DE2155649A1 - Strömungsmittelgekühlte Druckvorrichtung - Google Patents

Strömungsmittelgekühlte Druckvorrichtung

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DE2155649A1 DE19712155649 DE2155649A DE2155649A1 DE 2155649 A1 DE2155649 A1 DE 2155649A1 DE 19712155649 DE19712155649 DE 19712155649 DE 2155649 A DE2155649 A DE 2155649A DE 2155649 A1 DE2155649 A1 DE 2155649A1
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Arnold Irving Philadelphia; Talentinow John Thornton; Pa. Shore (V.St.A.). GOIt 1-00
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Original Assignee
General Electric Co
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleitergleichrichter-Vorrichtungen und insbesondere auf solche Vorrichtungen, in denen zahlreiche Starkstromgleichrichter unter Druck gemeinsam befestigt sind.
Es sind bisher verschiedene Techniken vorgeschlagen worden, um großflächige Halbleitergleichrichter für hohe Ströme unter Druck in Wärme ableitenden Einrichtungen zu befestigen. Derartige Halbleitergleichrichter sind im allgemeinen mit einem großflächigen Halbleiterplättchen bzw. Halbleiterwafer ver-
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sehen, der wenigstens einen gleichrichtenden PN-Übergang aufweist, der in einem Gehäuse hermetisch abgeschlossen ist, das eine keramische Umkleidung und ein Paar leitender Kontaktpole aufweist, die mit dem Wafer in Kontakt stehen und die entsprechenden Enden der Umkleidung abdecken. Derartige Gleichrichter werden durch die Ausübung eines hohen Druckes auf ihre Polteile zusammengehalten oder zusammengeklemmt. Dabei werden keine Löt- oder andere Verbindungsmittel verwendet.
Im Betrieb erzeugt der Stromfluß durch den Gleichrichterübergang bzw. die Gleichrichterübergänge in diesen Wärme. Ferner hat der Kontaktwiderstand zwischen dem Wafer und den Polen zur
P Folge, daß beim Stromfluß durch diese Teile Wärme erzeugt wird.
Da die Strombelastbarkeit eines Gleichrichters durch die Temperatur begrenzt ist, ist es wichtig, daß der Kontaktwiderstand auf einem Minimum gehalten wird, während die erzeugte Wärme wirksam abgeführt werden muß. Um diese Ziele zu erreichen, sind Gleichrichter halternde und Wärme ab führende Vorrichtungen entwickelt worden, die Mittel zur gleichmäßigen Ausübung eines hohen Druckes über der gesamten Waferfläche des Gleichrichters, um den Kontaktwiderstand zu verkleinern, und Wärme ableitende Elemente oder Rippen aufweisen, um die vom Gleichrichter erzeugte Wärme an ein kühlendes Strömungsmittel abzugeben. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die US-Patente
k 3 280 389 und 3 471 757 hingewiesen.
Wie aus diesen Patenten hervorgeht, ist es üblich, mehr als einen Gleichrichter in der Vorrichtung anzuordnen, um deren Spannungs- und/oder Strombelastbarkeit zu vergrößern.
In bekannten Vorrichtungen sind die Wärme ableitenden Elemente (Rippen) relativ weit entfernt von dem Gleichrichter angeordnet. Dies geschah aufgrund der Tatsache, daß in dem thermischen Pfad zwischen dem Wärme erzeugenden Gleichrichter und den Wärme ableitenden Rippen massive Teile zur Erzeugung von Druck enthalten sind. Das Ergebnis dieser Konstruktion ist, daß
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das Wärmeableitvermögen dieser Vorrichtungen in einigen Fällen kleiner ist als erwünscht. Deshalb ist es eine der Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung, verbesserte Druckvorrichtungen von Starkstrom-Halbleitereinrichtungen zu schaffen, in denen die Nachteile der bekannten Vorrichtungen im wesentlichen vermieden sind.
Ferner beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Druckvorrichtung für einen Halbleitergleichrichter, die eine einfache, stabile Konstruktion verwendet, in der die Wärme ableitenden Mittel in inniger Beziehung zum Gleichrichter stehen.
