DE1299076B - Halbleiter-Scheibenzellen-Anordnung mit mindestens einem Paar zwischen Druckstuecken eingespannten Zellen - Google Patents
Halbleiter-Scheibenzellen-Anordnung mit mindestens einem Paar zwischen Druckstuecken eingespannten ZellenInfo
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Description
1 2
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Scheiben- Berührungsstellen zwischen jeder Zelle und dem Steg
zellen-Anordnung mit mindestens einem Paar Zellen mindestens eine konvex ausgeführt ist und daß die
mit je einem einkristallinen mit mindestens einem Abstandsstücke um so viel kürzer als die aus zwei
pn-übergang versehenen Halbleiterkörper, der in Zellen und Halter bestehende Einheit sind, daß sich
einem scheibenförmigen, rotationssymmetrischen Ge- 5 der gewünschte Kontaktdruck einstellt,
häuse untergebracht ist, das auf zwei gegenüber- Vom Stand der Technik unterscheidet sich die Erliegenden
Breitseiten Kontaktflächen aufweist. findung vor allem dadurch, daß zur Erzielung des
Bei derartigen Anordnungen wird eine ausrei- Kontaktdruckes keine zusätzlichen Federelemente
chende thermische und/oder elektrische Verbindung erforderlich sind; der Kontaktdruck wird vielmehr
zwischen den Kontaktflächen der Zellen und den io durch das gegenseitige Verspannen zweier Druck-Kontaktflächen
angrenzender Druckstücke ausschließ- stücke erzielt, von denen wenigstens eines federnd
lieh durch eine ausreichende Flächenpressung zwi- ausgeführt ist und sich dementsprechend durchbiegt,
sehen 100 und 500 kg pro Quadratzentimeter herge- Die die Zellen teilweise einschließenden Seiten
stellt. jedes Halters sind aus demselben Material wie der
Die bekannten Halterungen für mehrere zwischen 15 Steg selbst. Die Seiten werden dann so bemessen sein,
zwei Druckstücken eingespannte Zellen sind verhält- daß die äußeren Kontaktflächen der Zellen aus dem
nismäßig aufwendig, weil die Konstruktionen so Halter herausragen. Zur Abdichtung kann man dann
durchgebildet sein müssen, daß die Halbleiterkörper auf die Ränder der Zellen oder auf entsprechende
der einzelnen Zellen wirklich nur auf Druck, nicht Vorsprünge der Druckstücke einen isolierenden Dichaber
auf Biegung beansprucht werden. Das setzt vor- 20 tungsring aus elastischem Material aufsetzen, der so
aus, daß die Kontaktflächen aller Zellen, der Druck- groß ist, daß vor der Einspannung zwischen die
stücke und der eventuell zwischen den Zellen vor- Druckstücke, zwischen deren Kontaktflächen und den
handenen Kühlplatten exakt parallel verlaufen und Kontaktflächen der Zellen ein bestimmter Abstand
daß sich der beim Zusammenschrauben einer solchen besteht. Der Steg eines Halters ist vorzugsweise mit
Einheit auf die äußersten Zellen übertragene Druck 35 einer Anschlußfahne und/oder einem Kühlkörper
gleichmäßig auf die gesamte Fläche dieser Zellen verbunden.
verteilt. Aus diesen Gründen ist es bisher nicht mög- Die Oberflächen des Steges auf die Kontaktflächen
lieh gewesen, zwei oder mehrere axial hintereinander- der Zellen hin können konvex sein. Die angrenzenden
liegende Zellen zwischen zwei federnden Blechen ein- Kontaktflächen der Zellen werden dann eine ebene
zuspannen, die an zwei den Zellen benachbarten Stel- 30 oder eine konkave Form haben, wobei der Krümlen
miteinander verbunden sind und dadurch die not- mungsradius dieser konkaven Kontaktfläche größer
wendige Flächenpressung an den Druckkontakten als der Krümmungsradius der Kontaktfläche der
liefern. Zelle sein muß. Man kann aber auch die dem Steg
Der Erfindung liegt daher unter anderem die Auf- zugewandten Kontaktflächen der Zellen auf diesen
gäbe zugrunde, eine Halblejterbaueinheit mit zwei 35 Steg zu konvex und die Oberflächen des Steges eben
Zellen zu schaffen, die ohne Schaden zwischen zwei oder konkav mit gegenüber der Oberfläche der Zellen
Druckstücken aus federnden Blechen eingespannt größerem Krümmungsradius ausbilden. In beiden
werden können. Je nach Polarität der eingelegten Fällen wird man aber den nach außen gerichteten
Zellen stellt diese Baueinheit eine Reihenschaltung Kontaktflächen der Zellen eine ebene Form geben,
oder eine Mittelpunktschaltung dar. 40 Zur Verbesserung des Wärme- und Stromübergan-
Des weiteren sollen alle Druckkontakte und die ges an den Druckkontakten empfiehlt es sich, dort
Zellen selbst mit möglichst einfachen Mitteln gegen eine Zwischenlage aus einem duktilen Material, z. B.
atmosphärische Einflüsse geschützt werden. aus Silber, vorzusehen.
