DE1514159A1 - Druckkontakt-Halbleitergleichrichterzelle - Google Patents

Description

• Druckkontakt-Halbleitergleichrichterzelle

  Gegenstand der firfindung ist eine Druckkontakt-Halbleite-r-

  gleichrichterzellemit einem die Halbleiterelemente umgebenden

  Gehäuse. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mehrere

  aus Silizium oder Germanium bestehende Halbleiterelemente

  hintereinanderliegend oder nebenelnanderliegend zwischen

  Druckstempeln oder zwischen Druckstempeln und dem Gehäuse-

  boden. zusammengepreßt werden und daß die Andruckkräfte für

  die Druckstempel von vorgespannten elastischen Kunststoff-

  Formkörpern gelieert werdent die zugleich die Halbleiter-

  elemente gegen das Eindringen aggressiver Gase und Dämpfe

  schützen.

  Die Erfindung wird anhand von verschiedenen Austührungsbei-

  spielen gemäß Figur 1 bis 5 der Zeichnung erläutert. Ein-

  ander entsprechendtTelle sind mit den gleichen Bezugszeichen

  versehen,-

  Figur 1 zeigt eine Druckkontaktgleichrlähterzelle mit drei

  Halbleiterelementen, die beitpielsweise an die Phasen eines

  Drehetromnetzes angeschlossen werden können.

  Figur 2 stellt eine Druckkontaktgleichriahterzelle mit zwei

  Halbleiterelementen dar, die zum Aufbau einer Mittelpunkt-

  schaltung, einer Verdopplerschaltung oder einer Brückenschal-

  tung benutzt werden kann.

  Die Druckkontaktgleichrichterzelle gemäß Figur 3 besteht aus

  einer Reihe von hintereinandergeschalteten Halbleiterelementeng

  dieEinen Hochspannungsglelchrichter bilden.

  In Figur 4 und 5 sind stapelbare Dinickkontaktgleichrichter-

  zellen dargestellt. In der Anordnu#ag nach Figar 4 sind alle

  Halbleiterelemente parallelgeschaltet.

  Die stapelbare Zelle gemäß Figur 5 kann äbi41ich wie die Zelle

  nach Figur 2 zum Aufbau von Mittelpunktschaltungen, Verdoppler-

  schaltungen oder Brftenschaltangen benatzt werden.

  In Figur 1 ist mit 1 eln topfförmiges Gehäuse bezeiclu-ietg

  das vorzugsweise aus Kupfer besteht. Die Grundfläche des im

  Schnitt dargestellten Gehäuses kann ein Kreise eine Ellipse

  oder auch ein Rechteck sein. Auf dem ebenen Boden des Gehäusäs

  liegen die mit Auschlußelektroden versehenen Halbleiterelemeilte

  5e 6 und 7 auf. Sie werden mit Hilfe der Druckstempel 15, 16

  und 17 angepreßtl die mit den Auschlußdrähten 40, 4le 42

  verbunden sind. Die Anpreßkräfte werden von einem Kunststoff-

  Formkörper 26 geliefert" der von dem Deckel 35 unter Vor-

  spannung gehalten wird. Der Kunststoff-Forakörper besteht

  vorzugsweise aus Bilicou-Kautschuk. Der metallische Deckel-35

  ist durch Umbördeln des Gehäuserandes befestigt. Der Deckel

  weist an der Durchtrittstelle der Anochlußdrähte 40, 419 42

  Aussparungen*auf, deren Durchmesser so groß ist, daß Teile

  des Kunststoff-Forzkörpers die Auesparungen im Deckel aus-

  füllen und damit eine zuverlässige Isolierung zwischen den

  Anschlußdrähten 40, 419 42 und dem Deckel 35 herstellen.

  Der absolut ebene Boden des Gehäuses 1 und die Unterseite der

  Stempel 15, 16, 17 sind mit einer korrosionaverbiltenden

  Edelmetallschicht versehen. Der Kun totoff-Forakörper dichtet

  nach außen hin so gut ab, daß die empfindlichen Nalbleiter-

  elemente gegen das Eindringen aggressiver Gase und Dämpfe

  geschützt sind.

