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Gleichrichterelement Es ist bereits bekannt, ein Gleichrichterelement
mit zwei als Anschlußklemmen dienenden luftdicht und isoliert aneinander befestigten
und einen Hohlraum umschließenden Platten auszuführen, zwischen denen sich der Halbleiter,
der eine Sperrschicht bzw. Inversionsschicht besitzt, mit beiden Platten in Kontakt
befindet.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine
Platte tellerförmig so ausgebildet ist, daß zwischen dem Tellerrand dieser Platte
und der anderen Platte ein Isolierring und auf der anderen Seite des Tellerrandes
ein zweiter, aus elastischem Stoff bestehender Isolierring derart liegt, daß der
umgebördelte Rand der anderen Platte sich in den zweiten elastischen Isolierring
eindrückt.
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Auf diese Weise wird eine in der Massenherstellung besonders einfache
und günstige Form eines Gleichrichterelementes geschaffen. Ferner ist die erfindungsgemäße
Form eines Gleichrichterelementes für den Einbau in Schaltungen sowohl als einzelnes
Schaltelement als auch im Zusammenbau mit mehreren gleichartigen Gleichrichterelementen
besonders geeignet.
Ausführungsformen der Erfindung und Beispiele
für den Zusammenbau mehrerer erfindungsgemäßer Gleichrichterelemente werden im folgenden
an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. i stellt einen im Schnitt gezeichneten Aufriß eines Gleichrichterelementes
gemäß der Erfindung dar; Fig.2 ist ein im Schnitt gezeichneter Aufriß einer anderen
Ausführungsform; Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer wiederum anderen Ausführungsform
und Fig.4 eine teilweise offen dargestellte Ansicht einer ersten Ausführungsform
der gesamten Gleichrichtersäule; Fig. 5 ist eine Stirnansicht der in Fig.4 dargestellten
Anordnung; Fig.6 ist eine Aufsicht auf eine Gleichrichteranordnung und Fig. 7 eine
Darstellung der in Fig. 6 gezeigten Anordnung von der Seite gesehen.
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In Fig. i ist zu erkennen, daß das unsymmetrisch leitfähige Element
aus einer ersten als Anschlußklemme dienenden Platte i und einer zweiten ebenfalls
als Anschlußklemme dienenden Platte 2 besteht, die dicht miteinander verbunden und
gegeneinander isoliert sind sowie einen Hohlraum 3 umschließen. Die Platten i und
2 sind im wesentlichen von gleicher Größe und Form, so daß ihre Ränder 4 und 5,
die miteinander verbunden werden, zusammenpassen. Eine oder beide Platten i und
2 können tellerartig geformt sein, um den Hohlraum 3 zu bilden, d. h. können, wie
in Fig. i dargestellt, konkav ausgebildet werden, so daß die dargestellten Ränder
4 und 5 entstehen. Zum äußeren Abschluß und zur isolierten Befestigung der Platten
i und 2 aneinander kann ein erster Isolierring 6 benutzt werden, der zwischen die
Ränder 4 und 5 eingelegt wird, sowie ein zweiter Isolierring 7 aus nachgiebigem
Material, z. B. aus Butylgummi, der auf die andere Seite des Randes 4 aufgelegt
wird und in den sich der Rand 5 nach Umbördeln eindrückt.
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In dem Hohlraum 3 ist ein Halbleiter, der eine Gleichrichterwirkung
aufweist, angebracht, d. h. ein Halbleiter, der eine Sperrschicht bzw. Inversionsschicht
besitzt.
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Das Halbleiterstück 8 wird mit seiner Oberfläche io leitend an der
Platte i befestigt, beispielsweise durch Lötung, wobei der Niederschlag 12, wie
in Fig. i dargestellt, als Verbindungsmittel dienen kann. Die Platte i kann in der
Mitte einen becherförmigen Teil 13 besitzen, in welchen das Halbleiterstück
8 eingesetzt werden kann und der außerdem einen äußeren Vorsprung 14 bildet, der
vorteilhaft zum Zusammenbau der einzelnen Elemente benutzt werden kann.
