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Gegenstand der Erfindung ist ein Trockengleichrichter für Wechselströme.
Man fand, dass die Lebensdauer asymmetrischer Plattenpaare, wie sie bisher als Gleichrichter vorgeschlagen wurden, durch die zerstörende elektrochemische Wirkung, die zwischen den Elektroden des Paares auftritt, beträchtlich verkürzt wird.
. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, solche zerstörende elektrochemische Wirkungen bei den aneinanderliegenden Flächen der Anode und Kathode zu verhindern und einen Gleichrichter zu schaffen, der unveränderliche Gleichrichtereigensehaften während einer bedeutend längeren Verwendungsdauer hat.
Ferner bezweckt die Erfindung einen Trockengleichriehter zu schaffen, der billig hergestellt werden kann und der im wesentlichen nur in einer Richtung stromdurchlässig ist, so dass der Wechselstromdurchgang verschwindend und der Gleichstromwiderstand in der einen Richtung sehr gering ist, und der unempfindlich gegen starke Überlastungen ist.
Nach der Erfindung enthält ein Trockengleichrichter für Wechselstrom eine Anode und eine Kathode mit einer verhältnismässig inerten Zwischenschicht einer Metallverbindung, wobei jedoch dieses Metall von den für die Anoden und Kathoden verwendeten Metallen verschieden ist und diese Zwischenschicht die angrenzenden Flächen von Anode und Kathode trennt.
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angewandt wird, eine Masse, die in trockenem Zustand gegenüber den Elementen der Anode und der Kathode elektrochemisch inert ist.
Die Zwischenlage besteht aus einem Material, das normal nicht leitend und von entsprechender Dicke, z. B. 0-01, mm, ist, so dass kein nennenswerter Spannungsverlust zwischen den aktiven Elektrodenflächen während der Gleichrichtung auftritt ; zweckmässig wird'hiezu eine zu Anode und Kathode inerte Sat, erstoffverbindung eines oder mehrerer der Metalle verwendet, die allgemein als"elektronenemittierende"bekannt sind, da man fand, dass mit derartigen Verbindungen grössere Stromdichten erreichbar sind und sich sowohl günstigere Gleichrichterwirkung als auch ein höherer elektrischer Wirkungsgrad ergibt.
Die"elektronenemittierenden"Metalle sind vorzugsweise solche, die gewöhnlich nicht radioaktiv sind, aber vermehrte oder erhöhte Emissionseigensehaften bei erhöhter Temperatur haben.
Geeignete elektronenemittierende Metalle sind Barium, Thorium und Uranium, vorzugsweise in Form von Oxyden, doch kann man eine annehmbare Gleichrichtung mit einer Schicht anderer metallischer Stoffe, z. B. Oxyden von Lythium und Kobalt, erhalten.
Für die Elektroden des Paares kann irgendein geeignetes Material verwendet werden, vorzugweise jedoch besteht die Anode aus einer Mischung von Aluminium mit einer kleinen Menge Mangan. um eine wirksame Legierung zu erhalten und, soweit als möglich, die Selbstoxydation zu verhindern.
Die Kathode besteht aus einer Masse, die Kupfersulphid enthält.
Es können auch andere Metalle, z. B. Messing, Blei, Legierungen von Blei und Zinn, Nickel und vernickeltes Messing, als Anode verwendet werden, doch ist ihre asymmetrische Leitfähigkeit weniger
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günstig im Vergleich zu der erwähnten günstigsten Anodenlegierung, wenn sie als Plattenpaar zusammengebaut werden.
Als Kathodenmaterial wird eine Masse verwendet, die Schwefel, Selen, Mangansulphid, Antimonsulphid und Kupfersulphid enthält und die auf eine Messingplatte aufgetragen sein kann, doch kann eine solche Platte oder eine Platte aus Kupfer oder Bleilegierung auch mit einer Masse aus gepresstem Kupfersulphid oder Kupferjodid überzogen sein, was noch immer. beträchtliche asymmetrische Stromleitungsfähigkeit ergibt, wenn sie mit den andern angeführten Elementen des Plattenpaares zusammengesetzt wird.