  Die Halbleiterelemente 5, 69 7 werden vorzugsweise aus

  n-Bilizium aufgebaut. Sie liegen mit der Anode auf dem

  Gehäuseboden auf. Die getrennt herausgeführten Kathodenan-

  schlüsse können miteinander verbunden oder auch mit den

  Phasen eines Drehatromgenerators verbunden werden. Man kam

  die Gleichrichterelemente auch so aufbauen, daß die Anode am

  Druckstempel und die Kathode am Gehäuse liegt. Es ist daher

  j8g1ich9 zwei entgegengesetzt Sepolte Gleichrichtertellen

  der beschriebenen kA so zuoamommsohaltens daß man eine

  Drehetronbrückens-ohaltung O.rbä 1 to

  In Yiaur 2 ist das in Längsvobnitt X-tOrnie;* Gehäuse mit 2

  bezeichnet" Auf äie Trennwand 2a diesen Gebäumt sind Halb-

  leitereleneute 8 und 9 olt Eilte der Steffll 18 UM 19

  auigeprefit. Mt 27 und 28 eind die Mänstotoff-Porakörper, mit

  36 und 37 kreiarimtömise Deokel und mit 43 und 44 die

  Ämolblil&trähte bezeichnet. Die Deckel sind wieder« durqh

  UXUrdelung so befestigt, daß die Zunatotoff-7ozukör"r unter

  kräftiger Vorepan=ng stehen. Je nach Polung der Ulbleiter-

  elemente 8 und 9 kann die drei Amoblünse =£weinende Gleich-

  riobterzelle als Mittelpunktschaltungg als Vordopplorsohal-

  tung*odor auch als Salbbrücke benutzt vorden.

  In 7iSur 3 dient,ein rohr:törmilgen Gebäuse 3 mit zwei durch

  Unbördeln befestigten Deckeln 389 39 zum Aufbau einen Noch-

  -M eichrichtero man einer Vielzahl von Halbleiter-

  elementen 10. Die Halbleitersollen liegen zwischen den Druck-

  ntefflln 20 und 21 und sind dunh ein Inolierrohr 3& seitlich

  gefWert. Daß Isiolio 3& hat »gleich die Aufgabe, Über-

  schläge nach den Notallrohr 3 zu verhindern,.. Die ringfängen

  Deckel 38 und 39 können mm Erhöbung der Kriechwege aus

  Keramik oder Kunststoff hergestellt sein.

  Die stapelbare Gleichrjohterzelle gemäß Figur 4 besteht aus

  dem gut leitenden Gehäuse 4 mit'mehreren Vertiefungen, in

  die Halbleiterelemente, Druckstempel mit Auschlußdrähten

  und Künststoff-Formkörper eingelegt sind@ Der obere Teil

  der Figur 4 stellt einen Längsschnitt durch die Gleich-

  richterzelle entlang der Linie AB dar. Insgesamt sind vier

  Halbleiterelemente, Stempel, Anachlußdräbte und Kunststoff-

  Pormkörper vorgesehen. Das Schnittbild zeigt davon die Halb-

  leiterelemente 11, 12, die Druckstempel 22, 23, die Kunst-

  stoff-Forzkörper 3le 32 und die Anachlußdrähte 471 48. In

  der Draufaicht sind weitere Anschlußdrähte 49, 50 zu erkennen.

  Mit 35a ist ein metallischer Deckel bezeichnetg der-Ruten zur

  Aufnahme der Anachlußdrähte aufweist. Zwiaohen dem Gehäuse 4

  und dem Deckel 35a ist eine isolierende Glimmerscheibe 53

  angeordnet. Der Deckel wird mit Hilfe der Kunstatoffschrauben

  559 56 unter Verformung der Künststoff-Pormkörper aufge-

  preßt.

  Bei der Montage werden die Anschlußdrähte durch Bohrungen

  in dem Deckel 35a hiridurchgesteckt" anschließend um 900 in

  Richtung der Nuten umgebogen und schließlich durch Quetschung

  in den Nuten befestigt.

  Es wäre natürlich auch denkbar, die Drähte an der Außtritte-

  stdle aus der Bohruns-abzuqoheren und durch Deformation der

  BohrlÖcher festzuquetschen. Die dargestellte stapelbare Zelle

  weist eine Mittelbohrung auL, die zum Hindurchstekehen eines

  den Zellenstapel zentrierenden Isolierstabes dient.

