapel bilden miteinander einen Spalt, der in Durchmesserrichtung
zum Gefäßmantel der Röhre verläuft. In den Spalt ist an seinem von dem Gefäßmantel
abgewandten Ende ein Blechstreifen eingelegt, der ein Drehlager für die beiden Kühlblechstapel
bilden soll.
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Ein bekannter Kühler für Leistungsröhren besteht aus einem auf einen
Anodenbolzen aufschiebbaren massiven Zylinderringkörper, der an seiner Außenmantelfläche
mit Rillen versehen ist, wobei in jede der Rillen ein frei von der Achse des Anodenbolzens
nach außen ausladendes Kühlfahnenblech eingelötet werden kann. Das Kühlblech kann
dabei eben gewinkelt oder kurvenförmig sein. Der Kühlkörper kann auch eine in der
Achsrichtung des Anodenbolzens bzw. seines für das Aufschichten auf den Anodenbolzen
bestimmten Kanals aus Blechen geschichtet sein, von denen jedes einen zentralen
Ringscheibenkörper mit von dessen äußerem Umfang sternstrahlenartig auslaufenden
rechteckigen Rippenteilen versehen ist oder jedes Blech eine Aussparung zur anteiligen
Bildung des Kanals aufweist, die symmetrisch zwischen zwei kürzeren Seiten des Kühlbleches
von rechteakiger Grundforin liegt, jedoch unsymmetrisch in bezug auf die längeren
Seitenkanten des Kühlbleches. Dabei sind diese Kühlbleche derart geschachtelt geschichtet,
daß jeweils ein im Stapel nachfolgendes Kühlblech mit seiner weiter von der Aussparung
entfernten Seitenkante über die nur
eine geringere Entfernung von
der Aussparung aufweisende Seitenkante des vorausgehendenKühlbleches herausragt.
Die Bleche einer solchen gestapelten Schichtung sind dabei durch Schrauben zusammengespannt
und gegebenenfalls miteinander sowie auch mit dein Anodenbolzen der Leistungsröhre
verlötet. Der Kühlfahnenkörper kann dann betriebsmäßig auch in einem zylindrischen
Luftführungskanal angeordnet werden.
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Für Trockengleichrichter mit plattenförmigen Elementen, wie Selengleichrichter,
ist bekannt, sie mit gegenseitigem Abstand auf einem zentralen Bolzen anzuordnen,
diesen in der Ungsrichtung eines miteinem flüssigenKühlmittel füllbarenzylindrischen
Gehäuses anzuordnen, die zylindrische Außenmantelfläche dieses Gehäuses als Innenmantelfläche
eines zylinderringförmigen Kühlmantels zu benutzen, der in der Umfangsrichtung der
Ringform durch in Richtung der Zylinderachse verlaufende Zwischenwände zur Bildung
von axial verlaufenden Kühlkanälen unterteilt ist. Das flüssigkeitsgefüllte Gehäuse
ist außen nach Art eines niehrgängigen Schraubengewindes gestapelt. Die schraubengangförmig
verlaufenden, mit dem äußeren Mantelteil gebildeten Kühlkanäle werden mit Kühlhift
beliefert, die am Ende der Kanäle von ringseginentförmigem Querschnitt der Kühlanordnung
frei ausbläst. -
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele
wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen.