Weiterhin soll eine Druckvorrichtung für einen Halbleitergleichrichter geschaffen werden, in der zahlreiche einzelne Halbleitergleichrichter zwischen den innigen Wärmeableitmitteln fest und gleichförmig zusammengedrückt sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Druckvorrichtung für Halbleitergleichrichter geschaffen, um einen Klemmdruck auf zahlreiche Halbleitergleichrichter auszuüben, deren Achsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Klemmdruck wird auf ein Paar sich gegenüberliegender Wärmeableitelektroden ausgeübt, die folgendes aufweisen: einen ersten Teil mit einer planaren Kontaktfläche, einen zweiten Teil und zahlreiche Kraft übertragende und Wärme ableitende Rippen, die mit dem ersten und zweiten Teil in Verbindung stehen und mit dem ersten Teil in einem Wärme ableitenden Eingriff stehen. Die Gleichrichter sind zwischen den sich gegenüberliegenden, Wärme ableitenden Elektroden angeordnet, wobei ihre Anodenpole in inniger Wärmeverbindung mit einer planaren Kontaktfläche von einer der Elektroden und ihre Kathodenpole in inniger War me verbindung mit einer planaren K on takt fläche der anderen Elektrode stehen.
Damit die Wärme ableitenden Elektroden einen Klemmdruck auf die Gleichrichter ausüben, sind Klemmibtel vorgesehen, die einen
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Klemmdruck auf die Wärme ableitenden Elektroden an solchen Punkten ihrer ssweiten Teile ausüben, die koaxial zu den Gleichrichtern liegen. Diese Kraft wird über diese Teile, die Wärme ableitenden Rippen und die ersten planaren Teile auf die Gleichrichterpole übertragen. Die Kiemmittel können von einem zwei Enden aufweisenden Spannglied gebildet sein, das zwischen und parallel zu den Achsen der Gleichrichter und durch die Wärme ableitenden Elektroden hindurch verläuft. An jedem Ende des Spanngliedes ist ein Federelement angeordnet, das die zweiten Teile an den koaxialen Punkten kontaktieren kann.
Die Wirkung der oben beschriebenen Konstruktion besteht darin, ψ daß die Gleichrichtervorrichtungen zwischen den Wärme ableitenden Elektroden in einer einfachen und trotzdem stabilen Konstruktion gleichmäßig zusammengeklemmt sind, die durch den Durchtritt eines Kühlströmungsmittels durch die Kühlleitungen hindurch wirksam gekühlt is-t, die in innigem Kontakt mit den Gleichrichtervorrichtungen angeordnet sind.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen zwei-er Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung für Halbleitergleichrichter.
Fig. 2 ist ein Tei!querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.
Fig. 3 ist eine Frontdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
Fig. 4 zeigt eine andere erfindungsgemäße Druckvorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Druckvorrichtung, die vier Halbleitergleichrichter für hohe Ströme haltert. Jeder dieser Halbleitergleichrichter kann von der Art sein, die auf den Seiten 349 bis 351 des General Electric SCR-Manual, 4. Aufl. 1967, gezeigt ist.
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Die einzelnen Gleichrichter sind in der Vorrichtung elektrisch und mechanisch parallel geschaltet, um für eine hohe Strombelastbarkeit zu sorgen. Darüber hinaus können die in einer Druckvorrichtung befestigten Gleichrichter elektrisch mit denen in anderen ähnlichen Vorrichtungen in Reihe geschaltet werden, um ein Hochspannungsventil zu bilden, das wiederum mit anderen Ventilen verbunden werden kann, um eine Brückenschaltung für ein Hochspannungs-Gleichstromsystem zu bilden.
Um einen sicheren Betrieb dieser Gleichrichtervorrichtungen in einem derartigen System aufrechtzuerhalten, sind vorzugsweise Kühlmittel vorgesehen, um die durch die Vorrichtungen während ihres Betriebes erzeugte Wärme abzuführen. In einer anderen Anmeldung der gleichen Anmelderin ist ein Kühlluftsystem für ein Hochspannungs-Gleichstromventil offenbart, in dem die Kühlluft durch ein Gehäuse gedrückt wird, das zahlreiche die Gleichrichter halternde Druckvorrichtungen enthält, wie z.B. die hier beschriebenen Vorrichtungen. Jenes System ist so angeordnet, daß die Kühlluft, infolge eines hohen Rückdruckes, gleichmäßig durch die Kühlkanäle in den das Ventil bildenden Druckvorrichtungen hindurchströmen kann, um die Wärme abzuführen, die durch die darin enthaltenen Gleichrichtervorrichtungen erzeugt wird.
