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Elektrischer Wechselstromgleichrichter.
Es ist bekannt, dass Selen, Selenverbindungen, Metalloxyde, Metallsulfide usw. als Gleichrichtermaterial verwendet werden können. Dieses Material befindet sich hiebei zwischen zwei Elektroden, die z. B. aus Metall bestehen können. Diese sind gewöhnlich plattenförmig ausgebildet und das Gleichrichtermaterial ist in dünner Schicht dazwischen angeordnet.
Die Gleichrichterwirkung ist im allgemeinen auf zwei Ursachen zurückzuführen, u. zw. erstens auf elektrolytische Polarisation und zweitens auf eine Ventilwirkung. Erstere kommt wahrscheinlich nur zustande, wenn das Material Feuchtigkeit enthält. Die Polarisationsspannungen sind nur gering. Die Ventilwirkung dagegen kann grosse Werte annehmen. Sekundäre Ströme, wie sie bei elektrolytischer Polarisation auftreten, werden bei ihr nicht hervorgerufen. Die Ventilwirkung ist anscheinend nur bedingt durch eine Unsymmetrie in dem Aufbau des aus drei Teilen bestehenden Elementes :"Elektrode- Gleichrichtermaterial-Elektrode".
Die Unsymmetrie kann z. B. darin bestehen, dass das Gleichriehtermaterial an eine Elektrode nur mechanisch angedrückt wird, während es mit der andern Elektrode innig verbunden ist, indem es z. B. auf die Elektrode aufgeschmolzen oder auf dieser elektrolytisch erzeugt ist oder aus dem Elektrodenmaterial durch chemischen Einfluss auf der Elektrodenoberfläche gebildet wird. Die Unsymmetrie kann ferner z.
B. darin bestehen, dass die eine Elektrode mit stärkerem mechanischen Druck an das Gleichrichtermaterial angedrückt wird als die andere oder dass die eine Elektrode eine grössere Berührungsfläche mit dem Gleichrichtermaterial hat als die andere oder dass die eine Elektrode aus anderem Material besteht als die andere oder dass die Oberfläche des Gleichrichtermaterials an einer Berührungselektrode anders beschaffen ist als an der andern, indem sie beispielsweise an einer Berührungsfläche aufgerauht und an der andern glatt ist usw.
Jede dieser verschiedenen Arten von Unsymmetrie ergibt eine gewisse Ventil-bzw. Gleichrichterwirkung. Diese kann jedoch erheblich erhöht werden, wenn man verschiedene Arten der Unsymmetrie miteinander kombiniert.
Es hat sich gezeigt, dass man mit folgender Kombination eine besonders gute Gleichrichterwirkung erhält : "Innig mit dem Gleichrichtermaterial verbundene Elektrode-Gleichriehtermaterial aus Selen bzw. Selenverbindungen-mechanisch an das Gleichriehtermaterial angedrückte Elektrode aus Metall mit sehr hohem Atomgewicht".
Als Metall mit sehr hohem Atomgewicht können z. B. Blei mit einem Atomgewicht von 207'2 oder Wismut mit einem Atomgewicht von 209 Verwendung finden. Blei eignet sich noch besonders aus dem Grunde, weil es leicht in dünner Folie hergestellt werden kann, die sich leicht und vollkommen auch auf einer unebenen Fläche des Gleichrichtermaterials andrucken lässt, indem man ein nachgiebiges Material, z. B. Filz oder Gummi, darüberlegt.
Diese Kombination ergibt immer eine sehr gute Wirkung, aus welchem Material die mit dem Gleich-
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Bedeutung für die Wirksamkeit des Gleichrichters ist. Als besonders geeignet für die festverbunden
Elektrode erwiesen sich die Metalle der Eisengruppe. Hieher gehören hauptsächlich Eisen, Nickel,
Kobalt, Chrom und Mangan.