Schließlich soll die Baueinheit so aufgebaut sein, Man kann aber auch umgekehrt die Kontaktflächen
daß sich mit zwei bzw. drei Baueinheiten durch ein- 45 des Steges und die inneren Kontaktflächen der Zellen
faches Einspannen zwischen zwei federnden Sammel- eben ausbilden. Eine ballige Kontaktfläche ist dabei
schienen ein einphasiger bzw. dreiphasiger Gleich- an der Bildung der äußeren Druckkontakte beteiligt,
richter in Brückenschaltung bilden läßt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn der
Eine Anordnung, die diesen Anforderungen gerecht Steg mit Kühlfahnen oder Kühlrippen versehen oder
wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, 50 Teil eines Kühlkörpers ist.
daß jedem Zellenpaar ein Halter zugeordnet ist, der Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in
einen zwischen Kontaktflächen dieser Zellen liegen- der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
den Steg aus Metall und dieZellen seitlich umgebende beschrieben.
Seitenwände aufweist, von denen die Endbereiche, Tig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfin-
die die von dem Steg abgewandten Kontaktflächen ,55 dungsgemäßen Halters mit aufgesetzten Druckjeder
Zelle umgeben, aus einem elastischen, isölie- stücken,
renden Material bestehen, daß zwei Druckstücke, Fig. 2 die Zusammenfassung dreier Halter mit
von denen mindestens eines aus federndem Blech Hilfe eines federnden Druckstückes und dem Lagerbesteht,
an mindestens zwei Stellen über isolierende schild einer elektrischen Maschine,
Abstandsstücke miteinander fest verbunden sind, daß 60 F ig. 3 einen Schnitt entlang der Linie II-II der
zwischen mindestens zwei solchen Stellen ein Zellen-1|| F i g. 2,
paar mit zugeordnetem Halter derart eingespannt ist, mi F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der
daß jeweils die von dem Steg abgewandten Kontakt- [Cj Anordnung nach Fig. 3.
flächen der Zellen auf Kontaktflächen der Druck- ~--~ In allen Figuren wurden für gleiche Gegenstände
stücke aufliegen und die Druckstücke zusammen mit 65 die gleichen Bezugszeichen verwendet,
den Seitenwänden und dem Steg des Halters einen Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen zur
jede Zelle dicht umschließenden Raum bilden, daß Symmetrieachse Sl im wesentlichen rotationssymvon
den aufeinanderliegenden Kontaktflächen an den metrischen Halter 1. Seine Seiten sind mit 13 und 13',
sein Steg mit 11 bezeichnet. Er besteht aus einem einzigen Stück aus im wesentlichen Wärme und Strom
gut leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer. Der Halter hat eine Anschlußfahne 15 mit einer Bohrung
16.
Die den mit 3 und 3' bezeichneten Zellen zugewandten Kontaktflächen 12 und 12' des Steges 11
sind ballig, insbesondere konvex ausgeführt.
Die Seiten 13 und 13' des Halters umschließen je einen Raum 2, 2', der etwas größer als die Zellen 3
und 3' ist, so daß sich jede Zelle in dem ihr zugewiesenen Raum in verhältnismäßig weiten Grenzen bewegen
kann. Ein Herausfallen der Zellen aus dem Halter wird durch einen Bördelrand 14, 14' verhindert.
Wie F i g. 1 zeigt, sind die Größenverhältnisse der Seitenwände 13 und 13' zu der Bauhöhe der Zellen
so gewählt, daß die obere Kontaktfläche 32 der Zelle 3 bzw. die entsprechende Kontaktfläche der
Zelle 3' aus dem Halter herausragt. Dadurch wird es ao möglich, zwischen jeden Bördelrand und das angrenzende
Druckstück 4 bzw. 4' einen Dichtungsring 5 (5') aus elastischem, isolierendem Material zu legen,
der entweder an dem Halter selbst oder an einem Vorsprung 43 der Druckstücke befestigt sein kann.
Er wirkt in jedem Fall als Zentrierung für den Halter relativ zu den Kontaktflächen der Druckstücke.
Bei entsprechender Bemessung der Dichtungsringe sind die die Zellen 3, 3' aufnehmenden Hohlräume
2, 2' nach der Einspannung zwischen die Druckstücke 4 und 4' gegen die Atmosphäre vollständig
abgeschirmt.
In F i g. 1 verlaufen die Kontaktflächen 41 der beiden Druckstücke 4 und 4' genau parallel zueinander.
Die Erfindung ermöglicht jedoch eine Verspannung der Druckstücke gegeneinander derart, daß
ihre Kontaktflächen einen spitzen Winkel miteinander bilden.
F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf das Lagerschild 6 eines elektrischen Generators, auf dem drei Halter
mit je zwei Zellen mit Hilfe eines Druckstückes 4 und dreier Schrauben 7 festgespannt sind. Die Schrauben
7 sind so angeordnet, daß je ein Halter 1 in der Mitte zwischen zwei solchen Schrauben liegt. Alle
drei Halter liegen ferner auf demselben Kreisbogen und die Schrauben auf einem etwas größeren Kreisbogen
jeweils im gleichen Abstand von dem zwischen je zwei Schrauben liegenden Halter.