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# 1 bezeichnet einen zylindrischen Körper. Dieser kann entweder
einen Bolzen oder eine Ausladung eines zu kühlenden Bauelements darstellen. Dieser
zylindrische Teil kann aber auch ein Hohlkörper sein, der beispielsweise das Gehäuse
einer Halbleiteranordnung ist. Die Figur zeigt eine Anzahl von Kühlfahnen 2, welche
an ihrem linken und rechten Ende mit je einer dreieckförmigen Ausladung 2a
bzw. 2b versehen sind. Diese Kühlfahnen liegen jeweils mit ihrer der Mantelfläche
des Körpers 1 benachbarten Fläche an der Oberfläche des Körpers
1
an. Sie können hierfür dieser Mantelfläche in ihrer Oberflächenform auch
besonders angepaßt sein. Gegebenenfalls kann zwischen den Berührungsflächen der
Kühlfahnen und der Mantelfläche des zu kühlenden Körpers auch noch eine duktile
Zwischenlage benutzt werden, damit über diesen Zwischenkörper eine gute gegenseitige
Anlage der Flächen der Kühlfahnen und der Oberfläche des zu kühlenden Körpers erreicht
ist. Allerdings muß für diese Zwischenlagen dann ein Werkstoff gewählt werden, der
gleichzeitig gut wärmeleitend ist. Nlit diesen dreieckförmigen ausladenden Teilen
der Kühlfahnen 2 arbeitet zunächst je ein Spannring 3 zusammen, der
an seiner inneren Mantelfläche derart konisch gestaltet ist, so daß die Steigung
dieses Konus dem öffnungswinkel der Dreieckform der Ausladungen 2 a
bzw. 2
b entspricht. Auf jeden dieser Spannringe 3
wirkt ein Mutterkörper
4, der auf ein Schraubengewinde an dem Körper 1 aufgedreht ist. Es ist zu
erkennen, daß durch das Festspannen dieser Ringe 4 eine innige gegenseitige Verbindung
zwischen den dem Körper 1 zugewandten Stirnflächen der Kühlfahnen 2 und der
Oberfläche0 des Kühlkörpers 1
erreicht wird. Es ist ferner zu erkennen, daß
in die konusförmigen Teile der Spannringe 3 eine beliebige Anzahl von Kühlfahnen
2, die in der Umfangsrichtung über die Mantelfläche des Körper 1 verteilt
sind, eingesetzt werden können. Auf diese Weise ist die im Sinne der Zielsetzung
der Erfindung liegende Anpassung der Zahl der vorhandenen Kühlflächen erreichbar.
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Während nach dem Ausfährungsbeispiel der F i g. 1 an beiden
Enden der Kühlfahnen je eine einstellbare Spannvorrichtung in Form einer
Schraubverbindung vorgesehen ist, zeigt die F i g. 2, wie das eine Ende der
Kühlfahnen 2 auch nur mit einem Widerlager zusammenwirken kann. Die Mantelfläche
des Körpers 1 ist in diesem Fall derart gestaltet daß sie zwei axial aufeinanderfolgende
Teile verschiedenen Durchmessers aufweist. An dem Ende des Teiles größeren Durchmessers
ist eine V-förmige Eindrehung vorgesehen, die der Dreieckform der Ausladungen 2
a der Kühlfahnen 2 entspricht. Es ist zu erkennen, daß, wenn eine solche Spannvorrichtung
3, 4, wie sie nach F i g. 1 am rechten Ende vorgesehen ist, mit den
rechten Enden der Kühlfahnen 2 zusammenwirkt, dann die Kühlfahnen 2a in die Aussparung
5 hineingedrückt werden und dadurch wieder ein gegenseitiges Anpressen zwischen
den Stirnflächen der Kühlfahnen und der Oberfläche des Körpers 1 erreicht
ist.
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Bei der Lösung nach F i g. 3 der Zeichnung ist ein
Käfig 6 benutzt, der aus einem Endring 6a am linken Ende besteht, von welchem
aus sich ein zylindrischer Teil 6b geringeren Durchmessers erstreckt, der
je-
doch in der Umfangsrichtung nicht einheitlich, sondern mit Längsschlitzen
versehen ist. Die lichteWeite dieser Längsschlitze ist der Stärke der Kühlfahnen
2 angepaßt, so daß diese Kühlfahnen in diese Längsschlitze eingesetzt werden können.
Der Endring 6a ist dabei wieder gleichzeitig derart gestaltet, daß er eine Konusform
an seiner Innenseite besitzt, welche mit der dreieckförmigen Ausladung 2a der Kühlfahnen
2 zusammwirkt. Am rechten Ende ist die Käfigform bzw. sind die Schenkel der Käfigform
an ihrer äußeren Mantelfläche mit einem Schraubengewinde versehen. Nachdem vorher
ein Spannring 3
auf die rechten Enden der Kühlfahnen bzw. deren Ausladung
2 b aufgeschoben worden ist, wird eine Spannmutter 4 auf das Außengewinde
der Käfigschenkel 6b aufgedreht und dadurch der Ring gegen die Außenflächen
der dreieckförmigen Ausladung 2 b
gepreßt, wodurch die Kühlfahnen 2 mit ihren
dem zylindrischen Teil 1 zugewandten Flächen an dessen Außenmantelfläche.
festgespannt werden.