Um die einzelnen Gleichrichter mit höchster Wirksamkeit zu kühlen,wurde es nun für vorteilhaft befunden, eine Strömung turbulenter Luft mit hoher Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle hindurch zu verwenden, die in inniger Beziehung zu diesen Gleichrichtern angeordnet sind. Demzufolge ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgelegt, daß sich enge, Turbulenz erzeugende Kühlkanäle in großer Nähe zu den Gleichrichtervorrichtungen befinden, um in deren unmittelbarer Nähe wirksame großflächige Kühlflächen zu bilden.
Wie aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlich ist, enthält die Druckvorrichtung 1 vier Starkstrom-Halbleitergleichrichter 2A, 2B, 2C und 2D. Die Gleichrichter sind derart ausgerichtet, daß
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ihre Achsen parallel zueinander verlaufen. Jeder Gleichrichter weist einen großflächigen, scheibenähnlichen Halbleiterwafer (nicht gezeigt) mit wenigstens einem gleichrichtenden PN-Übergang auf, der in einer keramischen Umkleidung und sandwichartig zwischen zwei Polen 4 und 5 angeordnet ist. Jeder Pol weist eine relativ flache, äußere Kontaktfläche auf, die zur Achse des Gleichrichters senkrecht verläuft. Der Pol 4 und seine zugehörige Kontaktfläche 4A bilden die Anode des Gleichrichters, während der Pol 5 und seine zugehörige Kontaktfläche 5A die Kathode bilden.
Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Gleichrichtervorrichtungen P können entweder Dioden oder Thyristoren, d.h. steuerbare Gleichrichter, sein, was von der zu erfüllenden Funktion abhängt. Falls die Güä-chrichtervorrichtungen Thyristoren sind, sind die Wafer durch vier Siliziumschichten von abwechselnd P- und N-Leitfähigkeit gekennzeichnet, von denen eine einen Steuerkontakt aufweist, der mit einem äußeren Steuerleiter (nicht gezeigt) verbunden ist.
Jede Gleichrichtervorrichtung ist mechanisch zwischen und elektrisch in Reihe mit einem Paar einander gegenüberliegender, Wärme ableitender Elektroden 6 und 7 geschaltet, die kombiniert als elektrische und thermische Leiter dienen. Zu diesem Zweck
fe sind diese Elektroden aus einem leitenden Metall wie z.B. AIu-
minium hergestellt. Die Elektrode 6 weist zwei planare Teile und 9 auf. Zwischen diesen Teilen sind sandwichartig zahlreiche Kraft übertragende und Wärme ableitende Rippen 12 angeordnet, die mit dem Teil 9 aus einem Stück oder auf Wunsch mit den beiden Teilen 8 und 9 aus einem Stück bestehen können. In ähnlicher Weise weist die Kontaktelektrode 7 zwei planare Teile 10 und 11 und dazwischen zahlreiche Kraft übertragende und Wärme ableitende Rippen 13 auf, die auf Wunsch mit den Teilen 10 und 11 aus einem Stück gebildet sein können. Vorzugsweise sind der Teil 9 und seine zugehörigen Rippen 12 gemeinsam aus einem Stück Aluminium gepreßt. Das gleiche gilt für den Teil und seine zugehörigen Rippen 13. Die Rippen sind relativ kurz
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bzw. stummelförmig, beispielsweise 3,2 mm (1/8 Zoll) dick und 32 mm (1,25 Zoll) hoch, und sie sind nahe aneinander, beispielsweise 6,5 mm (IM Zoll), angeordnet, um zahlreiche enge Kilhlströmungsleitungen oder Durchlässe I1I zu bilden, die für eine kurze Strecke (beispielsweise 17,8 cm (7 Zoll)) in einer Richtung senkrecht zu den Gleichrichterachsen verlaufen.
