AT127120B - Kontakteinrichtung mit der Eigenschaft eines negativen Widerstandes. - Google Patents

Description

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  Kontakteinrichtung mit der Eigenschaft eines negativen Widerstandes. 



   Es ist bekannt, dass   natürliche   Bleiglanzkristalle, wenn man einen geeigneten dünnen Metalldraht lose anlegt und einen Strom durch die Kontaktstelle schickt, eine fallende Charakteristik (Spannung als Funktion des Stromes) aufweisen. Nicht alle Bleiglanzkristalle zeigen diese Eigenschaft und derselbe Kristall zeigt die Eigenschaft an den verschiedenen Stellen nicht im gleichen Masse. 



   Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Ursache des Effektes und seine Bedingungen festzustellen und für die Technik die Angaben zu schaffen, welche an Stelle der natürlichen Bleiglanzkristalle eine Kontaktsubstanz von stets gleicher Güte herzustellen gestatten. 



   Als Ursache des Effektes wurden geringe Beimengungen erkannt, die in der Grundsubstanz PbS enthalten sind, ebenfalls Sulfide sind und die ein bestimmtes Mengenverhältnis zur Grundsubstanz haben müssen. Als brauchbare Beimengungen wurden eine oder mehrere der folgenden Substanzen festgestellt : Kupfersulfür   (CuS),   Silbersulfid   (AgS), Kupfersulfid (CuS),   Wismutsulfid   (Bi), Cadmium-   sulfid (CdS), Arsentrisulfid   (AsSg), Quecksilbersulfid (HgS), Zinksulfid   (ZnS). Am besten war das Kupfersulfid geeignet ; die Arsen-,   Cadmium-und Zinksulfide   gaben die schlechtesten Resultate.

   Mit 
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Die fallende Charakteristik tritt in Erscheinung, wenn die   0'5-0-025faehe   Menge (in Molen gerechnet) des Beimengungssulfides bezogen, auf den Grundstoff (PbS), zu diesem hinzugefügt wird. 



   Als Gegenelektrode haben sich dünne Metalldrähte aus   Molybdän   oder Eisen von etwa   0-2 mm   Durchmesser bewährt. Der Draht musste ein positives Potential und einen bestimmten Anlegedruck gegenüber dem Sulfidgemenge erhalten. Bei umgekehrter Polung trat zwar auch eine fallende Charakteri- 
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 und dieser war schwierig einzustellen und zu erhalten. 



   In Fig. 1 ist der Draht mit D bezeichnet. Er berührt die Kontaktsubstanz K, die sich in dem Behälter B befindet. Dieser ist ebenso wie der Draht auf der Isolierplatte P befestigt. 



   Die erfindungsgemässen Angaben sind keineswegs auf Gemenge von Sulfiden beschränkt, sondern können auch auf Gemenge von Oxyden und andern leitenden Verbindungen von Metallen angewendet werden. Auf alle Fälle muss das Gemenge aus chemisch gleichartigen Stoffen bestehen, also nur aus Sulfiden oder nur aus Oxyden. Eine Voraussetzung ist dabei, dass sich die Kontaktsubstanz bei Stromdurchgang nicht zersetzt. 



   Als gut geeignet haben sich Gemenge von zwei oder mehreren der folgenden Oxyde erwiesen : Titansäureanhydrid, Manganoxyd, Zinkoxyd, Chromoxyd, Eisenoxyd, Wolframsäure, Kupferoxyd, Zinndioxyd. 



   Zur Herstellung der Kontaktsubstanz genügt es, wenn die Bestandteile, z. B. Bleisulfid (PbS) und Kupfersulfid (CuS), jedes für sich aufs feinste gepulvert werden, in dem angegebenen Gewichtsverhältnis gemischt werden, dann in einem   Porzellanschälchen   längere Zeit miteinander verrieben werden und dann das verriebene Pulver unter möglichst hohem Druck zu Pillen gepresst wird. Eine solche Pille zeigt bereits alle oben angegebenen Eigenschaften und mit einem geeigneten Metalldraht an der Kontaktstelle eine gut ausgeprägte fallende Charakteristik. Man kann die Eigenschaften noch verbessern, wenn die Pille einige Zeit gesintert wird, d. h. auf eine höhere Temperatur (etwa   600 ),   die jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Pille liegt, erhitzt wird. 