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Die F i g. 4 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Lösung für
den Fall, daß die Kühlfahnen gleichzeitig derart ausgebildet sind, daß sie unmittelbar
die Funktion von Spannvorrichtungen übernehmen können. Wie aus der Figur entnommen
werden kann, weist die einzelne Kühlfahne nunmehr nicht nur einen jeweils ausladenden
dreieckförmigen Teil 2a bzw. 2 b auf, sondern es schließen sich an diese
dreieckförmigen Teile noch weitergehende rechteckförmige Ausladungen2c und
2d an. Diese liegen zunächst parallel zur Mantelfläche der Zylinderform des
Körpers 1, wie aus der gestrichelten Darstellung 2c' und 2d entnommen werden
kann. Es werden also zunächst auf die Enden der Kühlfahnen die Spannringe
3 aufgeschoben und mit einem bestimmten axialen Druck aufgepreßt. Dann wird
eine Verformung der rechteckförmigen Ausladungen 2a bzw. 2d um diese Spannringe
3 herum derart vorgenommen, daß dadurch diese Spannringe festgespannt werden.
Je mehr die Ausladungen 2 a und 2 b dann
um die Außenfläche
der Spannringe 3 herum verformt werden, desto mehr werden die Kühlfahnen2
mit ihrer der Außenmantelfläche des zylindrischen Körpers 1 zugewandten Fläche
an diese angepreßt.
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Bei einer solchen Ausführung nach F ig.4 der Zeichnung muß auf jeden
Fall ein sicherer Sitz der Kühlfahnen 2 auf dem Tragbolzen 1 erreicht werden.
Hierfür ist eine notwendige Bedingung, daß eine entsprechende Reibung zwischen den
aneinanderliegenden Flächen der Kühlfahnen2 und der Oberfläche von 1 entsteht.
Es kann sich daher als zweckmäßig erweisen, entweder unmittelbar die Oberfläche
einer oder beider in Berührung kommenden Teile bereits vorher aufzurauhen oder eine
Zwischenlage zu benutzen, die auf einer oder beiden Seiten entsprechend aufgerauht
ist. Im allgemeinen wird sich jedoch ein entsprechender Reibungssitz bereits dadurch
erzeugen lassen, daß zunächst die Spannringe 3 mittels einer besonderen Hilfsvorrichtung
unter einem entsprechend bedeutenden Druck auf die Ausladungen 2a bzw.
2b der Kühlfahnen aufgepreßt werden und in diesem Zustand dann das Umlegen
der Ausladungen 2 c bzw. 2 d der Kühlfahnen um die Ringe 3
herum erfolgt.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird wieder von der
Maßnahme nach F i g. 4 Gebrauch gemacht. In diesem Fall liegt jedoch eine
Kaskadenanordnung von Kühlfahnen in der Achsrichtung des Systems aus den Körpern
1, 9 und la vor. Dieses System 1, 9, la verkörpert eine Flächengleichrichteranordnung,
deren das Gleichrichterelement umschließendes Gehäuse durch den Isolierkörper
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gebildet wird und wobei aus diesem Gehäuse von den Elektroden am Halbleiterkörper
die Anschlußbolzen 1 und la heraustreten. Diese Anschlußbolzen haben naturgemäß
in einer Schaltung ein verschiedenes elektrisches Potential.
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Die Kühlfahnen der zwei in der Achsrichtung aufeinanderfolgenden Stufen
sind durch die Bezeichnungen 2' und Z' unterschieden. Nach dieser Figur ist die
Ausbildung der Kühlfahnen derart gewählt, daß die einander gegenüberliegenden Stirnseiten
der Kühlfahnen der beiden Stufen derart gestaltet sind, daß sie Aussparungen 2e
aufweisen, die ihrerseits so gestaltet sind, daß mit ihnen Spannringe
3' bzw. Y' zusammenwirken. Diese beiden Spannringe 3' und Y' wirken
dabei über ein Zwischenstück 7 aufeinander. Da, wie für die angenommene Anordnung
angegeben, die beiden Anschlußbolzen 1 und la verschiedenes elektrisches
Potential aufweisen, würde in diesem Fall das Zwischenstück 7, über welches
sich die beiden Spannringe 3' und Y' gegeneinander abstützen, aus
elektrischem Isoliermaterial herzustellen sein.