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Die Platte i wird vorzugsweise aus Metall hergestellt, dessen thermischer
Ausdehnungskoeffizient der thermischen Ausdehnung des Halbleiterstücks 8 angepaßt
wird und das gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, so daß der Kontakt
zwischen der Platte i und dem Körper 8 auch bei höheren Temperaturen gewährleistet
ist und die im Körper 8 erzeugte Wärme abgeführt werden kann.
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Wenn der Halbleiterkörper 8 aus Germanium besteht, kann die Platte
i aus denn unter der Bezeichnung »Fernico« bekannten Metall hergestellt werden.
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Zur Herstellung einer leitenden Verbindung zu der anderen Seite des
Halbleiterkörpers" nässlich dem Teil 9, kann die Platte 2 mit einer Zuleitung 15
versehen werden, welche zwischen den Plattenrand 5 und den Isolierring 6 eingeklemmt
wird und die Fläche 9 unmittelbar oder über den Niederschlag ii berührt. Der Leiter
1s kann aus einem Draht geeigneter Länge bestehen, wie in Fig. i dargestellt, oder
aus einem Band von federnden Werkstoff, so daß ein geeigneter Kontaktdruck an der
Berührungsfläche 9 _ oder auf dem Niederschlag i i erzeugt wird. Vorzugsweise wird
der Leiter 15 aus einem solchen Stoff hergestellt und mit solchen Abmessungen, daß
er die Wärme gut abzuleiten vermag, so daß die im Körper 8 erzeugte Wärme auf die
Platte 2 übergeht und von dort nach auf"en abgeführt werden kann.
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Wie oben bemerkt, besitzt die Platte i einen äußeren Vorsprung 14
und die Platte 2 eine Vertiefung 16, wobei in diese letztere der Vorsprung der Platte
i eines zweiten, ebenso beschaffenen Gleichrichterelementes eingreift. Auf diese
ZVeise können eine Mehrzahl von Gleichrichterelementen aufeinandergeschichtet werden,
wobei die Vorsprünge 14 beim Eingriff in die Vertiefungen i6 einen großflächigen
guten Kontakt gewährleisten und gleichzeitig die Gleichrichterelemente in der Ouerrichtung
gegeneinander festlegen.
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Das Gleichrichterelement nach Fig. i besitzt also ein abgeschlossenes
Gehäuse, welches durch die Platten i und 2 gebildet wird, so daß vom Halbleiterkörper
8 Feuchtigkeit, Säuredämpfe und andere schädliche Lufteinflüsse sowie mechanische
Beschädigungen ferngehalten werden. Die Platten i und 2 stellen ferner die elektrischen
Anschlüsse für den Halbleiterkörper 8 dar, sind wärmeleitfähig und bewerkstelligen
eine Kühlung des Halbleiterkörpers. Die Wärme wird unmittelbar vom Körper 8 auf
die Platte i übertragen und von dieser abgeleitet, während die Übertragung auf die
Platte 2 über den Leiter 1s stattfindet, so daß das Gleichrichterelement also zwei
große Kühlflächen erhält, die eine gute Kühlung sicherstellen.
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Man kann ferner, wie dargelegt, eine Mehrzahl solcher Elemente unter
gutem elektrischem Kontakt zwischen denselben aufeinanderschichten, die Elemente
also in Serie zueinander schalten.
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Die in Fig.2 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich ausgebildet
wie die in Fig. i, wobei die miteinander übereinstimmenden Bestandteile auch f mit
gleichen Bezugszeichen versehen sind. Jedoch ist bei der Ausführungsform nach Fig.