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   Eine andere Methode zur Herstellung der Substanz besteht darin, die Bestandteile z. B. die genannten Oxyde in dem angegebenen Verhältnis zu schmelzen. Abschrecken der Substanz war für die erfindungsgemässen Eigenschaften vorteilhaft. 



   Die Ursache der fallenden Charakteristik glaubte man bisher in einer Temperaturabhängigkeit des Kontaktes gefunden zu haben, insofern als ein grösserer Strom eine erhöhte Temperatur hervorrief und diese eine bessere Leitfähigkeit der Kontaktstelle und niedrigere Spannung an ihr hervorrufen sollte. 



   Genauere Untersuchungen haben nun ergeben, dass die   Erwärmung   störend wirkt und daher sorgfältig verhindert werden muss. Es genügt zu diesem Zweck meistens, die Elektroden gut zu kühlen oder wo möglich mässig auszubilden. Die Temperatur wird zweckmässig möglichst tief gehalten. Die Abkühlung erfolgte bei Versuchen auf die in der   Technik ungewöhnliche   Temperatur von-1200 C und tiefer. Der Vorteil so tiefer Temperaturen liegt ausser in einer Verbesserung des Nutzeffektes darin, dass der Frequenzbereich, innerhalb dessen der negative Widerstand Schwingungen zu erzeugen vermag, nach der hochfrequenten Seite stark erweitert wird. Die Temperatur darf jedoch nicht beliebig tief gewählt werden.

   Sie wird dadurch begrenzt, dass bei sehr tiefen Temperaturen die an der Kontaktstelle ad-und absorbierten Gase verflüssigt werden, was unbedingt vermieden werden muss, wenn die Wirksamkeit des negativen Widerstandes nicht plötzlich bis auf Null absinken soll. 



   Für die tatsächliche Ursache der fallenden Charakteristik haben die Versuche folgenden Sachverhalt ergeben :
Gewisse Kombinationen, wie z. B. die aus Kupferoxyd und 3 Gewichtsprozent Zinkoxyd bestehende Oxydschmelze gegenüber einem Eisendraht oder eins der oben erwähnten Sulfidgemenge gegen- über einem Molybdändraht, haben die   Eigentümlichkeit,   Gase an der Oberfläche zu adsorbieren. Diese Eigenschaft tritt anscheinend nur im Zusammenwirken der beiden Elektrodenmaterialien auf. Das Gas findet sich in der Kombination   Sulfidgemenge-Molybdän   in der Hauptsache am Sulfidgemenge adsorbiert, während in der Kombination Oxydschmelze-Eisen beide Elektroden das Gas adsorbieren.

   Da die Leitfähigkeit der Kontaktstelle durch Elektronen hervorgerufen wird, die von der Kathode zur Anode übergehen, und da diejenigen Stellen einer Elektrode, die mit einer Gassehicht bedeckt sind, weniger Elektronen emittieren als solche Stellen, die frei von Gas sind, so ergibt sich für den Vorgang der fallenden Charakteristik folgendes Bild :
Bei Stromlosigkeit der Kontaktstelle ist ein erheblicher Teil der Kathode von der adsorbierten Gasschicht bedeckt. Die Emission der Kathode ist gering. Für einen bestimmten kleinen Strom ist eine verhältnismässig hohe Spannung notwendig. Sobald der aus der Kathode austretende Elektronenstrom grösser wird, hebt er gewissermassen die hindernde Gasschicht von der Kathode ab, die Elektronenemissionsfähigkeit der Kathode wird grösser. Die Spannung fällt mit wachsendem Strom.

   Auf Grund dieser Erkenntnis lässt sich ein negativer Widerstand erfindungsgemäss verbessern. 