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An den Enden der Kaskade der beiden Kühlfahnensätze ist jeweils an
den Kühlfahnen wieder das Umlegen der Ausladungen 2c bzw. 2d um Spannringe3
herum benutzt.
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Die F i g. 6 verauschaulicht eine Anordnung, bei welcher aus
dem Vorliegen zweier Zylinderteile von verschiedenem Durchmesser Nutzen gezogen
wird, indem auf diese Weise zwei Sätze von Kühlfahnen benutzt werden können, die
bei gleicher Gesamtausladung in radialer Richtung eine verschiedene radiale Flächenausdehnung
besitzen.
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Der zu kühlende Teil 1 nach dieser F i g. 6 ist beispielsweise
ein Gehäuse bzw. eine metallische Fassung, in welcher das zu kühlende Gleichrichterelement
eingeschlossen ist. Aus diesem tritt durch einen Isolierkörper 1 b der Anschlußbolzen
1 d von dem zweiten Pol des eingeschlossenen Gleichrichterelements heraus.
Dieses Gehäuse 1 könnte an der linken Stirnfläche beispielsweise mit einer
Gewindebohrung oder mit einem ausladenden Bolzen für seine Befestigung versehen
sein. In der räumlichen und mechanischen Kaskadenanordnung der Kühleinrichtung sind
die Kühlfahnen des einen dieser Sätze mit 2111, die Kühlfahnen des anderen mit 2Iv
bezeichnet. Jede der Kühlfahnen 2111 und 21v ist an demjenigen Ende, welches der
anderen Kühlfahne abgewandt liegt, wieder mit einer Spannvorrichtung versehen, die
unmittelbar dadurch gewonnen wird, daß die einzelne Kühlfahne außer der Dreieckform,
über welche sie mit dem Spannring 3 zusammenwirkt, noch eine rechteckförmige
Ausladung aufweist, die um diesen Spannring herum verformt werden kann. An denjenigen
Stirnseiten der Kühlfahnen, die an verschiedenen Stufen einander gegenüberliegen,
ist jedoch in diesem Fall außer je einem Spannring 3
ein Zwischenring
11 benutzt, der über Flächenteile verschiedenen Durchmessers sich einerseits
gegen den linken Spannring 3 und gegen den rechten inneren Spannring
3 abstützt. Dieser Zwischenring 11 muß sinngemäß wieder, wenn das
Gehäuse 1 unmittelbar den einen elektrischen Anschlußpol der Gleichrichteranordnung
bildet, aus Isoliermaterial hergestellt werden, damit eine elektrische Trennung
zwischen den Teilen 1 und 1 d auch in der Kaskadenanordnung des Kühleinrichtungsaufbaues
gewährleistet ist.
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F i g. 7 veranschaulicht eine Anordnung, die dann gewählt werden
kann, wenn die benutzten Kühlfahnen seitlich aneinandergereiht unmittelbar etwa
dem gesamten Umfang des zu kühlenden Körpers entsprechen. Jede der Kühlfahnen ist
an ihrer Innenseite in diesem Fall mit einem Fußteil von Trapezform 2f solcher Bemessung
versehen, daß zwischen benachbarten Flächen aufeinanderfolgender Kühlfahnen ein
Spielraum bestehenbleibt. Sobald diese räumliche Aneinanderreihung der Kühlfahnen
erfolgt ist, wird auf die Enden der Kühlfahnen wieder mit einer geeigneten Hilfsspanneinrichtung
nach Art eines der vorausgehenden Ausführungsbeispiele eingewirkt, so daß die Kühlfahnen
2 auf der Mantelfläche von 1 festgespannt werden.
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In F i g. 8 ist eine Lösung veranschaulicht, bei der die Kühlfahnen
2 eine einfache plattenförmige Form haben können. Das Zusammensetzen der Kühlfahnenanordnung
wird in diesem Fall dadurch erreicht, daß zwischen je zwei benachbarten Kühlfahnen
2 je ein ringsegmentförmiger Teil 12 eingesetzt ist, wobei zwischen benachbarten
Flächen der Teile 12 und 2 stets ein gewisses Spiel verbleiben muß, damit die Kühlfahnen
2 unbehindert durch die Zwischenlagen 12 gegen den Körper 1 gepreßt werden
können. Diese Zwischenlagen 12 können dabei gegebenenfalls integrierende Bestandteile
einer solchen Käfigform sein, wie sie an Hand der F i g. 3
erläutert worden
ist.