Besonders vorteilhaft arbeitet der Gleichrichter, wenn sowohl für die angedrückte Elektrode als auch für die festverbundene Elektrode die als günstig wirkend gefundenen Metalle verwendet werden.
Man kann auf dieseWeise Ventilwiderstände bzw. Gleichrichter erhalten, die z. B. bei 4 Volt-Spannung in der einen Richtung einen mehr als hundertmal grösseren Widerstand haben als in der andern Richtung.
Es ist nicht nötig, die Elektroden vollständig aus den angegebenen Metallen zu bilden ; vielmehr genügt es, die aus anderem Material gebildeten Elektroden auf der Oberfläche mit einem Überzuge aus den genannten Metallen zu überziehen.
Es hat sich ergeben, dass es nicht nötig ist, dass die genannten Metalle sehr rein sind. Auch Metall- legierungen, z. B. aus Blei und Wismut für die angedrückte Elektrode oder aus Chrom und Eisen für die Elektrode, welche mit dem Selen bzw. den Selenverbindungen innig verbunden ist, können verwendet werden.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung einer mit der Fläche einer
Elektrode innig verbundenen Selenschicht. Es ist zu beachten, dass Selen ebenso wie z. B. Zinn als Metall und als Metalloid auftreten kann. Als Metalloid in amorpher Form hat es grosse Ähnlichkeit mit Schwefel.
Als Metall kann es in mehreren Modifikationen auftreten, die gewöhnlich miteinander vermischt sind.
In diesem Metall zustand ist es silberglänzend, lässt sich feilen und unter Umständen auch auf der Drehbank bearbeiten, ohne zu bröckeln.
Um Selen in den für die vorliegenden Zwecke geeigneten Zustand zu bringen, wird erfindung- gemäss das Selen, nachdem es mit einer Elektrode, z. B. durch Aufschmelzen innig verbunden ist und dabei in den amorphen metalloiden Zustand übergegangen ist-sofern es nicht schon beim Eintritt des Sehmelzens in diesem Zustand war-, nach Beendigung des Aufschmelzens zusammen mit der mit ihm verbundenen Elektrode einer Temperatur ausgesetzt, welche zwischen 80 C und dem Schmelz- punkt des Selens liegt. Hiebei geht das Selen langsam in den Metallzustand über, ohne dass die innige
Verbindung zwischen Elektrode und Selen aufgehoben wird.
Auf diese dann auf gewöhnliche Temperatur abgekühlten Teile wird die zweite Elektrode an der Selenschicht aufgelegt und an diese so angedrückt, dass eine flächenförmige Berührung entsteht.
Die Dauer des Erhitzungsprozesses kann einige Minuten oder Stunden oder auch Tage währen.
Die erforderliche Dauer des Erhitzens ist abhängig von der Reinheit des Selens, von der Art etwaiger
Beimischungen, von der Grösse des gewünschten elektrischen Widerstandes usw.
Es hot sic gezeigt, dass eine besonders gute Gleichnehterwirkung erzielt wird, wenn während des Erhitzungsprozesses eine Temperatur von mindestens 1750 C erreicht wird. Zweckmässig erwärmt man bis nahe an den Schmelzpunkt des Selens, der bei 215-220 C liegt. Es ist zu beachten, dass. die Schmelztemperatur bis zu einem gewissen ! Grade von der Reinheit des Selens abhängig ist.
Derselbe Erhitzungsprozess findet Anwendung, wenn die innige Verbindung des Selens mit der Elektrodenfläche auf andere Weise als durch Aufschmelzen herbeigeführt worden ist, z. B. durch elektro- lytisehen Niederschlag des Selens auf die Elektrode oder durch elektrolytischen Niederschlag des Elektrodenmaterials auf eine Selenplatte.