Die Anode, Kathode und der Halbleiterwafer von jeder Gleichrichtervorrichtung sind leitend miteinander verbunden, indem ihre durchgehenden Oberflächen unter hohem Druck zusammengepreßt sind. Dies wird dadurch erreicht, daß die Vorrichtungen unter Druck zwischen den Elektroden 6 und 7 befestigt werden. Zu diesem Zweck weist der planare Teil 9 eine relativ planare oder flache Seite l6 auf, die im allgemeinen parallel zu den Kontaktflächen aller Gleichrichter verläuft und in der Lage ist, in inniger Wärmeverbindung an den Anodenkontaktflächen aller Gleichrichter anzustoßen. Der planare Teil 11 weist eine relativ ebene oder flache Seite 17 auf, die ähnlich orientiert und in der Lage ist, mit inniger Wärmeverbindung an den Kathodenkontakt flächen anzugreifen. Es sind keine Lot- oder andere Mittel verwendet, um die Gleichrichter teile und die Kontaktelektroden zusammenzuhalten, und die Kontaktelektroden sind von den Gleichrichtern völlig abtrennbar. Trotzdem wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit an den Verbindungsstellen dieser Teile erhalten, indem die Kontaktelektroden einer hohen Kraft von beispielsweise etwa 36OO kp (8OOO pounds) ausgesetzt werden, die gleichmäßig über die Gleichrichtervorrichtungen verteilt wird. Um sicherzustellen, daß eine gleichmäßige Druckverteilung über der ganzen Waferfläche von jedem der parallel geschalteten Gleichrichtern besteht, sind Mittel vorgesehen, um die Klemmkraft axial auf jeden Gleichrichter zu richten. Die Mittel zur Ausübung dieser Punktion können eine einzelne Konfiguration mit einem Verbindungsbolzen und einer Unterlegscheibe aufweisen, wie sie in Fig. 5 des bereits erwähnten US-Patentes 3 471 757 beschrieben ist. In den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungs-
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beispielen wird jedoch eine andere Konfiguration verwendet. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist ein zentrales Spannglied oder ein Verbindungsbolzen 18 vorgesehen, der zwischen den Gleichrichtern 2A und 2B parallel und in der Ebene deren Achsen angeordnet ist. Ein ähnlich konstruierter und angeordneter Verbindungsbolzen 19 ist zwischen den Gleichrichtern 2C und 2D vorgesehen. Mit den entsprechenden Enden des Verbindungsbolzens 18 sind über entsprechende Unterlegscheiben l8A und 18B federnde Teile oder Blattfedern 20 und 21 verbunden. Ähnliche Blattfedern 22 und 23 sind über entsprechende Unterlegscheiben 19A und 19B mit den Enden des Verbindungsbolzens 19 verbunden. Die Punktion der Blattfedern besteht darin, eine durch Anziehen der Verbin-■ dungsbölzen erzeugte Druckkraft auf die Wärme ableitenden Elektroden zu übertragen, die ihrerseits die Kraft auf die dazwischen sandwichartig angeordneten Gleichrichter übertragen. Um sicherzustellen, daß die Druckkraft axial auf die Gleichrichter ausgeübt wird, sind zwischen ihnen konische Teile 24 angeordnet, die den Druck verteilen. Diese Teile sind in Haltelöchern 25 der planaren Teile 8 und 10 in ihrer Lage gehalten. Die konischen Teile sind so ausgebildet, daß sie in Längs schlitzen 26, die in jeder Blattfeder ausgebildet sind, sitzen und mit diesen zusammenwirken. Die Längsschlitze in jeder Feder sind so orientiert, daß ihre Hauptachsen auf der sie verbindenden Geraden liegen. Wenn deshalb ihre zugehörigen Verbindungsbolzen angezogen werden, wird die Druckkraft von den darauf befindlichen Federn auf solche Abschnitte der Wärme ableitenden Elektroden ausgeübt, die über den Achsen der sandwichartig angeordneten Gleichrichter zentriert sind. Dies erfolgt ungeachtet der Tatsache, daß sich die Längsschlitze infolge der Federdurchbiegung beim Anziehen der Bolzen bezüglich des in dem Längs schlitz sitzenden konischen Teiles verschoben haben könnten. Die konischen Teile 24 sind mit relativ großen Grundflächen versehen, so daß die Druckkraft von der Blattfeder über einen Abschnitt der planaren Teile 8 und 10 verteilt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß die ausgeübte Kraft, obwohl sie koaxial auf die Gleichrichter zentriert ist, trotzdem über viele
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der kurzen, Wärme ableitenden Rippen und die planaren Teile auf die Gleichrichter übertragen wird. Auf diese Weise wird die Klemmkraft gleichmäßig über die Anoden- und Kathoden-Kontaktflächen der eingeklemmten Gleichrichter verteilt. Ferner sind die planaren Teile 9 und 11 relativ dünn, um so eine gewisse Flexibilität in der X-Richtung zu gewährleisten (diese Richtung ist in Fig. 1 gezeigt). Das Biegevermögen in dieser Richtung stellt sicher, daß der gleiche Druck, der auf den Gleichrichter 2A ausgeübt wird, auch auf den Gleichrichter 2B wirkt, und daß der gleiche Druck, der auf den Gleichrichter 2C ausgeübt wird, auch auf den Gleichrichter 2D wirkt, selbst wenn irgendeine Kontaktfläche eines Gleichrichters oder irgendeine der planaren Oberflächen 16 oder 17 nicht vollständig eben sind. Demzufolge brauchen die Oberflächen 16 und 17 nicht auf enge Toleranzen bearbeitet zu werden.
