DE3430194C2 - Vortariertes Spannelement für das Zusammenhalten und Gegeneinanderpressen von Halbleiterelementen und Radiatoren, die abwechselnd säulenartig angeordnet sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Spannelement kann insbesondere bei der Montage einer Gruppe von Leistungshalbleitern wie Thyristoren, Transistoren oder Dioden verwendet werden, die säulenartig zwischen mit ihnen abwechselnden Radiatoren angeordnet sind, wobei die Radiatoren einerseits die Wärmeabfuhr und andererseits die Verbindung zwischen den Anschlußflächen der Halbleiter herstellen.

Das Spannelement ist insbesondere bei Halbleiteranordnungen für die Ausrüstung von Zugmaschinen anwendbar, bei denen es wesentlich auf Platzersparnis ankommt.

Es ist bereits bekannt, Halbleiterelemente und Radiatoren, die abwechselnd in einer Säule zwischen zwei durch Gewindestangen verbundenen Platten angeordnet sind, unter hohem Druck zusammengespannt werden können, indem mittels einer eine der Platten axial durchquerenden Schraube an einem in der Achse der Säule liegenden Punkt die für die in der Säule befindlichen Elemente erforderliche Spannkraft ausgeübt wird. Das die Spannkraft bestimmende Drehmoment wird über einen Drehmomentschlüssel eingestellt, um die erforderliche Spannkraft mit größtmöglicher Genauigkeit einzuhalten.

Bei der gleichen Anordnung kann dasselbe Ergebnis erreicht werden, indem die axiale Spannkraft über die Gewindestangen, durch welche die Platten miteinander verbunden sind, auf die Säulenanordnung übertragen wird, und zwar mittels einer Spannpresse, wie sie in der FR-PS 24 15 514 beschrieben ist. Eine solche Anordnung ist zwar zweckmäßig und funktionsgerecht, jedoch wird im Zeitpunkt des Zusammenpressens unmittelbar bei der Montage entweder eine Presse oder ein Drehmomentschlüssel benötigt, der mit großer Genauigkeit gehandhabt werden muß.

Ein Spannelement der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 29 26 403 beschrieben. Der hohlzylindrische Teil dieses bekannten Spannelements ist am dem Kopfstück benachbarten Ende offen und am gegenüberliegenden Ende mit einer Schulter ausgebildet. Für die Endmontage wird das Spannelement soweit in die betreffende Platte eingeschraubt, bis die Schulter an der betreffenden Außenfläche der Platte anliegt. Die den endgültigen Spannungszustand bestimmende Eindringtiefe ist somit stets durch die Schulter des hohlzylindrischen Teils bestimmt.

Aus der AT-PS 2 97 152 ist ein vergleichbares Spannelement bekannt. Bei diesem Spannelement fehlt jedoch die am hohlzylindrischen Teil ausgebildete Anschlagschulter. Statt dessen ist das hohlzylindrische Teil mit einer Marke versehen, die in Verbindung mit einer auf der betreffenden Platte vorgesehenen geeichten Skala dazu dient, die gewünschten Spannungszustand einzustellen. Dieser wird demnach dadurch eingestellt, daß das Spannelement so weit in die Platte eingeschraubt wird, bis die Marke einer betreffenden Skalenstelle gegenüberliegt.

Auch bei den beiden zuletzt genannten Spannelementen ist eine annähernd genaue Einstellung nur mittels eines Drehmomentwerkzeugs möglich. In die Einstellung mittels eines Drehmomentwerkzeuges gehen aber mehr oder weniger große Reibungsverluste an den miteinander verschraubten Gewindeteilen ein. Eine gute Reproduzierbarkeit der Druckbelastung ist daher nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus der DE-OS 29 26 403 bekannte Spannelement so weiterzubilden, daß es auf einfache und reproduzierbare Weise eine präzise Einstellung eines vorgebbaren Spannungszustands vor der Montage ermöglicht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auf das dem Kopfstück benachbarte Ende des hohlzylindrischen Teils ein Deckel aufgeschraubt ist, der eine mittige Öffnung aufweist, die eine Gleitführung für das Kolbenteil bildet, daß die Rundscheiben durch Druckbeaufschlagung des Kolbenteils vor dem Einbau an der betreffenden Platte mit einer vorbestimmten Vorspannung belastet (vortariert) sind und der Deckel so weit auf das hohlzylindrische Teil aufgeschraubt ist, daß in diesem Vorspannzustand der Rundscheiben eine seiner Flächen mit einer korrespondierenden Fläche am Kolbenteil fluchtet, und daß am unteren Ende des hohlzylindrischen Teiles ein Sechskant angeordnet ist, der das Verspannen des Spannelementes auf der säulenartigen Anordnung von Halbleiterelementen und Radiatoren mittels eines Schlüssels ermöglicht.