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Die F! g. 9 zeigt in einer beispielsweisen Darstellung die
bereits in dem allgemeinen Beschreibungsteil erläuterte Ausführung, nach welcher
die ringsrektorförmige Gestalt der Zwischenstücke 12 nach F i g. 8 vereinfacht
werden kann. Es sind in diesem Fall als Zwischenstücke einfache rechteckförmige
Stangen 13 benutzt. Diese sind jedoch auf einem Teil ihrer Länge derart verfonnt,
daß sie über
die reckteckige Querschnittsform hinaus Ausladungen
13 a und 13 b nach beiden Seiten bilden, so daß auf diese Weise die
Zwischenlagen sich auch an den von der Oberfläche des zu kühlenden Körpers entfernteren
Stellen den Seitenflächen benachbarter Kühlfahnen 2 weitergehender annähern, als
es sonst ohne diese Verformung der Fall wäre. Damit diese Zwischenstücke bzw. Stege
sich in der angegebenen Weise leicht verformen lassen, werden sie vorzugsweise aus
einem entsprechenden weichen Material, wie beispielsweise aus Blei oder Zinn, hergestellt.
Diese Zwischenlagen 13 sind wieder entsprechend verlängert zu denken, so
daß sie an über die Kühlfahnen-Stirnflächen heraustretenden Enden durch eine Hilfsvorrichtung
zusammengehalten werden können, die gegebenenfalls unmittelbar durch den Spannring
gebildet werden kann, welcher auf die Ausladungen an den Enden der Kühlfahnen wirkt,
um diese gegen die Mantelfläche des zu kühlenden Körpers zu pressen. Dabei darf
aber das Zusammenhalten dieser Zwischenlagen keine Beeinflussung des Einspannens
bzw. Festspannens der Kühlfahnen mit sich bringen.
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Die F i g. 10 zeigt eine Darstellung eines Teiles einer Kühlfahne,
wonach diese unmittelbar mit einem ösenartigen Teil 14 versehen ist. Dieser kann,
wie bereits angeführt, zum Tragen der Kühlfahneneinheit oder/und zum elektrischen
Anschluß dieser dienen, wenn sie gleichzeitig mit dem einen elektrischen Pol des
Gleichrichterelements verbunden ist. Solche Kühlfahnen können beispielsweise auch
mehrere solche ösenartige Teile besitzen, die dann nachWahl für Trägerzwecke oder/und
elektrische Anschlußzwecke benutzt werden können.
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In F i g. 11 ist veranschaulicht, wie eine solche Kühlfahneneinheit
zusätzlich an ihrem äußeren Umfang von einer Hülse, z. B. einem Isoliermaterialzylinder
15, umschlossen werden kann, wobei dann gegebenenfalls gemäß der Darstellung
durch diese Isollerhülse solche ösenartigen Teile 14, wie nach F i g. 10
erläutert, hindurchgreifen können, so daß sie außen zugänglich sind. Dieser Isolierzylinder
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kann auch dazu ausgenutzt werden, zusammen mit den Kühlfahnen Kanäle
16 zu bilden, durch welche hindurch eine Kühlmittelströmung erzeugt bzw.
geschickt wird.
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In Fig. 12 ist schließlich in schematischer Darstellung gezeigt, daß
die Erfindung nicht nur dann anwendbar ist, wenn der zu kühlende Körper eine kontinuierlich
verlaufende Oberfläche, wie z. B. die, jenige eines Kreiszylinders hat, sondern
daß sie auch dann mit Vorteil angewendet werden kann, wenn der zu kühlende Körper
z. B. eine prismatische Gestalt, d. h. einen polygonalen Querschnitt, hat.
Es ist in diesem Beispiel gezeigt, daß der zu kühlende Körper le eine zwölfeckige
Säule an seiner Oberfläche verkörpert, wobei dann auf jede der durch zwei Kanten
der Prismenform bestimmte Fläche je ein Kühlkörper 2 aufgesetzt bzw. aufgepreßt
ist.