Die verhältnismässig inerte Zwischenlage von Metallverbindungen kann zweckmässig auf die aktive Fläche der Anode in Form eines Anstriches aufgetragen werden. Wenn z. B. die Zwischenschichte aus einer Barium-Thorium-Verbindung besteht, kann die Anodenfläche mit einer Nitratlösung überzogen und dann erwärmt werden, wobei der Nitratgehalt verdampft und die gewünschte Oxydschicht zurückbleibt. Man muss besonders vorsichtig bei dem Aufbringen der obenerwähnten nichtleitenden Lage sein, um chemische Wirkungen an der Oberfläche der Anode zu verhindern.
Bei Verwendung von Uranium kann die Lage zweckmässig durch Verdampfung eines Azetates aufgebraeht werden, das sich in die Oxydschicht umwandelt, die notwendig ist, um die aneinanderliegenden Flächen der Anode und Kathode voneinander zu trennen.
Die Platten eines Paares oder einer Reihe von Paaren werden unter einem Druck vereinigt, der einen engen Kontakt zwischen den anstossenden Flächen sichert, aber nicht unter so grossem Druck, dass er die Vorteile der nichtleitenden Zwischenschiehte verringern könnte.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Gleichrichter als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1. ist ein Längsschnitt, Fig. 2 eine Seitenansicht, Fig. 3 eine Ansicht von oben und Fig. 4 eine vergrösserte Detaildarstellung, die zeigt, wie die Paare des Gleichrichters zwischen den Kühlrippen zusammengesetzt sind.
Das für die Figur gewählte Ausführungsbeispiel enthält acht zusammengebaute Plattenpaare und ist für Vollweggleiehrichtung eingerichtet, es ist jedoch klar, dass, wenn grössere Leistungen benötigt werden, eine grössere Anzahl von Paaren zu einem Gleichrichter zusammengebaut werden kann, und zwar können sie so zusammengebaut werden, dass nur Halbwellengleiehrichtung vorgesehen wird.
Nach den Zeichnungen wird der Gleichrichter von einem Paar Ständer 1 und 2 getragen, die an jedem Ende desselben ausserhalb der Endplatten 3 und 4 angebracht sind, zwischen denen die Paare zusammengesetzt sind, wobei die Endplatten 3 und 4 gewöhnlich viereckig sind, wie dies in Fig. 2 noch genauer gezeigt ist.
Zwischen den Endplatten 3 und 4 befindet sich eine Reihe von vier Bolzen ; Verlängerungen an dieser zwei Bolzen, die mit 5 und 6 bezeichnet sind, sind mit dem Träger 1 und 2 verbunden und liegen in einer vertikalen Ebene. Die beiden andern Bolzen sind mit (und 8 bezeichnet und liegen in einer darauf senkrechten Ebene. Die vier Bolzen sind symmetrisch auf den Endplatten 3 und 4 angeordnet und lassen einen Raum frei, der genügt, um die Plattenpaare aufzunehmen.
Die Öffnungen in der Endplatte 3, die die vier Bolzen aufnehmen, haben Gewinde, und die Bolzen werden darin durch Muttern befestigt, wie sie in 9 gezeigt sind, während die Endplatte 4 Öffnungen hat, in denen die vier Bolzen gleiten können, und mit Einstellmutter 10 versehen ist, auf die noch zurückgekommen wird.
Zwischen den Endplatten 3 und 4 sind die Bolzen 5, 6, 7 und 8 mit je einem Rohr oder einer Hülse 11 aus Isoliermaterial versehen und werden dazu verwendet, die Plattenpaare des Gleichrichters zu fixieren, um einen Kurzschluss zwischen benachbarten Plattenpaaren oder nebeneinanderliegenden Elementen der Plattenpaare zu verhindern.
Wie zu sehen ist, wird bei der dargestellten Konstruktion kein Mittelbolzen verwendet und dementsprechend können ungelochte Elektroden verwendet werden, was einen bedeutenden Vorteil im Wirkungsgrad und der Leistung der einzelnen Paare ergibt, da durch die Verschraubung mittels der vier Bolzen 5, 6, 7 und 8, die um die zusammengesetzten Plattenpaare herum verteilt sind, ein gleichmässiger Oberflächenkontakt erzielt wird.