Es wird somit ein vortariertes Spannungselement geschaffen, das z. B. mittels einer Presse vor seiner Montage an der betreffenden Platte kalibriert wurde, wodurch der einwandfreie Zusammenhalt und das erforderliche Zusammenspannen erreicht werden, ohne daß ein Drehmomentschlüssel benötigt wird.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Anordnung, bei der eine herkömmliche Spanneinrichtung durch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen ersetzt wurde; und

Fig. 2 eine in größerem Maßstab gezeigte Detailansicht der Spanneinrichtung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung sind zwei Platten 1, 2 durch als Gewindestangen ausgebildete Stützstangen 3, 4 verbunden. Zwischen den Platten 1 und 2 sind die Gehäuse von Halbleiterelementen 5 unter Zwischenfügung von Radiatoren 6 eingespannt.

Die Halbleiterelemente 5 und Radiatoren 6 sind durch Klötzchen 7 zentriert, die in entsprechenden Aussparungen 8 in den Gehäusen der Halbleiterelemente 5 und der Radiatoren 6 angebracht sind. Eine gleiche Anordnung ist für Isolierelemente 9 und Rundscheiben 10 vorgesehen. Mit dem Bezugszeichen 11 ist ein Beispiel des erfindungsgemäß vortarierten Spannelementes zum Zusammenhalten und Gegeneinanderpressen der Elemente in der säulenartigen Anordnung bezeichnet.

Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt dieses Spannelement 11 ein hohlzylindrisches Teil 12, das durch einen Deckel 13 geschlossen ist. Die äußere Wand 14 des hohlzylindrischen Teiles 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit Gewinde versehen, um eine Schraubenmutter 15 zum Blockieren des Deckels 13 sowie eine weitere Schraubenmutter 16 zur Blockierung an der Platte 2 aufzunehmen. Die Innenseite des hohlzylindrischen Teiles 12 ist so bearbeitet, daß sie einerseits elastische Rundscheiben 17 und andererseits ein verschiebbares Kolbenteil 18 aufnehmen kann, dessen Ende 19 in die Wandung eindringt, welche den Boden des hohlzylindrischen Teiles 12 bildet und auf diese Weise eine Gleitführung bildet. Das gegenüberliegende Ende des Kolbenteiles 18 weist ein Kopfstück 20 auf, das bei der gezeigten Ausführungsform kugelschalenförmig ist. Dieses Kopfstück 20 bildet den Abstützpunkt auf der Rundscheibe 10, die sich am Boden des in Fig. 1 gezeigten Stapels befindet. Unter diesem Kopfstück 20 umfaßt das Kolbenteil 18 einen Kragen 21 und unter diesem eine Schulter 22. Der Kragen 21 ist in den aufgeschraubten Deckel 13 eingesetzt, in dessen Öffnung er gleitverschiebbar ist. Eine der Flächen der Schulter 22 (Fig. 2) ist mit dem Deckel 13 in Berührung, während die andere sich auf dem Stapel von Rundscheiben 17 abstützt. Um den Deckel 13 und die Schraubenmutter 15 nach dem Festspannen miteinander fest zusammenzuhalten, ist ein Arretierteil bzw. eine Blockiereinrichtung 23 vorgesehen. Das Ende des hohlzylindrischen Teiles 12 ist als Sechskant 24 ausgebildet, um einen Spannschlüssel ansetzen zu können, damit das Spannelement 11 in der entsprechenden Platte 2 verschraubt werden kann.

Es wird nun beschrieben, wie die Vortarierung und der Einbau des Spannelements 11 erfolgen.

Zunächst wird die Tarierung der Rundscheiben 17 an dem gleitbeweglichen Kolbenteil 18 vorgenommen. Zu diesem Zweck wird folgendermaßen vorgegangen:

1. Die Rundscheiben 17 und das Kolbenteil 18 werden in das hohlzylindrische Teil 12 eingebaut und der Deckel 13 wird aufgeschraubt, bis er an der Schulter 22 anliegt (Fig. 2).

2. Nachdem das Spannelement 11 mit den Teilen 17, 18 und 22 versehen wurde, wird es auf den Tisch einer Presse gestellt, und durch Einwirkung der Presse auf das Kopfstück 20 wird die erforderliche Kompressionskraft eingestellt.

Während die Rundscheiben 17 sich unter der Belastung verbiegen, wird der Deckel 13 weitergeschraubt, bis die Fläche B dieses Deckels 13 sich auf derselben Höhe wie die Fläche A des Kragens 21 befindet. Nachdem diese Relativstellungen eingenommen wurden, wird die Schraubenmutter 15 am Deckel 13 blockiert, und das Arretier- bzw. die Blockiereinrichtung 23 wird am Deckel 13 und der Schraubenmutter 15 festgelegt, um diese zu immobilisieren.

