CH250756A - Trockengleichrichter und Verfahren zu dessen Herstellung. - Google Patents

Description

      Trockengleichrichter        und        Verfahren        zu    dessen Herstellung.    Die Erfindung betrifft einen Trocken  gleichrichter und ein     Verfahren    zu dessen       Herstellung    und bezweckt insbesondere die       Schaffung        eines    Trockengleichrichters, der  bei     einem    darin auftretenden     Kurzschluss     möglichst     wenig    Schaden nimmt.  



       Trockengleichrichterelemente    bestehen im  allgemeinen aus einer die     eine    Elektrode bil  denden     Grundplatte        aus    einem leitenden Ma  terial, wie Stahl oder     Aluminium,        einer    auf  dieser Grundplatte angebrachten Halbleiter  schicht und einem mit der Halbleiterschicht  Kontakt machenden, die Gegenelektrode bil  denden leitenden Teil.

   Die Halbleiterschicht  kann dabei zur     Hauptsache    aus Selen be  stehen, während die     Gegenelektrode    aus einer  Metallschicht bestehen kann, welche in ge  schmolzenem     Zustand    durch Aufspritzen auf  die     Selenoberfläche        aufgebracht    worden ist.  



  Die Halbleiterschicht     ist    ausserordentlich  dünn, weshalb-     stets    die Gefahr von Durch  schlägen     zwischen    Grundplatte     und    Gegen  elektrode     besteht,    wobei die Halbleiterschicht  durchlöchert wird     und    dadurch der Gleich  richter zerstört wird.

   Diese Durchschläge  können durch verschiedene Faktoren bewirkt  werden, beispielsweise durch     Unregelmässig-          keiten    oder     Verunreinigungen    in der     Halb-          leitersehicht.    Der an der defekten Stelle auf  tretende Strom macht     das    ganze Element un  brauchbar.

       Ein    Element     kann        bereits    bei der  Prüfung am     Herstellungsort    oder, was schlim  mer ist, bei seiner     betriebsmässigen    Verwen-         dung    versagen, was beispielsweise     in        Flug-          zeuginstallatiönenschwere    Folgen haben kann.  



  Eine     Troekengleichrichtereinheit    ist im  allgemeinen aus     einer        Anzahl    von Einzel  elementen zusammengesetzt; die stapelförmig  zusammengebaut sind,     und    häufig sind meh  rere solche Stapel miteinander kombiniert.

    Die Bestimmung der Anzahl und der Grösse  der in solchen Einheiten     verwendeten'    Ele  mente sowie die     Schaltungsart    dieser     Ele=          mente    zu     Reihen=   <B>und</B> Parallelkombinationen  erfolgt auf - Grund sorgfältiger     Berechnung     unter     Zugrundelegung    der     elektrischen    Eigen  schaften - der     Einzelelemente.        Insbesondere     werden in Fällen, in denen die     Spannungen     wesentlich über denjenigen stehen, die die  Einzelelemente     auszuhalten        vermögen,

      ohne  durchzuschlagen, eine Anzahl Einzelelemente  in Reihe zusammengeschaltet, so dass die an  jedem Element     angelegte    Spannung inner  halb sicherer     Grenzen    liegt. Es ist klar, dass  beim     Ausfallen        eines        Einzelelementes    durch  einen Kurzschluss an die zu     diesen    in Reihe       geschalteten    Elemente eine höhere     Spannung     zu liegen kommt und das Durchschlagen  dieser Elemente und damit das Ausfallen der  ganzen Einheit herbeiführen kann.

   Aber  selbst wenn     dies    nicht     eintrifft,    so kann durch       das        Ausfallen    eines Elementes durch Kurz  schluss die     Charakteristik    der .ganzen Einheit  gestört werden, was sich besonders in       Brückenschaltungen    und andern abgegliche  nen Anordnungen störend     auswirkt.         Die     Erfindung    bezweckt nun,     wie    er  wähnt worden     ist,:

      die     Schaffung    eines       Gleichrichters,    bei dem     ein        Kurzschluss    in  einem Element nur eine     geringe        Wirkung     ausüben kann, derart, dass das Element nicht  ganz ausfallen kann.

   Dies     wird    erfindungs  gemäss dadurch     erreicht,    dass die Gegen  elektrode     eines    Elementes in     eine    Anzahl von  Zonen     unterteilt        ist    und diese Zonen durch  als Sicherungselemente     ausgebildete    Verbin  dungen     miteinander    verbunden     sind.        Diese     Sicherungselemente sind so bemessen, dass  sie den     normalen    Betriebsstrom ohne Be  schädigung     aushalten,

          hingegen        beim    Auf  treten eines     Kurzschlusses    in     einer    dieser  Zonen durchbrennen und diese Zone von den  übrigen abtrennen, so dass das Element, wenn  auch mit     etwas    geringerer Kapazität, weiter  arbeiten kann.  