Bei der Verwendung einiger Metalle an der Elektrode, mit welcher das Selen innig verbunden wird, kann es vorkommen, dass das Selen sich bei dem Erhitzungsprozess von der Elektrode ablöst. Um diesen Übelstand zu vermeiden, wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Elektrode vor ihrer Vereinigung mit dem Selen aufgerauht. Dies kann geschehen durch Einkratzen feiner Rillen mit einer Stahlspitze oder durch Abreiben mitgrobkörnigem Schmiergel oder durch Bearbeitung mit Sandstrahl usw.
Es hat sich gezeigt, dass es von grossem Vorteil ist, zunächst nur bei verhältnismässig niedriger Temperatur, z. B. 1200 C zu erwärmen, bis die Überführung des amorphen Selens in den krystallinisehen Zustand erfolgt ist, und dann erst auf eine höhere Temperatur, z. B. 2000 C zu erhitzen.
Bei verhältnismässig niedriger Temperatur erfolgt die Umwandlung des amorphen Selens in das krystallinisehe viel langsamer als bei höherer Temperatur. Während die Umwandlung bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 2100 in wenigen Minuten erfolgt, kann die Umwandlung bei einer niedrigeren Temperatur von beispielsweise 1000 Stunden beanspruchen.
Das langsam bei niedriger Temperatur entstandene krystallinisehe Selen hat'eine günstigere Struktur und Oberflächenbeschaffenheit als das schnell krystallisierte. Diese vorteilhaftere Beschaffenheit Mtacht sich auch bei nachfolgender hoher Erhitzung bemerkbar. Diese hohe Erhitzung auf eine Temperatur von mehr als 1750 ist ; notwendig, um eine grosse Leitfähigkeit in der Durchgangsrichtung des Ventils zu erzielen. Geht jedoch dieser Erhitzung eine Erwärmung auf niedrigere Temperatur voraus, so wird die Differenz im elektrischen Widerstande der Durchgangsrichtung und der Absperriehtung bedeutend vergrössert.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Leitfähigkeit in der Durchgangsrichtung von Ventilen der beschriebenen Art dadurch erheblich erhöht werden kann, dass die auf einer Elektrode aufgetragene Selensehicht während der Hitze unter Druck gesetzt wird. Namentlich wird hiedurch die pro Flächen-
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einheit mögliche Belastung gesteigert und dadurch bei vorgegebener Leistung das Ventil in seinen Ausmassen verringert ; ausserdem wird die Ventilwirkung selbst verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es, den Druck auf die Selenschicht nur so lange wirken zu lassen, bis die Umbildung des amorphen Selens in das krystallinische erfolgt ist. ganz unabhängig davon, wie lange darüber hinaus die Erhitzung aus andern Gründen noch erfolgt.
Ein für die Verwirklichung der Erfindung günstiges Arbeitsverfahren ist folgendes. Auf die Selenschicht, welche mit ihrer Rückseite auf eine Metallelektrode aufgeschmolzen ist, wird eine dünne Scheibe aus einem Material gelegt, welches mit erwärmtem Selen nicht zusammenklebt. Geeignet ist beispielsweise Glimmer, Glas, gehärteter Stahl, Nickel usw. Auf diese Platte wird eine Schicht eines weichen bzw. elastischen Materials, z. B. Gummi oder Filz gelegt und hierauf eine stärkere Metallplatte. Das ganze wird dann mittels einer Schraube oder einer andern geeigneten Vorrichtung zusammengepresst. Die weiche Zwischenlage bietet den Vorteil, dass sich der auf die Selenschirht ausgeübte Druck gleichmässig auf diese verteilt. Der Druck kann beispielsweise 30 kgjön2. betragen.
Vermutlich wird durch den. auf die Selenmasse während des Übergangs in die krystallinische Beschaffenheit ausgeübte Druck ein dichteres Gefüge der Selenmasse erzielt, wodurch die elektrische Leitfähigkeit derselben erhöht wird.