3. Nachdem der von der Presse ausgeübte Druck entfallen ist, wird das Kolbenteil 18 durch die Wirkung der Rundscheiben 17 derart beaufschlagt, daß die Oberseite der Schulter 22 sich auf der entsprechenden Fläche (Innenseite) des Deckels 13 abstützt. Die Vortarierung ist dann vollständig abgeschlossen. Das Spannelement 11 kann dann eingebaut werden.

Dieses Spannelement 11 wird zuvor ganz in die Platte 2 eingeschraubt. Die aus den Halbleiterelementen 5 und den Radiatoren 6 gebildete Säule wird dann zwischen die obere Platte 1 und das Kopfstück 20 des Kolbenteiles 18 eingeschoben, und anschließend wird das Spannelement 11 mittels eines üblichen Schlüssels auf der Säule verspannt, bis die Flächen A und B sich auf derselben Höhe befinden. Es ist dann die erforderliche Spannkraft präzise eingestellt, und die Schraubenmutter 16 wird blockiert, um das Spannelement 11 drehfest zu blockieren.

Die für das beschriebene Spannelement gewählte Anordnung ermöglicht u. a. die Mehrfachverwendung desselben, ohne daß eine erneute Tarierung erforderlich ist, was besonders vorteilhaft ist, wenn Halbleiterelemente außerhalb einer Werkstatt ausgewechselt werden müssen. Ferner erfolgt das Zusammenspannen der Säule mittels üblicher Schlüssel. Da bei besonders zweckmäßigen Ausführungsformen ein großer Durchmesser mit einem Feingewinde kombiniert wird, kann auch das zum Verspannen erforderliche Drehmoment erheblich vermindert werden.

Ferner ist ersichtlich, daß das Spannelement sowohl innerhalb einer Kammer, die ein Wärmetransportmedium enthält, als auch auf der Außenseite montiert werden kann, wenn Halbleiterelemente zusammengespannt werden, die durch Flüssigkeits- oder Luftströmung gekühlt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Außenwand des hohlzylindrischen Teiles 12 ohne Gewinde ausgebildet, und dieses hohlzylindrische Teil 12 wird mit der Platte 2 durch andere geeignete Mittel verbunden, während der Deckel 13 durch eine geeignete Blockiereinrichtung auf der gewünschten Höhe gehalten wird.

Claims (4)

1. Spannelement (11) für das Zusammenhalten und Gegeneinanderpressen von Halbleiterelementen und Radiatoren, die abwechselnd säulenartig angeordnet sind, zur Verwendung bei der Montage zwischen zwei an den Enden angeordneten und durch Stützstangen (3, 4) miteinander verbundenen Platten (1, 2), wobei das Spannelement versehen ist mit:
einem hohlzylinrischen Teil (12), das koaxial zur säulenartigen Anordnung an einer der Platten (2) befestigbar ist;
aufeinanderfolgenden elastischen Rundscheiben (17), die im Inneren des hohlzylindrischen Teiles (12) angeordnet sind; und
einem teilweise in das hohlzylindrische Teil (12) eindringenden Kolbenteil (18), das einerseits mit einem Kopfstück (20) zur sowohl direkten als auch indirekten Abstützung auf der säulenartigen Anordnung von Halbleiterelementen (5) und Radiatoren (6) und andererseits mit einer Schulter (22) versehen ist, die sich auf den aufeinanderfolgenden Rundscheiben (17) abstützt;
dadurch gekennzeichnet, daß auf das dem Kopfstück (20) benachbarte Ende des hohlzylindrischen Teils (12) ein Deckel (13) aufgeschraubt ist, der eine mittige Öffnung aufweist, die eine Gleitführung für das Kolbenteil (18) bildet, daß die Rundscheiben (17) durch Druckbeaufschlagung des Kolbenteils (18) vor dem Einbau an der betreffenden Platte (2) mit einer vorbestimmten Vorspannung belastet (vortariert) sind und der Deckel (13) so weit auf das hohlzylindrische Teil (12) aufgeschraubt ist, daß in diesem Vorspannungszustand der Rundscheiben (17) eine seiner Flächen (B) mit einer korrespondierenden Fläche (A) am Kolbenteil (18) fluchtet, und daß am unteren Ende des hohlzylindrischen Teiles (12) ein Sechskant (24) angeordnet ist, der das Verspannen des Spannelementes (11) auf der säulenartigen Anordnung von Halbleiterelementen (5) und Radiatoren (6) mittels eines Schlüssels ermöglicht.

2. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraubmutter (15) den Deckel (13) am hohlzylindrischen Teil (12) unter Zwischenfügung einer Blockiereinrichtung (23) festlegt.

3. Spannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schraubmutter (16) auf der mit Gewinde versehenen Wand (14) des hohlzylindrischen Teils (12) befestigbar ist, um die drehfeste Blockierung desselben an der Platte (2) zu gewährleisten.

4. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (20) kugelschalenförmig ist.