Sperrschichtzelle, bei der eine der Elektroden aus einer Schicht eines Materials mit niedrigem Schmelzpunkt besteht. Die Erfindung bezieht sich auf eine Sperrschichtzelle, bei der eine der Elektroden aus einer Schicht eines Materials mit niedri gem Schmelzpunkt besteht, welche so dünn s ist, dass sie an sich nicht hinreichend fest ist, um als Trägerplatte zu dienen: Solche Sperrschichtzellen werden zum Bei spiel als Gleichrichter oder Detektoren ver wendet. Es sind verschiedene Verfahren zur Stromzuführung an die Elektrodenschichten oder zur Stromabnahme von ihnen bekannt.
Bei Gleichrichtern wird häufig eine An zahl dieser Zellen auf einem zentralen Bolzen angebracht. Die eine Elektrode besteht meist aus einer aufgespritzten Metallschicht. Als Zuführungsleiter wird dann. jeweils für diese Elektrode ein Federkontakt verwendet.
Untersuchungen haben ergeben, dass durch Anwendung einer neuen Stromzuführungsart, die den Gegenstand der Erfindung bildet, an die dünne Schicht des Materials mit niedri- gem Schmelzpunkt wichtige Vorteile erzielt werden können.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeich net, _ dass als Stromabnehmer der aus Material mit niedrigem Schmelzpunkt bestehenden Schicht ,eine biegsame Folie verwendet wird, welche metallisch und mechanisch fest mit der Schicht verbunden ist.
Die mit der Bauart gemäss der vorliegen den Erfindung erzielten Vorteile-ergeben sich bereits daraus, dass die Temperatur beim-un- unterbrochenen Betrieb gleich grosser Sperr schichtzellen niedriger als bei einem System mit Federkontakten ist.
Ausserdem hat die Ausbeute, welche bei Federkontakten nach einer bestimmten Anzahl Betriebsständen sinkt, bei einer Zelle nach der Erfindung gerade zugenommen. Während die Sperrspan nung beim gleichbleibenden Strom in -einer Zelle- mit Federkontakt bei zunehmendem Kontaktdruck -abnimmt, also die Ausbeute der Zelle ungünstiger wird, ist bei einer er- findungsgemässen Zelle keinerlei Abhängig keit vom Kontaktdruck vorhanden.
Erst eine eingehende Untersuchung hat ergeben, dass die mittels des Kontaktes nach der Erfindung in dieser Beziehung erhaltene Verbesserung wahrscheinlich dem Umstand zu verdanken ist, dass an den Kontaktstellen der Federkontakte zusätzliche Übergangs widerstände durch Oxydation entstehen, na mentlich Oxyd der aufgebrachten Schicht aus 31aterial mit niedrigem Schmelzpunkt, wel che unter dem Einfluss der am Kontakt be stehenden höheren Temperatur gefördert wird.
Wenn man diesen Nachteil durch stär keres Andrücken der Federkontakte zu be heben sucht, wobei sich die Kontaktstelle etwas verschiebt, so entstehen neue Nach teile; es besteht dann die Gefahr, dass man an der Kontaktstelle durch die Metallschicht hindurchdrückt. Jedenfalls wird nach einiger Zeit aufs neue Oxydation eintreten.
Auch in mechanischer Beziehung bringt die Konstruktion nach der Erfindung Vor teile. Da die Anschlussfolie biegsam ist, wird diese selbst leicht gekrümmt werden können, z. B. um auf einer andern Platte mit irgend einem Kreis verbunden zu werden. Die bei der Biegung eintretenden mechanischen Kräfte sind daher nicht gross, so dass auf die Kontaktstelle nur kleine mechanische Kräfte ausgeübt werden.
Es ist an sich bekannt, auf der Sperr schicht einen Tropfen einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt anzubringen, in den während seines flüssigen Zustandes ein Draht gesteckt ist. Nachdem der Tropfen erstarrt ist, haftet dieser selbst an der Sperrschicht und dient als die eine Elektrode in der Zelle, während der durch die Erstarrung fest geklemmte Draht als Stromzuführungsleiter zu dieser Elektrode dient. Eine solche Bau art ist aber nicht immer brauchbar, z. B.
wenn eine Anzahl Zellen auf einem zentralen Bolzen angeordnet wird, wie es bei Gleich richtern häufig vorkommt, oder wenn man eine Anzahl Zellen in einer Aülse unmittel bar aufeinander stapelt, wie dies bei Detek- toren manchmal erfolgt. Durch den Tropfen ist nämlich. ein vorstehender Teil auf der Zelle entstanden, wodurch beim Anbringen einer Anzahl Zellen gegeneinander ein zu grosser Raumbedarf entsteht.