2 der streifenförmige Leiter 15 fortgelassen, und die Leitungsverbindung zwischen
dem Halbleiterkörper 8 und der Platte :2 wird dadurch hergestellt, daß die Vertiefung
16" bis zur Oberfläche 9 oder der Verunreinigung i i reicht. Die Platte 2 kann
mit
der Oberfläche 9 durch geschmolzenes Lötmittel verbunden werden oder einfach durch
einen genügend starken Andruck der Platte :2 an den Halbleiterkörper. Die Außenseite
der Platten i und 2 ist in ihrer Form in Fig. 2 so abgewandelt, daß eine ringförmige
Vertiefung 17 und ein ringförmiger Vorsprung 18 entstehen. Diese sind so geformt
und besitzen einen solchen Durchmesser, daß auch die in Fig.2 dargestelltem Elemente
ähnlich wie die in Fig. i dargestellten aufeinandergeschichtet werden können, zuverlässig
miteinander Kontakt machen und eine Querverschiebung gegeneinander verhindern.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Sie unterscheidet
sich von der in Fig. i dadurch, daß der Halbleiterkörper 8 beispielsweise durch
Festlöten mit der unteren Platte 2 verbunden ist und die Leitung 15 zwischen
den Rand 4 und den Ring 6 eingeklemmt ist, um die Verbindung der Oberfläche 9 des
Halbleiterkörpers mit der Platte i herzustellen. Bei dieser Anordnung wird somit
der Halbleiterkörper auf der Platte 2 befestigt, so daß die größere Querschnittsfläche
zwischen dem Halbleiterkörper und der Platte 2 entsteht und diese daher vom Halbleiterkörper
die erzeugte Wärme sehr wirksam abzuleiten vermag.
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Außerdem wird eine merkliche Kühlung in Fig.3 auch durch den Leiter
15 hindurch zustande kommen.
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Ein weiterer wichtiger Unterschied bei der Ausführungsform nach Fig.
3 ist der äußere Vorsprung 14" der Platte i, der einen schwalbenschwanzförmigen
Querschnitt 20 erhalten kann und in eine Art von ringförmigem Sockel hineinpaßt.
Dieser ringförmige Sockel besteht aus einer Anzahl- von Kontaktfedern 21 in ringförmiger
Anordnung an der Unterseite der Platte 2. Man kann also auch eine Anzahl von Elementen
nach Fig. 3 in einfacher Weise durch Einschieben der Schwalbenschwanzvorsprünge
14Q zwischen die Kontaktfedern 2i- des nächsten Elementes in Serie schalten. Hierdurch
wird ein guter großflächiger Kontakt zwischen den einzelnen Gleichrichterelementen
geschaffen, der außerdem eine Querverschiebung der Elemente gegeneinander ausschließt.
Das Einklemmen eines Elementes in die Konatktfedern des nächsten erlaubt es, den
Zusammenbau in Serienschaltung sehr schnell durchzuführen und ein gewünschtes Element
der ganzen Säule leicht und schnell auszuwechseln.
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Die Fig.4 und 5 zeigen eine Gleichrichtersäule, die aus einer Mehrzahl
von Gleichrichterelementen, beispielsweise der in Fig. i dargestellten Form, besteht.
Diese Ausführungsform einer Säule enthält also eine Mehrzahl von Gleichrichterelementen,
von denen jedes mit seiner Platte i an der Platte 2 des nächsten Elementes anliegt.
Die Halbleiterkörper 8 werden also in Serie geschaltet unter jeweils gleicher Orientierung
ihrer P-N-Schichten. Die Säule bewerkstelligt ferner einen anderweitig isolierten
Zusammenbau der Elemente, beispielsweise mittels der isolierenden Schienen 22, 23
und 24, die auf den Umfang der Gleichrichterelemene gleichmäßig verteilt sind. Diese
Anordnung ist am besten aus Fig. 5 ersichtlich. Die Schienen 22 bis 24 werden durch
Niete 25 mit den Armen 26 zweier Endplatten 27 und 28 an beiden Enden der Säule
befestigt. Die beiden unteren isolierenden Schienen 22 und 23 können, wie in Fig.
5 veranschaulicht, zwischen den Endplatten 27 und 28 verlaufen und sind mit Füßen
29 verbunden, mittels deren die ganze Säule auf einem Chassis oder einer Grundplatte
30 od. dgl. befestigt werden kann. Die Endplatten 27 und -28 sind ferner so geformt,
daß sie mit den Platten i bzw. 2 der jeweils letzten Elemente der Säule Kontakt
machen können.