  In Figur 5 enthält das Gehäuse 4 nur zwei Vortietumgeng in

  denen die Halbleiterelemente 13 und 14" die D:ruckstempel 24

  und 25, die Zunstotoff-Pormkörper 33, 34 und die Anschluß-

  drähte 519 52 untergebracht sind. Der metallische Deckel be-

  steht aus den beiden voneinander getrennten und isolierten

  Ulften 35b und 350. Mit 54 ist eine Glimmerscheibe bezeich-

  not.'Zur Befestigung der beiden Dockelhälften dienen die

  Iaolierstoftschrauben 571, 58.» 59 und 60. Die Halbleiterlemente

  13 und 14 können je nach Aufgabenstellung mit den gleichen oder

  entgegengesetzten Polen auf dem Gehäuseboden aufliegen. Auf

  diese Weise kann man ähnlich wie in Pia= 2 eine Mittelpunkt-

  schaltung, eine Verdopplerschaltung oder eine Brücke aufbauen.

  Anstelle der versenkten Kunstatoffnahrauben können auch

  Metallechrauben 'benutzt werden., wo= man zusätzlich Isolier--

  atoffunterlegscheiben und Isolierröhrehen-benutzt.

  Abweichend von den in Figur 1 bts 3 dargestellten Deckeln

  35 bis 39 k8nuen auch an.sieh bekannte Deckel mit einer Metall-

  Glas-Durchführung benutzt worden" durch die die Anachlußdrähte

  hindierchgenteckt werden. Auf diese Weise vermeidet man mit

  Sicherheit" daß auf die Anschlußdrähte ausgeübte Biegekräfte

  zu einer Verschlechterung des Druckkontaktes am Halbleiter-

  element fuhren.

  Die Deckel können auch aus Keramik oder einem hochbean-

  spruchbaren Kunststoff hergestelLt sein, dessen Erweichungo-

  punkt oberhalb der auftretenden Betriebstemperaturen 1:Legt.

  Vorteilhaft ist dabei an der Durchf(1-hrw*aotelle des An-

  schlußdrahtes eine Verstärkung, die beim Anschluß des Elemen-

  ten auftretende Biegekräfte aufnimmt.

  Bei Gleiohrichterzellen nach Pigur 1 bis für sehr hohe

  Temperaturen können Maßnahmaen erforderlich sein, um eine'

  dauerplastische Vaformung und damit eine Verringerung der

  mechanischen Vorspannung der Bilicon-Kautsebuk-Porzkörper

  zu verhindern. Das Herausquellen des Bilicon-Kautschuke bei

  hoher Temperatur läßt sich vermeiden., wenn man zwischen dem

  Metalldeckel und dem Pormkörper eine hohen Temperaturen

  standhaltende Künststoffscheibe vorsieht, deren Bohrung genau

  dem Drahtdurchmesser entspricht.

  Eine weitere Sicherungsmaßnahme besteht darin, daß man den

  aus Isolierungsgründen erforderlichen Wtopalt zwischen dem

  Anschlußdraht und dem Metalldeckel mit einen aushärtenden, Kunst-

  harz, insbesondere Epoxydharz, vergießt.

  Die mit der Erfindung erz-,2..,?lten Vorteile bestehen darint daß

  man mehrere Halbleiterelemente ohne komplizierte Lötvorgänge

  in einem Gehäuse vereinigen kann. Mit-einem Minimum von

  gleichartigen Bauteilen lassen sich aut diese Weine ohne

  großen MontageauUand Mittelpumktschaltungen, Verdopplerscha . ltunge-.

  oder Ealbbräcken aufbauen. Besondere günstige Kombinatiojum

  mögl#obkeiten ergeben sich mit den stapelbaren Gleiebrichter-

  zollen nach Yigw 4 =d 50

Claims (1)