Ein anderer Nachteil ist, dass der Draht infolge seines ziemlich grossen Durchmessers steif ist, so dass auf den Draht ausgeübte Kräfte auf die tropfenförmige Elektrode übergeführt wer den, wodurch die Möglichkeit besteht, dass sie ganz von der Sperrschicht abgehoben wird.
Durch Verwendung einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. eine aus Wis mut, Zinn und Kadmium bestehende Legie rung, für das Material der Schicht, an wel cher der Stromabnehmer befestigt ist, kann die metallische Verbindung durch eine Schmelzverbindung des Elektrodenmaterials mit dem Material der Folie hergestellt werden.
Die Schicht kann also vor ihrer Befesti gung zum Schmelzen gebracht werden, wo durch die Folie sozusagen gelötet wird, ohne dass die dazu erforderliche Temperatur derart gesteigert werden muss, dass andere Werk stoffe der Zelle infolge der hohen Erhitzung beeinträchtigt werden.
Um eine feste Haftung zwischen der Folie und der dünnen Metallschicht zu gewähr leisten, kann die z. B. aus Kupfer bestehende Folie vorher verzinnt werden.
Es hat sich erwiesen, dass ein guter und dauerhafter Kontakt gebildet werden kann, wenn nicht die ganze Oberfläche der Metall schicht mit der Folie bedeckt wird, sondern dass man mit einem. einzigen Streifen aus kommen kann, was wieder der Biegsamkeit zugute kommt, so dass keine grossen mecha nischen Kräfte auf die Verbindungsstelle übertragen werden.
Namentlich in einer feuchten Umgebunz ist es vorteilhaft, die Zelle derart auszubil den. dass Feuchtif?'kpit keinen Einfluss haben kann. Ein vorzilalicher fenehtigkeitsdichter Abschluss wird dadurch erzielt, dass weniLy- stens die Oberfläche der Schicht aus Material mit niedrigem @Schmclznunkt zusammen mit der Verbindungsfolie mit einer Lackschicht bedeckt wird.
Diese Lackschicht erhöht gleichzeitig die mechanische Festigkeit der Verbindung der Folie mit der Metallschicht.
Beim Normalbetrieb einer mit einem Streifen zur Stromentnahme versehenen Zelle, d. h. wenn die vorgeschriebene Maxi malbelastung der Zelle nicht überschritten wird, ist die Temperatur derart, dass diese noch beträchtlich unterhalb der Schmelztem peratur des Materials mit niedrigem Schmelz punkt liegt. Es kann aber vorkommen, dass durch unsachgemässe Behandlung der Zelle, oder durch Störung im greise, in den die Zelle aufgenommen ist, die Belastung der Zelle sich derart steigert, dass die Tempera tur den Schmelzpunkt des erwähnten Mate rials übersteigt.
Dies kann verschiedene nach teilige Folgen haben. Es kann der Kontakt des Stromabnehmers mit der iSchicht zum Beispiel unter dem Einfluss der Federwir kung unterbrochen werden, welche in einem gekrümmten Streifen oder einer Folie vor handen ist. Weiter zieht sich das Elektroden material durch Schmelzen in Tropfenform zusammen. Da die Elektrode auf der Sperr= schiebt ruht, liegen sämtliche Tropfen isoliert voneinander.
Sollte der Stromabnehmer noch leitend mit der Zelle verbunden sein, so würde dies also nur für eine ganz beschränkte Oberfläche der Elektrodenschicht gelten, mit andern Worten, die Belastung je Oberflächen einheit der Schicht steigt beträchtlich, wo durch aber noch mehr Wärme entwickelt wird. Hierdurch wird dann der Stromab nehmer von der Legierung losgeschmolzen werden.
