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Die Erfindung bezieht sieh auf Gleichrichter, bei denen eine Metallverbindung, z. B. Kuprooxyd, mit einem Metall z. B. metallischem Kupfer in Berührung steht und betrifft ein Verfahren zur Herstellung des als Zwischenschicht dienenden Überzuges auf der Metallelektrode.
Nach diesem Verfahren wird ein Kupferkörper, der vorzugsweise die Form einer Platte oder Scheibe hat, zuerst gereinigt, wie z. B. dadurch, dass man ihn einem Sandstrahl aussetzt oder indem man ihn für einen Augenblick in eine kaustische Lauge z. B. in eine wässerige Lösung von Natriumhydroxyd oder in gewöhnliche Lauge eintaucht und ihn darauf mit Wasser wäscht, um das Reinigungsmittel zu entfernen.
Es wurde gefunden, dass sowohl hartes als auch weiches Kupfer verwendet werden kann, ohne dass sich im Resultat irgendwelche merkbare Unterschiede zeigen. Jedoch ist es von grosser Bedeutung, dass die Oberfläche, welche das Kuprooxyd tragen soll, glatt und rein ist.
Der Kupferkörper wird sodann an der Luft zweckmässig in einem elektrischen Ofen bis auf un- gefahr 10000 C erhitzt. Wenn die Temperatur bis auf 1049 C gesteigert wird, nimmt die Oberfläche des Kupferkörpers ein glasiges Aussehen an. Es soll nun die Temperatur so geregelt werden, dass sie nahe der, am besten gerade unterhalb dieser Temperatur, bei welcher das glasige Aussehen auftritt, also ungefähr bei 1015 C liegt.
Die Erhitzung des Kupferkörpers muss unbedingt in Gegenwart von Sauerstoff stattfinden, mu die Bildung des Kuprooxydes sicherzustellen, aber in gewissen Fällen mag es von Vorteil sein, die Ienoe der Luft oder des Sauerstoffes, die mit dem Kupferkörper in Berührung kommt, zu beschränken.
Durch die Erhitzung bildet sich eine Schichte von rotem Oxyd (Kuprooxyd) auf der Oberfläche des Kupferkörpers. Der Erhitzungsprozess wird so lange fortgesetzt, bis die Oxydschiehte genügend dick ist und mechanischer Beanspruchung standhält. Während dieses Prozesses bildet sich aber auch ein dünner Überzug von schwarzem Kupferoxyd (Kuprioxyd), das einen relativ hohen elektrischen Widerstand besitzt : dieser Überzug wird nachher-wie später beschrieben-entfernt.
Die so auf dem Kupferkörper entstandene Verbindung soll eine solche physikalische Beschaffenheit haben, dass sie im wesentlichen denselben Ausdehnungskoeffizienten besitzt, wie der Kupferkörper selbst oder sie muss zum Mindesten genügend fest an dem Kupferkörper haften und mechanisch so stark sein, dass sie nicht während des Abkühlens vom Metall abspringt.
Fernerhin muss die auf dem Metall entstandene Verbindung von solcher Beschaffenheit sein, dass sie eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt und ausserdem muss sie homogen und nicht porös sein ; diese besondere Beschaffenheit wird durch den oben beschriebenen Erhitzungsprozess erzielt.
Das wichtigste Charakteristikum der auf dem Kupferkörper gebildeten Verbindung besteht darin, dass sie die Elektrizität ohne zersetzt oder chemisch verändert zu werden leitet ; d. h. sie muss beständig
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sich als Elektrizitätsleiter deutlich von einem elektrolytisehen Leiter unterscheiden, bei welch letzterem während des Durchganges des elektrischen Stromes eine chemische Zersetzung eintritt. Mit anderen Worten : die Elektrizitätsleitung in der Verbindung muss eine Elektronen-nicht aber eine Tonenleituie sein und bei allen praktisch in Betracht kommenden Temperaturen bleiben.
Dies ist, wie gefunden wurde, der Fall bei einem wie oben beschriebenen hergestellten Kuprooxyd, das auch keine Spur von entgegengesetzter elektromotorischer Kraft in Folge von Polarisation und auch nach langem Gebrauch kein Zeichen von Zersetzung zeigt.
Sobald der Erhitzungsprozess beendet ist. wird der Kupferkörper aus dem Ofen genommen und sofort gekühlt oder abgesehreckt und vorzugsweise geschieht dies dadurch, dass der Kupferkörper in kaltes Wasser geworfen oder einem kalten Luftstrom ausgesetzt wird.
Wie oben bereits erwähnt, bildet sich bei dem beschriebenen Prozess immer auch eine sehr dünne Schichte von Kuprioxyd auf der Oberfläche des Kuprooxyds und, da das Kuprioxyd einen relativ hohen elektrischen Widerstand besitzt, ist es zu empfehlen, die Kuprioxydsehichte zu entfernen, was durch Abreiben, durch einen Sandstrahl oder auf irgend eine andere geeignete Weise geschehen kann. Hiebei muss die Entfernung oder Verringerung der Kuprooxydsehichte so weit als möglich vermieden werden.