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Zu diesem Zweck ist die Endplatte 27 mit einem Vorsprung 3 i versehen,
der die Platte 2 des ersten Gleichrichterelementes in Fig. 4 links berührt, und
die Endplatte 28 besitzt einen federnden Kontakt 32 zum Anschluß an die Platte
i des ersten Gleichrichterelementes auf der rechten Seite von Fig.4. Durch die Kraft
der Kontaktfeder 32 werden die Gleichrichterelemente in axialer Richtung gegeneinandergedrückt,
so daß ein niedriger Übergangswiderstand zwischen ihnen entsteht. Die Anschlußklemmen
33 und 34 der ganzen Säule können an die Isolierschienen bzw. an die Arme 26 mit
angenietet werden.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß in dieser Gleichrichtersäule
eine gute Gleichrichtung stattfinden kann und daß hohe Sperrspannungen ertragen
werden können, da eine Reihe von Halbleiterkörpern mit P-N-Schicht mit gleicher
Polarität in Reihe geschaltet sind. Wie oben bereits bemerkt, ist jeder ,Halbleiterkörper
gegen Feuchtigkeit und mechanische Beschädigungen geschützt und gut gekühlt. Außerdem
läßt sich jedes Gleichrichterelement der ganzen Säule leicht austauschen, indem
man einfach die obere Schiene 24 entfernt; das betreffende Gleichrichterelement
herausschiebt und ein anderes an seiner Stelle einschiebt. Die dargestellte Anordnung
ist nicht nur elektrisch vorteilhaft und mechanisch kräftig, sondern auch einfach
im Aufbau und billig in der Herstellung.
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In Fig. 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform einer Gleichrichtersäule
dargestellt, die sich speziell zum Einbau an oder in elektrische Geräte bei einem
sehr kleinen zur Verfügung stehenden Raum eignet und die nur eine geringe Bauhöhe
beansprucht. Eine Reihe von Gleichrichterelementen sind dort in der gleichen Ebene
auf einer Seite einer Isolierplatte angebracht. Mittels einer Anzahl von streifenförmigen
Verbindungsleitungen 36, die vorzugsweise federnd ausgeführt werden sollen, werden
die Gleichrichterelemente einerseits auf der Platte 35 festgeklemmt und andererseits
elektrisch in Serien geschaltet. Wie dargestellt, bestehen diese Kontaktfedern je
aus einer Vertiefung 37, die auf der Platte 35 aufliegt und in die der Vorsprung
14 der Platte i je eines Gleichrichterelementes eingreift. Außerdem bestehen diese
Kontaktfedern aus einem ebenen Teil 38, der an der Platte 35 mit Nieten 39 befestigt
ist, deren Köpfe vorzugsweise auf der Unterseite der Platte 35 versenkt werden sollen,
so daß die Platte 35 auf einer ebenen Metallfläche befestigt werden kann, ohne daß
dabei ein
Druck auf die Gleichrichterelemente ausgeübt wird. Schließlich
besitzen die Verbindungsleitungen zwischen je zwei Gleichrichterelementen noch U-förmig
gestaltete Teile 4o, die mit ihrem Ende in die Vertiefung 16 der Platte 2 eines
Gleichrichterelementes eingreifen. Dieser Teil 4o kann unter Druck an der jeweiligen
Platte 2 aufliegen, so daß das betreffende Gleichrichterelement mechanisch befestigt
wird und ein guter Kontakt mit ihm zustande kommt. Man sieht daher, daß die Verbindungsleitungen
36 nicht nur zur mechanischen Befestigung der Gleichrichterelemente, sondern auch
zur Serienschaltung derselben dienen. Wenn man die Teile 4o federnd ausbildet, läßt
sich ferner jedes Gleichrichterelement leicht entfernen oder austauschen. Die Verbindungsleitungen
36 am rechten und linken Ende der Platte in Fig. 6 können abgeschnitten und als
Anschlußklemmen für die Gesamtheit der auf der Platte 35 befestigten Gleichrichterelemente
benutzt werden, wobei diese Platte mittels der Löcher 4i an geeigneter Steile befestigt
werden kann.