Durch Verwendung der Wärme abführenden Rippen als ein Mittel zur übertragung des Klemmdruckes auf die sandwichartig angeordneten Gleichrichter können er fin dungs gemäß große Kühlflächen in unmittelbarer Nähe der Kontaktflächen der Gleichrichter gebildet werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, befinden sich relativ große Kühlflächen 27 und 28 unmittelbar neben der Anode 4 und der Kathode 5· Diese Oberflächen stehen zur Verfügung, um die durch die Gleichrichter während des Betriebes erzeugte Wärme abzuführen. Wie bereits erwähnt wurde, bilden darüber hinaus die im engen Abstand angeordneten Rippen enge Kühlkanäle oder Durchlässe, durch die Luft mit hoher Geschwindigkeit hindurchgeschickt werden kann. Der Durchtritt dieser Luft durch die engen Kühlkanäle hindurch führt in diesen zu einer gewissen Luftturbulenz. Für den Fachmann ist es einleuchtend, daß die turbulente Luft hoher Geschwindigkeit sehr wirksam ist, Wärme von einem heißen Körper abzuführen, da die isolierende Luftschicht, die normalerweise unmittelbar um den Körper herum besteht, durch die Turbulenz weggespült wird. Deshalb wird deutlich, daß die Konstruktion der erfLndungsgemäßen Wärme abführenden Elektroden mit den engen Kühlkanälen in ^mittelbarer
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Nähe der Gleichrichterelektroden dazu dient, die durch die Gleichrichter während ihres Betriebes erzeugte Wärme höchst effektiv abzuführen.
Beispielsweise wurden in einer er fin dungs ge maß aufgebauten Druckvorrichtung gemäß Fig. 1, in der die Leitungen 17»8 cm (7 Zoll) lang, 6,4 mm (IM Zoll) dick und 31,8 mm (1,25 Zoll) hoch waren und durch die etwa 10 nr/min (360 c.f.m.) Luft mit einer Temperatur von 35 °C (95 °P) unter einer Geschwindigkeit von 27,43 m/sec (90 ft/sec) und bei einem Gegendruck von 81,28 mm (3,2 Zoll) Wassersäule geleitet wurde, 96O Watt abgeführt.
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Die Anodenelektrode 6 der Vorrichtung 1 ist für eine elektrische Verbindung mit anderen Vorrichtungen in dem Hochspannungs-Gleichstromventil über eine Polverbindung 29 geeignet, während die Kathodenelektrode 7 über eine Polverbindung 30 mit anderen Vorrichtungen verbindbar ist. Auf Wunsch können auch die planaren Teile 9 und/oder 11 für diese Funktion verwendet werden. Die gesamte Druckvorrichtung 1 kann in einem Isoliergehäuse angebracht werden, indem die Vorrichtung über Löcher 31 mit dem Gehäuse verschraubt wird.