   Die Kontakte mit der Eigenschaft eines negativen Widerstandes wurden in verschiedenen Gasen untersucht. Es zeigten sich, wie erwartet, charakteristische Unterschiede. In Wasserstoff z. B., das doch bei der Poulsen-Lampe ein unentbehrlicher Bestandteil ist, zeigt sieh eine bedeutend schlechter ausgebildete fallende Charakteristik oder sie fehlt ganz, während sie in Sauerstoff am besten hervortritt. 



    Erfindungsgemäss   werden daher solche Kontakte, wie z. B. ein   Oxyd-oder Sulfidgemenge   mit metallischer
Gegenelektrode vorzugsweise in eine Sauerstoffatmosphäre zweckmässig von höherem Druck als Atmosphärendruck gebracht. Wird jetzt der Anliegedruck der Elektroden dem Drucke des Gases angepasst, so tritt bei den Kontakten die neue Eigenschaft auf, sich zu regenerieren. Ohne die erfindungsgemässen   Massnahmen   wird nämlich ein Kontakt beim Betriebe mit der Zeit unwirksam und zeigt die fallende Charakteristik dann nicht mehr, weil das adsorbierte Gas beim Betriebe allmählich aus dem Raum zwischen den beiden Elektroden entweicht. Trifft man aber die erfindungsgemässen Massnahmen, so diffundiert das Gas allmählich aus dem Aussenraum in den Kontaktraum zurück und die fallende Charakteristik taucht wieder auf.

   Das Regenerieren erfolgt bei Betriebsruhe innerhalb 10-50 Stunden und nur, wenn für diesen Zweck der Gasdruck und der Anlegedruck sorgfältig einander angepasst sind und sich der Kontakt in einem Medium befindet, das vom Kontakte stark adsorbiert wird. Bei zu losem   Anliegedruck   wird der Kontakt mit der Zeit völlig nichtleitend innerhalb der benutzbaren Spannungen. 



  Bei zu starkem Anlegedruck vermag das Gas nur schwierig   zurückzudiffundieren,   der Kontakt wird dann zu wenig regeneriert. Zu jedem Gasdruck gehört ein günstigster Anliegedruck. 



   Es konnte nun das Regenerieren bis auf wenige Sekunden beschleunigt werden, wenn die eine Elektrode-im obigen Beispiel Eisen bzw.   Molybdän-mit   einem Material überzogen wurde, das das betreffende Gas, welches von der Kontaktstelle adsorbiert wurde, auch adsorbiert. Bekanntlich unterscheidet man Adsorption und Absorption. Adsorption ist eine   Oberflächenbeladung   des Materials mit dem Gase, wie z. B. Glas an seiner Oberfläche Gase adsorbiert. Absorption dagegen ist eine Lösung des Gases im Material, wie z. B. das Platin den Sauerstoff und das Palladium den Wasserstoff absorbiert. 



  Solche absorbierenden Substanzen wirken katalytisch. Sie seien daher auch hier Katalysatoren genannt. 



  Da die oben erwähnten Kontakte Sauerstoff adsorbieren, so ist es nur notwendig, einen ausgeglühten Platindraht an Stelle der erwähnten Eisen-und Molybdändrähte zu verwenden. Der Kontakt Oxyd-   schmelzejPlatin   beispielsweise regeneriert dann sofort. 

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   Die Ausbildung der fallenden Charakteristik an sich und die Regenerierung sind zwei getrennte Dinge. So kann es vorkommen, dass Metalle in Kombination mit einer Oxydschmelze eine schlechte, fallende Charakteristik geben, aber gut regenerieren und umgekehrt. Deswegen wird erfindungsgemäss für die eine Elektrode eine Vereinigung eines Metalles, das eine gute fallende Charakteristik ergibt, mit einem Metall, welches gut regeneriert, also katalytisch wirkt, vorgeschlagen, z. B. eine Legierung oder das erste Metall wird mit einem dünnen Überzug des Katalysators versehen. Andere regenerierende Materialien (Katalysatoren) für Sauerstoff sind Holzkohle, Kupferoxydul, Osmium, Vanadium, insbesondere aber die Oxyde von Vanadium, Osmium, Mangan, Kobalt, Nickel, Wolfram und Chrom.