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des Gleichrichteelementes durch mehrmaliges Wiederholen des Erhitzungsprozesses verbessert werden kann. In solchen Fällen wird der Kupferkörper wie oben beschrieben oxydiert und abgeschreckt.
Die Kuprioxydschichte wird sodann entfernt und der Kupferkörper zu einer zweiten Erhitzung in den Ofen gebracht, worauf er wieder abgeschreckt wird. Dann wird wieder die Kuprioxydschichte entfernt und der Prozess so lange wiederholt, bis die Oberfläche des Kupferkörpers die gewünschten Charakteristiken annimmt. Soweit festgestellt werden konnte, tritt jedoch bei Änderungen der Schiehtendieke der Verbindung keine grundsätzliche Änderung in den Widerstandscharakteristiken des Elementes ein.
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Die Herstellung des Gleiehrichteelementes wird dadurch vollendet, dass man von der einen Seite des Kupferkörpers die Kuprooxydschiehte entfernt, damit eine elektrische Verbindung mit dem metallischen Kupfer des Körpers hergestellt werden kann, das die eine Elektrode des Gleichrichters bildet. Die andere Elektrode des Gleichrichters besteht aus einer Kupferscheibe, die mit der Kuproocxydschichte in Berührung steht.
Um einen wirksamen elektrischen Kontakt mit der Kuprooxydschichte zu sichern, ist es, wie gefunden wurde, vorteilhaft, pulverisierten Petroleumkoks auf den Kuprooxydtiberzug aufzutragen und zweckmässig wird eine Schichte von irgend einem geeigneten elektrisch leitendem Material zwischen die Kupferplatte und den Oxydüberzug gebracht. Zu diesem Zweck wird eine Anzahl von Zinnund Bleifolien veiwendet. Diese Schichte hat den Zweck, einen Dauernden metallischen Kontakt mit allen Punkten der Kuprooxydschiehte soweit als möglich zu sichern.
Bei einer praktischen Ausführungsform des Gleiehrielhtelementes kann der die Kuprooxydschiehte tragende Körper eine runde Form besitzen und mit einer zentralen Öffnung versehen sein ; die die gleiche Form besitzenden zinn-oder Bleifoliensehiehten sind dabei auf der Kuprooxydoberfläche des Körpers angeordnet. Eine Kupferscheibe, die gleichfalls eine zentrale Öffnung besitzt, kann dann auf die entgegengesetzte Seite der zinn-oder Bleifoliensehiehte gelegt werden und eine ähnliche Scheibe wird in elektrischen Kontakt mit der entgegengesetzten, d. i. metallischen Seite des Kupferkörpers mit oder ohne Dazwischenlegung einer Blei-oder Zinnfoliensehiehte gebracht.
Die so gebildete Kombination wird sodann zusammengeklemmt mittels eines zentralen Bolzens, der durch die in den Elementen vorgesehenen Öffnungen hindurchgeht und durch aus geeignetem nichtleitendem Material bestehende Ausfütterung oder Dichtung elektrisch isoliert ist.
Bei den nach der Erfindung hergestellten Stromgleiehrichtelementen zeigt es sieh, dass das Gleichrichtverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen dem Widerstand in der einen Stromrichtung und dem in der anderen Stromriehtung entsprechend den Änderungen der verschiedenen Regelungsfaktoren variiert.
Im Speziellen wurde gefunden, dass eine Erhöhung des Kontaktdruckes zwischen der Kuprooxydschichte und der mit ihr in Berührung stehenden Metallplatte eine beträchtliche Änderung im Gleich-
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stand von 22'5 Ohm bis 3'8 Ohm ab. Dies bedeutet einen Wechsel von 83%.
Im Falle des niederen Widerstandes ist die Änderung wahrscheinlich grösstenteils auf eine Abnahme im Widerstand des Kontaktes zwischen dem Kuprooxyd und der damit in Berührung stehenden Platte zurückzuführen, während im Falle des hohen Widerstandes die Änderung wahrscheinlich durch den Wechsel in dem eigenen Widerstand des Kuprooxyds bedingt ist.
So wird nun klar, dass durch eine Verstärkung des Kontaktdruekes bis auf einen geeignet hohen
Wert ein relativ hohes Gleichrichtverhältnis erzielt werden kann. Zur Erzielung des gewünschten Kontakt- druckes und dessen gleichmässige Verteilung über die ganze Kontaktfläche können irgendwelche geeignete
Konstruktionen angewendet werden. Weiterhin ist es auch klar, dass, wenn gewünscht, durch geeignete Variation des Kontaktdruckes eine entsprechende Änderung im Gleichrichtverhältnis des Gleichricht- elementes erreicht werden kann.
Die Charakteristiken des Gleiehrichtelementes sind auch von der angelegten Spannung abhängig.