Da die Elektrode 6 elektrisch mit der Anode der Gleichrichtervorrichtung verbunden ist, während die Elektrode 7 elektrisch ψ mit der Kathode in Verbindung steht, und da ferner die Verbindungsbolzen 18 und 19 durch diese beiden Elektroden hindurchführen, ist jeder Verbindungsbolzen von der einen Elektrode isoliert, um einen Kurzschluß zu verhindern. Beispielsweise ist der Verbindungsbolzen 18, wie in Fig. 2 gezeigt ist, über die Elektrode 6, die konischen Teile 24, die Feder 21 und die Unterlegscheiben I8B mit der Anode der Gleichrichter verbunden. Um diesen Verbindungsbolzen gegenüber der Kontaktelektrode der Kathode zu isolieren, ist eine Isolierhülse 32A über diesem Verbindungsbolzen vorgesehen, wo dieser durch die Elektroden hindurchführt. Um den Bolzen von der Kathodenelektrodenaußen-
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seite dieser Elektrode zu isolieren, ist ein Isolierbecher 32 vorgesehen, der zwischen den Unterlegscheiben 18A und der Feder 20 angeordnet ist. Eine ähnliche Isolierhülse und ein Isolierbecher ist über dem Verbindungsbolzen 19 angeordnet.
Im Betrieb fließt ein Strom in den Pol 29 hinein, über den ρ Ianaren Teil 8, die Rippen 12 und den planaren Teil 9 zu den Anoden der Gleichrichter 2A, 2B, 2C und 2D, über diese zu deren Kathoden und von dort über den planaren Teil 11, die Rippen 13 und den planaren Teil 10 zu dem Pol Jß* Es sei bemerkt, daß der Strom durch die Rippen hindurchfließt, die zur Abstrahlung der dadurch erzeugten Wärme dienen.
Es ist zwar möglich, einen Verbindungsbolzen und seine zugehörigen Federn, um eine Klemmkraft auf die Gleichrichter 2A und 2C auszuüben, und einen weiteren Verbindungsbolzen und dessen zugehörige Federn zu verwenden, um eine Klemmkraft auf die Gleichrichter 2B und 2D auszuüben. Ein derartiges Konstruktionsprinzip ist jedoch nicht vorteilhaft. Um die Gleichrichter in dieser Weise einzuklemmen, müßte der Verbindungsbolzen 18 zwischen die Gleichrichter 2A und 2C verlegt werden, während der Verbindungsbolzen 19 zwischen die Gleichrichter 2B und 2D verlegt werden müßte. Eine solche Konstruktion würde zwei Nachteile besitzen, nämlich erstens würden die Verbindungsbolzen die direkt über die Gleichrichter führenden Kühlkanäle blockieren und zweitens würde eine Bearbeitung der Kontaktflächen 16 und 17 erforderlich sein, um sicherzustellen,daß sie extrem eben sind, so daß sie einen gleichen Druck auf die dazwischen sandwichartig angeordneten Gleichrichter ausüben, da die Kontaktelektroden in der Y-Richtung relativ unflexibel sind (diese Richtung ist in Fig. 1 gezeigt).
Fig. k zeigt eine andere Druckvorrichtung 33 gemäß der Erfindung. Diese Vorrichtung ist für höhere Spannungen geeignet als die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung, da sie in jedem der parallelen Pfade zwei in Reihe geschaltete Gleich-
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richter enthält. Die Vorrichtung 33 könnte unter Verwendung von zwei in Pig. I gezeigten Druckvorrichtungen aufgebaut werden. Hierfür werden der planare Teil 8, seine konischen Teile 24, die Federn 21 und 2 3 und die Unterlegscheiben l8B von einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 entfernt, während die entsprechenden Teile von einer anderen gleichen Vorrichtung ebenfalls entfernt werden. Die Verbindungsbolzen 18 und 19 sind verlängert, um die zwei modifizierten Vorrichtungen 1 dazwischen aufzunehmen. Diese Vorrichtungen werden miteinander verbunden, indem die Rippen 12 der einen Wärme ableitenden Elektrode 6 an den gleichen Rippen 12 der anderen Wärme ableitenden Elektrode 6 anstoßen. Die Verbindung dieser zwei Kontaktelektroden bildet eine Wärme ableitende Zwischenelektrode 34. Wenn die Gleichrichter so ausgerichtet sind, daß ihre Polaritäten gleich sind, ist eine elektrische Vorrichtung 33 gebildet, die zwei der in Reihe geschalteten Vorrichtungen gemäß Fig. 1 äquivalent ist. Die Elektrode 34 liegt auf einem elektrischen Potential zwischen den Potentialen der Anode und Kathode. Um die Vorrichtung gegen jeden zufälligen Kurzschluß oder Lichtbogen in einer derartigen Konfiguration zu schützen, sind die Verbindungsbolzen 18 und elektrisch mit der Zwischenelektrode 34 verbunden, so daß sie auf einem Potential zwischen dem der Anoden- oder Kathodenelektroden sind, durch die sie hindurchführen.