  Dabei kann das     Element    so ausgebildet  sein, dass     keine    besonderen Sicherungsverbin  dungen vorgesehen werden     müssen    und die  Herstellung des     Gleichrichters    in Anlehnung  an die     bisherige        Herstellungsweise    erfolgen  kann. Zu diesem Zwecke werden die     Siche-          rungsverhindungen    aus Teilen der     Gegen-          elektrode    gebildet, die     die        Zwischenräume          zwischen    den Zonen überbrücken.  



  Ausführungsbeispiele der     Erfindung    sind  nachstehend an Hand der     beiliegenden    Zeich  nung näher beschrieben.  



       In    der     Zeichnung    zeigt:  die     Fig.1    eine Vorderansicht eines Gleich  richterelementes;  die     Fig.    2 einen durch die Ebene     #A-A     der     Fig.    1 gelegten     Schnitt    durch dieses Ele  ment,  die     Fig.    3     einen    vergrösserten     Ausschnitt     aus dem Element -nach     Fig.    1,     -welches    die  Wirkung     eines    Kurzschlusses veranschaulicht,

    die     Fig.    4 ein weiteres     Ausführungsbei-          spiel,    bei welchem das Element für die Mon  tage auf     einem    zentralen Tragbolzen     aus-          gebildet        ist,

      und  die     Fig.        @5    einen durch die Ebene B -B       des        Gleichrichters    nach     Fig.    4 gelegten       Schnitt.       Das in den     Fig.    1 bis 3 dargestellte     Aus-          führungsbeispiel        -eines    Elementes zeigt eine       Grundplatte    1, welche     beispielsweise        aus     Stahl oder Aluminium bestehen kann.

   Die  aus Selen bestehende Halbleiterschicht 2     ist     auf der     Grundplatte    1 aufgeschmolzen und  kann verschiedene an sich     bekannte    Beimen  gungen oder auf der Schichtoberfläche auf  gebrachte Substanzen     aufweisen,    oder kann  einer der an sich     bekannten    Oberflächen  behandlungen unterworfen sein.  



  Die Gegenelektrode 3 kann     aus    einer       niedrigschmelzenden    Legierung, beispiels  weise     aus        Woodschem    Metall, bestehen, wel  ches     vorteilhaft    durch Aufspritzen in ge  schmolzenen     Zustand    aufgebracht wird. Das       Gleichrichterelement    wird den üblichen Be  handlungen unterworfen, unter anderem auch  einer Elektroformierung,     wodurch    im Betrieb       eine        wirksame        Gleichrichtung    erzielt wird.  



  Die Gegenelektrode 3 wird vorteilhaft so  aufgetragen, dass     zwischen    ihren Rändern  und dem Rand der     Grundplatte    1 eine Rand  partie 4 der     Selenscbicht        freibleibt,    um auf  diese Weise die     Gefahr    eines     Kriechschlusses          zwischen    den     Elektrodenrändern    zu vermei  den. Die Gegenelektrode     ist    in eine Anzahl  Zonen 5 unterteilt, die voneinander durch       Zwischenräume    6 getrennt sind, die so eng  sein können,     als    sich dies mechanisch bewerk  stelligen lässt.

   Benachbarte Zonen 5     sind    elek  trisch durch Stege     miteinander    verbunden,  die so bemessen     sind,    dass sie bei normalem       Betrieb    den dabei     auftretenden    Strom ohne  zu schmelzen aushalten,     hingegen    beim  Durchgang eines wesentlich höheren Stromes,       wi'e    er bei     Auftreten        eines        Kurzschlusses     fliesst, schmelzen.

       Vorteilhafterweise    sollen  diese als Schmelzsicherungen wirkenden     Stege     7     Teile    der     Gegenelektrodenschicht    sein, die  die Zwischenräume 6 überbrücken     und    ent  sprechend dem     Kurzschlussstrom,    bei dem sie  schmelzen sollen, bemessen sind. Es     ist    ge  funden worden, dass die Leitfähigkeit der  üblichen     Gegenelektrodenmetalle,    beispiels  weise     Woodsches    Metall, sich für diesen  Zweck eignet.      Die Grösse und die Form der Zonen 5  kann sich natürlich in weiten Grenzen än  dern.