In einem Falle wurde gefunden, dass der niedrige Widerstand eines Gleichriehtelementes bei der niedrigsten noch schätzbaren angelegten Spannung zirka 500 Ohm betrug, während bei einer angelegten Spannung von 0'4 Volt dieser Widerstand auf 50 Ohm und bei einer angelegten Spannung von 8 Volt weiter auf ungefähr 15 Ohm sich reduzierte. Die Abnahme des Widerstandes von 500 Ohm bis 50 Ohm bei einer
Zunahme der angelegten Spannung bis auf 0'4 Volt ist relativ rasch, die weitere Abnahme bis 15 Ohm, während die Erhöhung der angelegten Spannung bis auf 8 Volt ist hingegen relativ langsam.
Es sei bemerkt, dass für einen Bereich der angelegten Spannung bis zu 8 Volt der niedrige Wider- stand des Gleiehriehtelementes geringer ist als der normale Widerstand von Kuprooxyd, wie bereits bei früheren Untersuchungen über diesen Gegenstand festgestellt worden ist.
In der Richtung des hohen Widerstandes nahm der Widerstand des Elementes von ungefähr
500 Ohm bei Anlegen der niedrigsten noch schätzbaren Spannung auf ungefähr 1000 Ohm bei Anlegen einer Spannung von 1-4 Volt zu und nahm dann ab bis auf 910 Ohm bei Anlegen einer Spannung von 8 Volt.
Die Stromleitungskapazität des Gleichrichtelementes scheint mit einem Maximum von xirka.
0-077 Ampere pro Quadratzentimeter der Kontaktfläche zwischen den Kupfer-und Kuprooxyd- elektroden begrenzt zu sein. Ein stärkerer Strom bringt die Gefahr der Beschädigung infolge Überhitzung mit sich.
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Es wurde gefunden, dass die tatsächliche Lebensdauer des Gleichrichtelementes von der Temperatur, bei welcher es arbeitet, abhängt, wenn diese Temperatur relativ hoch ist. Diese Temperatur hängt ihrerseits wieder. von der Dichte des die Kuprooxydschichte passierenden Stromes ab.
Ausserdem wurde gefunden, dass, wenn das Gleichrichtelement verwendet wird, um Strom einer elektrisch betätigten Vorrichtung zuzuführen, die keine entgegengerichtete elektromotorische Kraft hat, das Element einen beträchtlich stärkeren Strom ohne Schaden zu nehmen fuhren kann, als wenn es z. B. zum Laden einer Akkumulatorenbatterie aus einer Wechselstromquelle verwendet wird.
In dem letzteren Falle addiert sich nämlich während der einen Hälfte einer jeden Periode die Spannung von der Akkumulatorenbatterie zu der Speisungsstromspannung und ruft einen Strom durch das Gleichrichtelement in der Richtung des hohen Widerstandes hervor. Dieser Strom kann zu solcher Stärke anwachsen, dass seine Heizwirkung für den Gleichrichter schädlich ist.
Es wurde gefunden, dass die gemäss der vorliegenden Erfindung konstruierten Gleiehriehtelemente, wenn überhaupt, so nur sehr langsam und allmählich schadhaft werden und dass eine Beschädigung dieser
Gleichrichter, vorausgesetzt, dass sie richtig gebaut und gegen den chemischen Einfluss der Atmosphärilien geschützt sind, praktisch ausgeschlossen ist.
Endlich wurde gefunden, dass das Gleichrichtelement, sobald eine Spannung angelegt wird, sofort gleichmässig arbeitet, d. h. es ist keine Zeitperiode nötig, bis die Widerstandscharakteristiken stetige Werte annehmen. Die einzige Änderung, die nach Anlegen der Spannung eintreten kann, ist ein Wechsel in den Widerstandscharakteristiken, wenn die Stromdichte genügend gross ist, um eine Temperatursteigerung hervorzurufen.
Für den Fachmann ist es klar, dass die Möglichkeit, das Gleichrichtverhältnis und andere Charakteristiken des gemäss der Erfindung konstruierten Gleichrichtelementes zu variieren, entsprechend den erforderlichen Arbeitsbedingungen in verschiedener Weise angewendet und dass die Erfindung für viele verschiedene Zwecke benützt werden kann. Das neue Gleichrichtelement besitzt ferner einen hohen Wirkungsgrad, eine beträchtliche Stromleitungskapazität und seine Konstruktion ist dauerhaft und dabei billig.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines bei Gleichrichtern als Zwischenschicht dienenden Überzuges von Kupferoxyd auf metallischem Kupfer, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Bildung der Oxydschichte das metallische Kupfer in Gegenwart von Luft oder Sauerstoff einem Erhitzungsprozess unterworfen wird auf eine Temperatur, die etwas unter der Temperatur liegt, wo die Oberfläche des Kupfers glasig wird, so dass auf seiner Oberfläche eine Metallverbindung von homogener, dichter, nicht poröser Beschaffenheit gebildet wird.