Die Vorrichtung 33 hat eine breite elektrische Anwendbarkeit, da sie auch zur Bildung eines Wechselstromschalters verbunden werden kann, indem einfach die Elektroden 7 elektrisch miteinander verbunden werden, um eine Seite des Schalters zu bilden, während die Zwischenelektrode 34 dazu verwendet wird, die andere Seite des Schalters zu bilden. In einer derartigen Anordnung würden die Isolatorbecher 32A überflüssig sein.
Für noch höhere Spannungsbelastungen können mehr als zwei Druckvorrichtungen 1 kombiniert werden, um eine modifizierte Druckvorrichtung zu bilden. Ferner kann entweder die Vorrichtung 1 oder die Vorrichtung 33 für niedrigere Strombelastbar-
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keiten modifiziert werden, indem anstelle von einigen der Halbleitergleichrichter 2A bis 2D Blindelemente verwendet werden, d.h. solche Elemente, die die gleiche axiale Ausdehnung wie eine Gleichrichtervorrichtung aufweisen, die aber keinen Strom leiten. Beispielsweise kann die Vorrichtung 1 für niedrigere Ströme verwendet werden, indem der Gleichrichter 2B durch ein Blindelement ersetzt wird. Auf Wunsch kann jede Kombination von Halbleitergleichrichtern und Blindelementen verwendet werden.
Es sei auch bemerkt, daß die Vorrichtungen 1 und 33 ferner für niedrigere Ströme modifiziert werden können, indem lediglich ein einzelnes Paar parallel geschalteter Gleichrichter und nur eine Verbindungsbolzen-Blattfederanordnung verwendet wird. Eine solche Konstruktion könnte kürzere Wärme ableitende Elektroden verwenden.
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Claims (5)

  1. Ansprüche
    Halbleitergleichrichtersatz, gekennzeichnet durch wenigstens eine Halbleitergleichrichtervorrichtung (2A- 2D) mit einem in einem Gehäuse abgedichteten Halbleiterkörper zwischen einem Paar Hauptelektroden (4, 5) mit ersten und zweiten Außenkontaktflächen (4A, 5A) auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses, die parallel zueinander und senkrecht zur Achse der Halbleitergleichrichtervorrichtung (2A - 2D) angeordnet sind,
    Befestigungsmittel, durch die die Hauptelektroden (4, 5) unter einem hohen Klemmdruck gehalten sind und die wenigstens eine Wärme ableitende Elektrode (6; 7) umfassen, die einen ersten Teil (9; H) mit wenigstens einer planaren Oberfläche (16; 17), die im allgemeinen parallel zu den Kontaktflächen (4A; 5A) angeordnet ist, einen zweiten Teil (8; 10) und zahlreiche Kraft übertragende sowie Wärme ableitende Rippen (12; 13) aufweist, die zwischen den Teilen (8, 9) angeordnet und mit diesen verbunden sind und die in einer innigen Wärme üb er gangs verbindung mit dem ersten Teil (9; H) stehen, wobei die Rippen (12; 13) und die Teile (8, 9; 10, 11) zur Bildung zahlreicher Kühlströmungskanäle (14) angeordnet sind, die in unmittelbarer Nähe der planaren Oberfläche (16; 17) liegen, welche in einer innigen Wärmeübergangsverbindung mit der ersten Kontaktfläche (4A; 5A) der Gleichrichtervorrichtung steht, und
    Mittel (18, 19) zur Ausübung einer Klemmkraft auf die Elektrode (6; 7)» die durch die ersten und zweiten Teile (8, 9; 10, 11) sowie die Wärme ableitenden Rippen (12; 13) und koaxial zu der Gleichrichtervorrichtung übertragen ist, so daß nur eine axiale Klemmkraft auf die Gleichrichtervorrichtung ausübbar ist.
  2. 2. Halbleiterglexehrichtersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungsmittel ein Paar sich gegenüberliegender, Wärme ableitender Elek-
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    troden (6, 7) umfassen, die auf entgegengesetzten Seiten der Gleichrichtervorrichtung zur Übertragung eines hohen Klemmdruckes auf diese angeordnet sind, und die planare Oberfläche (16) der einen Elektrode (6) in einer innigen Wärmeübergangsverbindung mit der ersten Kontaktfläche (4A) der Gleichrichtervorrichtung und die planare Oberfläche (17) der anderen Elektrode (7) in einer innigen Wärmeübergangs Verbindung mit der zweiten Kontaktfläche (5A) steht.