Im Lagerschild sind Durchbrüche 64 zur Belüftung und zur Durchführung der Wicklungsenden
vorgesehen, die mit den Anschlußfahnen 15 der Halter verbunden werden können. Die Anordnung nach
F i g. 3 stellt eine Drehstromgleichrichterbrücke dar, wenn man die Zellen in die einzelnen Halter so einlegt,
daß der Steg eines Halters einerseits mit der Anode der einen Zelle, andererseits mit der Kathode
der anderen Zellen Kontakt hat. Das Druckstück 4. vorzugsweise ein federndes Blech, wirkt dabei als
Kraftspeicher, Kühlkörper und Sammelschiene. Das Lagerschild 6 bildet die andere Sammelschiene und
wirkt ebenfalls als Kühlkörper, der durch einen in der Maschine eingebauten Lüfter zusätzlich gekühlt werden
kann.
Einzelheiten der Befestigung der drei Halter nach F i g. 2 sind in den F i g. 3 und 4 gezeigt. Erläuternd
ist dabei lediglich auf das in F i g. 4 sichtbare isolierende Abstandstück 8 mit dem Flansch 81 hinzuweisen.
Dieses gewährleistet einerseits die Isolation der einen Sammelschiene 4 gegenüber dem Lagerschild
der Maschine; durch die Wahl der Länge dieses Isolierkörpers läßt sich aber vor allem der von dem
Druckstück 4 auf die Zellen ausgeübte Federdruck einstellen.
Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel können beide Druckstücke 4, 4' aus federnden Blechen
bestehen.
Claims (10)
1. Halbleiter-Scheibenzellen-Anordnung mit mindestens einem Paar Zellen mit je einem einkristallinen
mit mindestens einem pn-übergang versehenen Halbleiterkörper, der in einem scheibenförmigen,
rotationssymmetrischen Gehäuse untergebracht ist, das auf zwei gegenüberliegenden
Breitseiten Kontaktflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zellenpaar
(3, 3') ein Halter (1) zugeordnet ist, der einen zwischen Kontaktflächen dieser Zellen liegenden
Steg (11) aus Metall und die Zellen seitlich umgebende Seitenwände (13, 13') aufweist,
von denen die Endbereiche (5, 5'), die die von dem Steg abgewandten Kontaktflächen jeder Zelle
umgeben, aus einem elastischen, isolierenden Material bestehen, daß zwei Druckstücke (4, 4'),
von denen mindestens eines aus federndem Blech besteht, an mindestens zwei Stellen über isolierende
Abstandsstücke (8) miteinander fest verbunden sind, daß zwischen mindestens zwei solchen
Stellen ein Zellenpaar mit zugeordnetem Halter derart eingespannt ist, daß jeweils die von
dem Steg abgewandten Kontaktflächen der Zellen auf Kontaktflächen der Druckstücke aufliegen
und die Druckstücke zusammen mit den Seitenwänden und dem Steg des Halters einen jede
Zelle dicht umschließenden Raum (2, 2') bilden, daß von den aufeinanderliegenden Kontaktflächen
an den Berührungsstellen zwischen jeder Zelle und dem Steg mindestens eine konvex ausgeführt
ist und daß die Abstandsstücke (8) um so viel kürzer als die aus zwei Zellen und Halter
bestehende Einheit sind, daß sich der gewünschte Kontaktdruck einstellt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Druckstück Bestandteil
des Lagerschildes eines Generators ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halter in der
Mitte der zwischen zwei Abstandsstücken verlaufenden Geraden liegt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke die Form von
Kreisringsegmenten haben, daß alle Halter auf demselben Kreisbogen liegen und daß jede durch
zwei Abstandsstücke und den dazwischenliegenden Halter bestimmte Gerade an diesen Kreisbogen
tangiert.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenabmessungen
des Halters um so viel größer als die Abmessungen der Zellen sind, daß diese sich
derart verschieben können, daß sie nur auf Druck beansprucht sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten-
wände (13, 13') aus leitendem Material bestehen lind kürzer als die Höhe der in den Hohlräumen
(2, 2') des Halters (1) liegenden Zellen (3, 3')
sind und daß zwischen dem Rand (14, 14Q der Seitenwände (13, 13') und den Druckstücken (4,
4') ein Dichtungsring (4, 4') aus elastischem isolierendem Material eingespannt ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen
des Steges (11) des Halters (1) konvex und die diesen zugekehrten inneren Kontaktflächen
der Zellen (3, 3') eben ausgebildet sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen
des Steges (11) des Halters (1) konvex und die diesen zugekehrten inneren Kontaktflächen
der Zellen (3, 3') konkav, aber mit einem größeren Krümmungshalbmesser ausgebildet sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren,
dem Steg (11) des Halters (1) zugekehrten Kontaktflächen der Zellen (3, 3') konvex und die
Kontaktflächen des Steges (11) konkav, aber mit größerem Krümmungshalbmesser ausgebildet
sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen
der Druckstücke (4, 4') und die ihnen zugewandten Kontaktflächen der Zellen eben ausgebildet
sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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