Je zwei Plattenpaare sind zwischen Kühlrippen zusammengebaut, von denen der dargestellte achtteilige Gleichrichter fünf besitzt, und die mit 12 bezeichnete Mittelrippe trägt eine Klemme 13, die eine positive Gleichstromausgangsklemme ist.
Die Zwischenrippen 14 und 15 (Fig. 3) tragen Klemmen 16 und 17, an welchen die Wechselstromzuleitungen angeschlossen sind, während die Endkühlrippen 18 und 19 ständig negativ und mit dem Rahmen verbunden sind. Die negative Gleichstromklemme 20 ist an der Endrippe 18 befestigt.
Die Paare sind symmetrisch um die Mittelrippe 12 angeordnet. Je zwei Paare sind zwischen anliegenden Rippen gelagert, wobei 22 die Messingplatten oder-Scheiben, gegen die die Kathodenmasse gepresst oder aufgebracht ist, 23 die Kathoden und 24 die Anoden bedeuten (s. Fig. 4).
25 und 26 sind Zwischenlagscheiben zwischen den Endplatten 3 und 4 und den entsprechenden Endrippen 18 und 19 und ihre Aufgabe ist, soweit als möglich einen gleichmässigen Druck auf der ganzen Oberfläche jeder Elektrode zu erzielen. Die acht Paare mit ihren Kühlrippen 12,-M, M,.18 und 19 werden
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auszuüben.
Die Kühlflächen der Kühlrippen sind mit Öffnungen oder Einschnitten versehen, um die Isolierhüllen der vier Befestigungsbolzen durchzulassen, und wie aus Fig. 2 klar zu ersehen ist, liegen die
Klemmen in nach aussen ragenden Verlängerungen der Rippen, um die Leitungsdrähte leichter anbringen zu können.
Die Einstellung des Druckes auf die Paare kann leicht mit Hilfe der Einstellmuttern 10 bewerk- stelligt werden, obwohl klarerweise, wenn nötig, auch eine Einstellung mit einer einzigen Mutter vorgesehen werden könnte, wenn man die vier Bolzen 5, 6,7 und 8 durch eine Brücke verbindet und in der
Mitte dieser Brücke einen mit Gewinde versehenen Knopf anbringt, der in die Endplatte 4 eingreift ; durch die Drehung des Knopfes wird dann die Stellung der Endplatte eingestellt, um den auf die zu- sammengebauten Paare ausgeübten Druck zu ändern.
Die Fig. 1, 2 und 3 sind Darstellungen in ungefähr natürlicher Grösse, wobei die Anoden 24 ungelochte Scheiben von z. B. 20 mm Durchmesser sind und z. B. aus der in der britischen Patentschrift
Nr. 360960 beschriebenen Aluminium-Magnesium-Legierung bestehen, und die Kathoden 23 aus einer gepressten Masse, die am besten auch nach der erwähnten Patentschrift erzeugt und auf die Messing- platten 22 aufgebracht ist, die ähnliche Aussenmasse haben wie die Anodenscheiben, jedoch z. B. 0'8 mm dick sind.
Die dargestellte Anordnung mit acht Paaren ergibt eine Ausgangsnutzleistung von ungefähr
6 Watt bei einer Spannung von nicht mehr als 10 Volt. Wenn eine grössere Leistung notwendig ist, können mehrere Gleichrichter, ähnlich wie das Ausführungsbeispiel, parallel verbunden werden, während für eine grössere Eingangsspannung ein Gleichrichter mit einer grösseren Anzahl von Paaren vorzuziehen ist, um übermässige und schädliche Wärmeerzeugung bei der Gleichrichtung zu vermeiden.