  3. 3. Halb leitergle ichrichte rs at ζ nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Paar Halbleitergleichrichtervorrichtungen (2A- 2D) vorgesehen ist, deren Achsen parallel zueinander angeordnet sind und deren Kontaktflächen (4A, 5A) parallel zueinander und senkrecht zu den Achsen der Gleichrichtervorrichtungen verlaufen.
  4. 4. Halb leitergleichrichte rs at ζ nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Ausübung einer Klemmkraft ein mit zwei Enden versehenes Spannglied (18), das durch die Wärme ableitenden Elektroden (6, 7) hindurchführt und das zentral zwischen und parallel zu den Achsen der Gleichrichtervorrichtungen verläuft, ein erstes Federelement (20), das zwischen einem Ende des Spanngliedes (18) und ausgewählten Punkten auf dem zweiten Teil (10) von der einen Wärme ableitenden Elektrode (7) angeordnet ist, wobei die ausgewählten Punkte auf den Achsen der Halbleitervorrichtungen (2A- 2D) liegen, und ein zweites FedereIement (21) aufweisen, das zwischen dem anderen Endesrdes Spanngliedes C18) und ausgewählten Punkten auf dem zweiten Teil (8) der anderen Wärme ableitenden Elektrode (6) angeordnet ist, wobei auch diese ausgewählten Punkte auf den Achsen der Halbleitervorrichtungen (2A - 2D) liegen.
  5. 5. Halb leitergle ichrichte rs at ζ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Spannglied (18) von
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    einem lan gge st re cke η Verbindungsbolzen gebildet ist, der gegenüber der einen der Kontaktelektroden (6, 7) elektrisch isoliert ist, und daß die Federelernente (20, 21) Blattfedern sind.
    Halbleitergleichrichtersatz nach einem oder mehreren der. Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Halbleitergleichrichtervorrichtungen (2A) koaxial zueinander angeordnet sind, deren Kontaktflächen parallel zueinander und senkrecht zur Achse der Gleichrichtervorrichtungen (2A) angeordnet sind, wobei die erste Kontaktfläche der zweiten Gleichrichtervorrichtung neben der zweiten Kontaktfläche der ersten Gleichrichtervorrichtung angeordnet ist, die Befestigungsmittel, durch die die Hauptelektroden der Halbleitergleichrichter unter einem hohen Klemmdruck gehalten sind, ein Paar Wärme ableitender Elektroden (6, 7) aufweist, von denen die eine Elektrode (7) neben der einen Kontaktfläche (4A) der ersten Gleichrichtervorrichtung und die andere Elektrode (7) neben der zweiten Kontaktfläche (5A) der zweiten Gleichrichtervorrichtung angeordnet ist, und daß eine dritte Wärme ableitende Elektrode (6) vorgesehen ist, die zwischen den Gleichrichtervorrihtungen (2A) angeordnet ist und die einen dritten Teil (9) mit wenigstens einer planaren Oberfläche, die im allgemeinen parallel zu den Kontaktflächen angeordnet ist, und einen vierten Teil (9) mit wenigstens einer planaren Oberfläche, die im allgemeinen parallel zu den Kontaktflächen angeordnet ist und zahlreiche Kraft übertragende und Wärme ableitende Rippen (12) aufweist, die zwischen und in inniger Wärmeübergangs verbindung mit den dritten und vierten Teilen (9) angeordnet ist, so daß zahlreiche Kühlströmungskanäle (14) ausgebildet sind, wobei die planare Oberfläche des dritten Teils (9) an der zweiten Kontakt fläche der ersten Gleichrichter vorrichtung und die planare Oberfläche des vierten Teile (9) an der ersten Kontaktfläche der zweiten Gleichrichtervorrichtung anstößt, und daß die auf die Wärme ablei-
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    tenden Elektroden (6, 7) ausgeübte Klemmkraft über alle Teile (6, 7) und die Wärme ableitenden Rippen (12) und koaxial zu den Gleichrichtervorrichtungen übertragen ist, so daß nur ein axialer Klemmdruck ausübbar ist (Fig. 4).
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