1. PatentanaprUheto 1, Druckkontakt-Halbleitergleichrichterzelle mit einem die Halbleiterelesente umgebenden Gehäuse (1 bis 4)pdadurch ge- kennzeichnet, daß mehrere aus Bilizium oder Gemanium be- stehende Halbleiterelemente (5 bis 14) hintereinende iegend peln (209 21.) oder nebeneinanderliegend zwischen Drucketen oder zwischen Drucksteap41n (15 bis 199 22 bis 25) und den Gehäuseboden zusammengepreßt werden und daß die Andrixek kräfte für die Druokotempel (15 bis 25) von vorgespannten elastischen Künststoff-Nornkörpern (26 bis 34) geliefert werden, die zugleich die Nalbleiterelmente gegen das Ein- dringen aggressiver Oase und Dämpfe schützen. 2. Druckkontakt-Gleiohrichterzelle nich Anspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß die aus Biliconkautschuk bestehenden Porzkörper (26 bis 30) mit Hilfe vo»boheibenförnigen Metalldeekeln (35 bis 39) zusammengepreßt werden, die durch Umbördelung des Gehäuseranden befestigt sind und die Aus- sparungen zur DurchtMunM der Zuleitungsdrähte (40 bis 46) aufweisen. 3. Drückkontakt-GleichrIchterzelle nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein topftörmigen Gehäuse (1)" auf dessen Bodenfläche mehrere an verschiedene Phasen anachließbare Halbleiterel.emente (59 6e 7) aufliegenden (Figur 1). - 4" Druckkontakt-Gleichriehterzelle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein im Längsschnitt H-förmiges Metall- Sehäuse (2), auf degisen Trennwand (2a) zwecks Herstellung einer Mittelpunktschaltung» Verdopplersöhaltung oder Halbbrücke Halbleiterelemente (89 9) mit den gleichen oder entgegenge- setzten Elektroden aufgepreßt sind (Pigur 2). 5. Druckkontakt-Gleichrichterzelle nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gehäuse (3) mit einem Stapel (10) von hintereinandergeechalteten-Halbleiter- elementen (Figur 3). 6. Druckkontakt,Gleichrichterzelle nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnatg daß die Aussparungen der Metalldockel (35 bis 39) wesentlich größer i3inM1i3 der Durchmesser der ZufUhrungsdrähte (40 bis 46) und daß die Aussparungen zur Verhinderung von Kurzschlüssen ebenfalls mit Siliconkautschuk ausgefüllt sind. 7. Druckkontakt-Gleiehrichterzelle In etapelbarer Form nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein -topft8rmigen Gehäuse (4) mit mehreren die Halbleiterelemente (11, 129 139 14)" Druck- stempel (22# 239 241 25) und Künststoff-Formkörper (319 32e 339 34) aufnehmenden Vertiefungen und einem Isoliert befestigten Metalldeckel (35a, 35b, 350)s der eine der Anzahl der Halbe leiterelemente entsprechende Zahl von Bohrungen zur Aufnahme der mit den Stempeln verbundenen Zuleitungsdrähte (47 bis 52) aufweist. 8. Druckkontakt-Gleichrichtarzelle nach Anspruch r,', daduruh gekennzeichnet, daß die Deakoloberseite die Bohrungen überdeckend-a Nuten aufweistg-in denen die Zulo--;.tungsdräh-h-,-, (46 bis 52)- nach dem Umbiegen duroh Quetsehung befestigt sind. g. Druckkontelt-Gleichrichterzelle nach Anspruch 79 dadurch gekennzeichnet$ daß zwischen dem Deckel und den Gehäuse eine Gli»erscheibe (539 54) vorgesehen istg ianddaß der Deckel altverBenkten mmtstoffsohraüben (55 bin 60) befestigt ist. 1 Oi. Dm -Gleichrichterzellei mch Ampruah ?t dadurch gekenaseiobtete daß dan Gehäuse (4) wei Vertiefungen ent- hilti, daß der Deckel aus, wei vvi-*Jr»vAer und von Gehäuse isolierten Ulften (35bv 35o ) besteht und daß zur Verwirk- lichung einer MittelpunktsoIaltung, einer VerdoWlerechaltung oder einer Halbbrücke zwei ihlbleitereleäente (13# 14) nit ab- wechselnder oder gleicher Polomität in die Vertiefungen ein- gelegt eind.8