Die durch die Linien 27 dargestellten Zwischenlagen können aus einem Anstrich bestehen, der einen der oberwähnten elektronenaussendenden Stoffe enthält, die auf die Anodenoberfläche in einer flüchtigen Lösung aufgetragen und nachher durch Erwärmung entfernt werden, wodurch die Schichten als Ablagerung an der aktiven Anodenoberfläche zurückbleiben. Es zeigt sich, dass, während die für die
Zwischenlage verwendetenen Stoffe gewöhnlich nichtleitend sind, sie, wenn sie zwischen den Elementen des Paares erfindungsgemäss aufgetragen werden, asymmetrische Leitungseigenschaften aufweisen, so dass sie den Strom nur in einer Richtung fliessen lassen und praktisch für entgegengesetzten Strom un- durchlässig sind.
Diesbezüglich ist festzustellen, dass die Dicke der Schicht innerhalb bestimmter Grenzen nicht sehr ausschlaggebend ist und dass wirksame Gleichrichtung mit Schichten bis zu 25 mm Stärke erreicht wurde. Es ist jedoch, um den gewünschten Bedingungen, soweit als möglich jeden merkbaren
Spannungsabfall zwischen den aktiven Flächen der Paare zu vermeiden, zu entsprechen, am günstigsten,
Lagen von 0*4'mm Stärke zu verwenden, und wenn sie aus den angegebenen Stoffen bestehen, behalten sie ihre Eigenschaften trotz der Erwärmung bei der Gleichrichtung bei und lassen zerstörende elektro- chemische Wirkungen zwischen den angrenzenden Flächen der einzelnen Elektrodenpaare nicht auftreten.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann z. B. gewünscht werden, die einzelnen Kathoden so dünn als möglich zu machen, um den Spannungsabfall möglichst zu verringern, und es können
Kathodenmassen, wie sie oben erwähnt wurden, leicht als Anstrich oder Emulsion auf die Trägerplatte, die aus einem guten Leiter besteht, aufgetragen werden, z. B. eine Legierung aus Blei und Zinn, da sich zeigte, dass der Anstrich gut an einer solchen Legierung haftet. Die Oberfläche der Scheibe kann aufge- rauht oder geätzt sein, um das Haften der Kathodenmasse zu erleichtern.
Die Kathodenmasse kann verdünnt oder mit Wasser oder einer flüchtigen Flüssigkeit, z. B. Alkohol, vor dem Auftragen emulsiert werden und es können mehrere Lagen auf die obenerwähnte Trägerscheibe aufgetragen werden, damit der Überzug gleichmässig wird, und die Verdünnungs-oder Emulsionsflüssigkeit wird nach jeder Lage verdampft.
Bei einer derartigen Anordnung können infolge der erhöhten Widerstandsfähigkeit und mecha- nischen Festigkeit der Kathoden die Messingplatten 22 weggelassen werden, doch werden sie wegen ihrer guten Wärmeleitungsfähigkeit besser beibehalten, wodurch eine rasche Ausstrahlung der bei der
Gleichrichtung erzeugten Wärme erzielt wird.
Die derartig ausgeführten Kathoden werden, wie vorher beschrieben, zu Paaren vereinigt, zweck- mässig nach einer vorherigen Behandlung mit den mit ihnen zusammenwirkenden Anoden in einer Presse, um die zusammenwirkenden benachbarten Flächen zu ebnen und gleichförmigen Kontakt zwischen ihnen zu erreichen.
Diese Vorbehandlung wird durchgeführt, während das Paar unter Strom ist, und der Druck wird nachgelassen, wenn eine bestimmte abgegebene Leistung erreicht wurde, wobei diese Leistung dazu dient, anzuzeigen, dass die ganzen aneinanderliegenden Flächen in gutem Kontakt stehen.
Ein Vorteil der Trockengleiehrichter nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die
Gleichrichtung sofort vor sich geht, wenn Strom an die zusammengesetzten Plattenpaare angelegt wird,
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kungen der Betriebstemperatur ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Trockengleiehrichter mit einem asymmetrischen Gleichrichterelement, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden des Gleichrichterelementes, die für sich allein als Ventil wirken, durch eine Lage aus einer metallischen Masse getrennt sind, die nicht aus Elementen der Elektrodenmasse gebildet und gegen- über dieser verhältnismässig chemisch inert ist.