   Es genügt auch hier. wenn die Metallelektrode mit einem dünnen Überzug von diesen regenerierenden Stoffen versehen wird. Die Katalysatoren regenerieren im allgemeinen besser, wenn sie sich an der Kathode befinden. In den meisten Fällen begünstigt eine geringe Erwärmung oder Steigerung der Stromstärke das Regenerieren. 



   Zuweilen war es vorteilhaft, den negativen Widerstand in eine nichtleitende Flüssigkeit, wie Öl oder Benzol, zu tauchen. Die Flüssigkeit verhindert nämlich das Entweichen des an der Kontaktstelle adsorbierten Gases. 



   In Fig. 1 ist der Behälter, der mit dem Gas oder der Flüssigkeit gefüllt wird, mit G bezeichnet. 



   Bei allen   erfindungsgemässen   Kombinationen wurde eine überraschende Eigentümlichkeit des negativen Widerstandes beobachtet. Es wurde nämlich gefunden, dass die Stromstärke im Gegensatz zu sonstigen Widerständen nicht mit der   Berührungsfläche   zunahm, sondern von einer bestimmten kleinen Berührungsfläche ab sich nicht mehr wesentlich änderte. Die nähere Untersuchung zeigte, dass sich bei den erfindungsgemässen Kombinationen der Strom nicht gleichmässig über die ganze zur Verfügung stehende Kontaktfläche verteilt, sondern dass der Strom nur an wenigen-oft nur einer-eng begrenzten Stellen übertritt. Diese Stelle verändert mit der Zeit ihre Lage, besonders bei Stromüberlastung und Erwärmung. Durch diese Fähigkeit, die Stromübergangsstelle automatisch zu wechseln, wird der Kontakt automatisch frisch erhalten. 



   Wie die   Berührungsfläche   beispielsweise vergrössert werden kann, zeigt Fig. 2. Statt eines dünnen Drahtes wird eine breite Metallelektrode genommen, die mit der Kontaktsubstanz K an einer grossen Fläche in Berührung steht. Als Führung für die Metallelektrode dient ein Zylinder Z aus Isoliermaterial, der auf dem Behälter B befestigt wird. 



   Schliesslich sei noch erwähnt, dass man zweckmässig jede Kontaktsubstanz nach ihrer Herstellung erst ablagern lässt. Auch wenn an der Kontakteinrichtung Veränderungen vorgenommen werden, so ändern sich die Erscheinungen etwas mit der Zeit und werden erst nach etwa 1-6 Tagen stabil. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Negativer Widerstand, bestehend aus zwei Elektroden, die sich in losem Kontakt berühren, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektrode aus Bleisulfid (PbS) und der   0-5-0-025,   vorzugsweise   0'125fachen   Menge (in Molen gerechnet) eines oder mehrerer anderer Sulfide, wie Kupfersulfür, Silbersulfid, Wismutsulfid, Cadmiumsulfid, Arsentrisulfid, Zinksulfid, insbesondere Kupfersulfid oder Quecksilbersulfid, zusammengesetzt ist.

Claims (1)

1. 2. Negativer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile der Kontaktsubstanz feinst pulverisiert, innig gemengt und zu einer festen Elektrode gepresst sind.

   3. Negativer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle von Sulfiden Oxyde oder andere leitende Metallverbindungen, die den Sulfiden in ihrer Wirkung entsprechen, verwerdet wenden.

   4. Negativer Widerstand nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe zwecks Regenerierung in ein Medium gesetzt ist, für das das Kontaktmaterial eine besonders grosse Adsorptionsfähigkeit besitzt.

   5. Negativer Widerstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck der Elektroden und der Druck des den negativen Widerstand umgebenden Mediums zur Erzielung der besten Regenerierung einander angepasst sind.

   6. Negativer Widerstand nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kontaktstelle umgebende Medium unter höheren Druck als Atmosphärendruck gesetzt ist.