Um zu verhindern, dass bei übermässiger Erhitzung der Stromabnehmer von der Elek trode losgelöst wird und sich die Legierung zu voneinander isolierten Tropfen zusammen zieht, kann die Sperrsehichtzelle nach einer günstigen Ausführungsform der Erfindung derart ausgebildet werden, dass die Schicht aus Material mit niedrigem Schmelzpunkt wenigstens teilweise mit einem leitenden Or gan bedeckt ist, das unter Druck an dieser Schicht anliegt, wobei die metallisch durch eine Schmelzverbindung mit der Schicht ver- bundene Folie unterhalb dieses Organes, wo sie mit dieser Schicht verbunden ist, eben falls unter Druck steht.
Falls durch übermässige Erhitzung die Legierungsschicht trotzdem zum Schmelzen gebracht werden sollte, kann der Stromab nehmer bei dieser Ausführungsform nicht von der Legierungsschicht losgelöst werden, da der vom Organ ausgeübte Druck diese Be wegung hintanhält.
Wenn an andern Stellen der Legierungs schicht der oben erwähnten Ausführungs form, nämlich dort, wo kein unmittelbarer Kontakt mit dem Stromabnehmer vorhanden ist (nur die sich unterhalb des Stromabneh mers befindlichen Teile haben einen unmittel baren Kontakt) eine Zusammenziehung des Werkstoffes zugesonderten Tropfen eintreten würde, so würde dies der iStromleitung nicht im Wege stehen. Es sind ja sämtliche oder nahezu sämtliche Tropfen mittels des er wähnten Organes elektrisch miteinander ver bunden.
Beim Anbringen eines solchen Organes soll berücksichtigt werden, dass ein zu grosser Druck durch die Elektrodenschicht auf die Sperrschicht die Gegenspannung der Zelle beeinträchtigen kann. Um sogar die Möglich keit dieser Gefahr auszuschliessen, wird die Sperrschichtzelle in einer günstigen Ausfüh rungsform derart aufgebaut, dass das leitende Organ in der Mitte eine Vertiefung aufweist, in der eine Scheibe aus Isolierstoff ruht, wel che auf der andern Seite auf die Sperrschicht drückt, wozu an dieser Stelle eine Ausspa rung in der Schicht aus Werkstoff mit nied rigem Schmelzpunkt vorgesehen ist.
Durch Verwendung einer Scheibe aus Iso lierstoff wird erreicht, dass der Druck, unter dem das Kontaktorgan an der Elektroden schiebt anliegt, nur durch die Vorspannung der federnden Enden des Organes bedingt wird, während der zum Beispiel durch Fest schrauben eines zentralen Bolzens entstehende Druck von den Isolierscheiben aufgenommen und nur ein geringer Teil durch das federnde Kontaktorgan auf die Kontaktflächen iiber- geführt wird, Nenn man diese Kontaktflächen so gross wie möglich macht,
erhält man einerseits den Vorteil einer niedrigen Strombelastung der Schicht mit niedrigem Schmelzpunkt und anderseits erreicht man, dass der mechanische Oberflächendruck gering gehalten wird. Diese Umstände tragen ebenfalls dazu bei, dass die Nutzwirkung der Sperrschichtzelle stark gesteigert werden kann, ohne dass den noch die sich bei allzu grosser Wärmeent wicklung ergebenden Nachteile eintreten.
Der Aufbau einer beispielsweisen Aus führungsform einer erfindungsgemässen Zelle ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 schaubildlich eine Sperrschichtzelle und Fig. 2 einen Teil einer Einheit, welche zum Beispiel in der Grätzschaltung zur Ver wendung kommen kann.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Trägerplatte be zeichnet, auf welcher ein halbleitender Stoff angebracht ist. Die Platte kann aus Alu minium, der Halbleiter aus Selen bestehen. Auf der Elektrode wird eine Sperrschicht angeordnet. Das zentrale Loch 2 ist dazu be stimmt, beim Aufbringen des Selens die Platte 1 zu fixieren und bei der Montage der fertigen Sperrschiehtzellen einen Befesti- gungsbolzen hindurchstecken zu können.