Die Ausübung des Druckes auf die Selenschicht bietet jedoch noch den weiteren Vorteil, dass die Schicht in ihrer Stärke an den einzelnen Punkten der Fläche ausgeglichen wird. Denn durch die gleichzeitig erfolgende Erwärmung der Masse wird diese etwas erweicht und kann infolgedessen durch eine aufgepresste ebene Platte niedergedrückt werden, wodurch Unterschiede in der Schichtstärke an den einzelnen Stellen der Schicht ausgeglichen werden. Dieser Erfolg tritt auch dann noch ein, wenn weiche bzw. elastische Zwischenlagen zur Anwendung kommen, weil auch in diesem Falle vorstehende Stellen
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zustande kommt.
Ein weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, dass die während der Aus- übung des Druckes zwischen die Selensehicht und die weiche bzw. elastische Zwischenlage eingelegte Platte eine Stärke von weniger als O'l mm besitzt. Die Stärke der Platte kann beispielsweise 0'03 mm betragen. Hiedurch wird erreicht, dass die Selenschicht, auch wenn sie uneben ist, mit Sicherheit an allen
Stellen der Oberfläche einen Druck erfährt, weil eine so dünne Platte durch die aufgepresste weiche Zwischenlage in alle Vertiefungen der Selenschicht hineingedrückt wird.
Insbesondere wird dadurch noch vermieden, dass sich zwischen Selenschicht und angepresster Scheibe Luftblasen bilden, wodurch erhebliche Unregelmässigkeiten in der Stärke der Selen schicht herbeigeführt werden könnten, weil die angepresste Platte schon vor dem Eintritt der Erhitzung auch an allen tiefer liegenden Stellen der jetzt noch festen Selenschicht anliegt, wodurch alle Luft zwischen Selenschicht und angepresster Platte entfernt wird.
Falls das Erhitzungsverfahren in zwei Teilen zerlegt wird, indem die erste Erhitzung auf eine verhältnismässig niedrigere Temperatur von beispielsweise 100 C und die zweite Erhitzung auf eine höhere Temperatur von z. B. 200 C vorgenommen wird, genügt es, wenn die Unterdrueksetzung der Selenschieht während des ersten Teiles der Erhitzung, während welcher der Übergang des amorphen Selens in das krystallinische erfolgt, durchgeführt wird. Dieser Umstand ist deshalb von Bedeutung, weil die meisten bei der Ausübung des Druckes zur Verwendung kommenden Materialien der weichen Zwischenlagen, wie z. B. Gummi, keine höhere Temperatur aushalten.
Es ist für den Erfindungsgegenstand ohne Bedeutung, ob die Selenschicht aus reinem Selen oder aus Selen mit Zusätzen besteht, die eventuell den Zweck haben, die Wirksamkeit des Selens zu erhöhen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wechselstrom-Gleichrichter mit zwischen zwei Elektroden angeordneten) festem Gleichrichter- material, wobei die eine Elektrode mit dem Gleichrichtermaterial innig verbunden ist und die andere an dieses angedrückt wird, gekennzeichnet durch die Kombination von Selen bzw. Selenverbindungen als Gleichrichtermaterial mit einer an dieses angedrückten Elektrode aus Metall mit einem Atomgewicht von mehr als 200.
2. Wechselstrom-Gleichrichter mit zwischen zwei Elektroden angeordnetem festem Gleichrichtermaterial, wobei die eine Elektrode mit dem Gleichrichtermaterial innig verbunden ist und die andere an dieses angedrückt wird, gekennzeichnet durch die Kombination von Selen bzw. Selenverbindungen als Gleichrichtermaterial mit einer mit diesem innig verbundenen Elektrode aus Metallen der Eisengruppe.
3. Verfahren zur Herstellung von Wechselstrom-Gleichrichtern mit Selen oder Selenverbindungen als Gleichrichtermaterial, das mit einer der Elektroden fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Selen (bzw. die Selenverbindung) nach seiner innigen Verbindung mit dieser Elektrode zusammen mit dieser einer zwischen 80 C und dem Schmelzpunkt des Selens liegenden Temperatur ausgesetzt wird.