(Da die Selen- und Sperrschicht sehr dünn sind, sind diese in der Zeichnung fortgelassen.) Mit Hilfe einer Schablone wird das Ma terial der Gegenelektrode 3 aufgespritzt, welche aus einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, d. h. einem Schmelzpunkt, der kleiner ist als 200 C, z. B. von Wismut, Zinn und Kadmium mit einem Schmelzpunkt von 103 (die sog. "Legierung 103") besteht. Durch Verwendung der Schablone erhält die Elektrode 3 die in der Zeichnung angedeutete Begrenzung. Als Vorteil dieser Anordnung sei hier auf die Verlängerung des Kriech weges des Stromes längs des Randes der Platte über die Sperrschicht zur Elektrode 3 hingewiesen.
Ein dünner Streifen 4 aus leitendem Ma terial wird mit der Legierung metallisch verbunden. Die Zelle kann jetzt ohne weiteres als Gleichrichter verwendet werden.
Wenn man die Zelle in einem Kreis mit höherer Strombelastung als die, für welche eine Zelle bemessen ist, zu benutzen wünscht, so muss dieselbe mit mehreren Zellen parallel geschaltet werden. Ebenso kann für grössere Spannungen eine entsprechende Anzahl Zel len in Reihe geschaltet werden. Es ist aber möglich, falls die Betriebsspannung in einem Kreis maximal um 100<B>%</B> grösser als die maxi mal zulässige Spannung je Zelle ist, die Grätzschaltung anzuwenden, in der vier Zel len vorhanden sind. Es werden dabei die bei den Phasen des Wechselstromes gleich gerichtet.
Für eine solche Anwendung wird zum Beispiel die Bauart nach Fig. 2 gewählt, in der die Zellen, deren Teile mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Index ver sehen sind, wie die entsprechenden Teile in Fig. 1, auf einen zentralen Bolzen 5 ge schoben sind, der mit einem Isolierrohr 6, z. B. aus Pertinax, bekleidet ist.
Auf der Schicht 3' und auf dem Streifen 4' einer jeden Zelle liegt ein Kontaktorgan 7, das in Form einer Kappe ausgebildet ist. In folge der Vorspannung der Partie 8 wird vom Kontaktorgan 7 ein bestimmter Druck auf die Schicht 3' ausgeübt, der ausschliess lich von dieser Vorspannung abhängig ist. Die Legierungselektrode hat nämlich in der Mitte eine Aussparung, durch welche die Scheibe 9 aus Isolierstoff auf der Sperr schicht ruht.
Wenn nun der Bolzen mittels einer Mutter 10, die durch die Isolierschicht 11 an der Kontaktgabe mit der äussern Zelle verhindert wird, angezogen wird, kommt durch die Isolierscheibe eine Kraft auf die Sperrschicht. Dies hat aber keine nachteiligen Folgen, selbst wenn die Sperrschicht an die ser Stelle versagen würde.
Um den Anschluss an einen äussern Kreis zu ermöglichen, ist eine Lötzunge 12 vor gesehen, auf der wieder ,eine Scheibe 13 ruht, welche gleichzeitig die folgende Platte 1" in der gewünschten Entfernung von der erst genannten Platte 1' hält usw., bis die erfor- derliche Anzahl Platten mit Stromabnehmern auf dem Bolzen 5 angeordnet ist.
Der Bolzen kann gleichzeitig zur Be- festigung der Einheit in irgend einer Weise an einer Chassisplatte dienen.
Es ist vorteilhaft, für die Schicht aus Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt einen Stoff zu wählen, der an und für sich bereits vorzüglich als Lötmaterial geeignet ist. Man braucht dann kein besonderes Lot zu verwen den, und es können Mittel, welche zur Er leichterung des normalen Lötens benutzt wer den und häufig, zum Beispiel durch Anwesen heit von Säuren, eine angreifende Wirkung haben, fortgelassen werden. Als Elektroden material, das gleichzeitig als Lötmaterial ge eignet ist, kann vorteilhaft die bereits er wähnte Legierung 103 verwendet werden.
Man kann beim Anbringen der metalli schen Verbindung derart vorgehen, dass die festzuheftende Folie vorher mit einer aus dem Elektrodenmaterial bestehenden Schicht überzogen wird, wodurch die Haftung der Folie an der Elektrode erleichtert wird.