   Es ist jedoch     notwendig,    diese Zonen so  anzuordnen, dass der Strom nach einem im  Betrieb erfolgten     Kurzschluss,    um die infolge       Durchbrennens    ihrer     Verbindungsstege    iso  lierte Zone über andere Schmelzstege 7 nach  der     Abnahmestelle    fliessen kann.

   Diese Ab  nahmestelle kann     sich    irgendwo auf der     Ge-          genelektrodenschicht    befinden. doch ist dafür  Sorge zu tragen, dass ein     Kurzschluss    zwi  schen der Grundplatte und der     Gegenelektro-          denschicht    an dem die Abnahmestelle bilden  den Teil dieser Schicht vermieden wird.

   Die  Abnahmestelle     muss    sich daher     entweder     ausserhalb der     Gleichrichterzonen    befinden,  oder aber die     Gegenelektrodenschicht    muss an  der genannten Stelle von der Grundplatte  isoliert sein, wie dies     naschstehend    an Hand  des     in        Fig.    4 und 5     gezeigten    Ausführungs  beispiels näher     beschrieben    ist.

   Der im Falle  eines     Kurzschlusses    notwendige     Umgehungs-          stromweg        wird    zweckmässig dadurch geschaf  fen, dass, wie dies in     Fig.    1 dargestellt ist,  die Zonen 5     in    ausgerichteten Reihen ange  ordnet     sind,    wobei jede Zone mit jeder be  nachbarten Zone durch einen Schmelzsteg 7       -verbunden        ist.    Wenn beispielsweise an einer  Stelle 8     (Fig.    3) ein Kurzschluss     auftritt,     durch den eine Zone 5a abgesondert wird,  wie dies durch die     Stellen    9,

   an denen alle  nach dieser Zone führenden     Stege    7 weg  geschmolzen     sind,    angedeutet     ist,    so stehen  die     angrenzenden    Zonen 5 rund um die Zone       5a    derart unter sich     in        Verbindung,    dass der  durch diese angrenzenden Zonen fliessende  Strom durch den Kurzschluss nicht beeinflusst  wird, mit Ausnahme der zur schadhaften  Zone in bezug auf die Abnahmestelle parallel  geschalteten Zonen, die in dem genannten       Umgehungsstromweg    liegen,

       in    denen aber  nur eine relativ     unbedeutende    Stromerhöhung       eintritt.    Der in den an die Zone     5a    angren  zenden Zonen     gleichgerichtete    Strom fliesst  auf normale Weise nach der Abnahmestelle.  Der Kurzschluss     in    der Zone 5a hat somit im  wesentlichen weiter nichts zur Folge, als dass  diese Zone zur     Gleichrichtung    nichts mehr    beiträgt.

   Falls die Zone 5a im Verhältnis zur  ganzen wirksamen Fläche des Gleichrichter  elementes klein gehalten wird, so ist die Ab  nahme der wirksamen Fläche innerhalb der  normalen Sicherheitsgrenzen tragbar und ist,       besonders    bei     Grossflächenelementen    und bei  grossen     Gleichrichterstapeln,    ohne merklichen       EinfluB.     



  Die     Fig.    4 und 5 zeigen einen Gleichrich  ter, dessen     kreisrunde        Gleichrichterelemente     auf einem durch die     Mitte    der     Elemente    hin  durchgehenden Tragbolzen 11 angeordnet       sind,    wobei die Elemente zwecks guter Luft  zirkulation durch Distanzstücke 10 auseinan  der gehalten werden. Bei diesem Ausfüh  rungsbeispiel bilden die Zonen 5 Teile von  konzentrischen Ringflächen. Der Strom  abnahme- oder     Gegenelektrodenkontakt        wird     durch das Distanzstück 10 gebildet.

   Bei der  gezeigten     Anordnung    sind die     Gleichrichter-          elemente    in Reihe auf dem isolierten Bolzen  11 montiert, wobei jedes Distanzstück 10 die  Gegenelektrode . 3 eines Elementes mit der  Grundplatte 1     des    nachfolgenden Elementes  verbindet.  



  Damit bei dieser     Anordnung    der     Kurz-          schluss    nicht in einer mit dem     Distanzstück;     10 in direktem     Kontakt        stehenden    Zone 5  auftreten     kann,    was zur Folge hätte, dass das  Element     ungeachtet    der Schmelzstege voll  ständig ausfallen würde,     muss    zwischen die  sen Zonen der Gegenelektrode 3     und    der     Halb-          leiterschicht    2 eine     Isolationsschicht    12       (Fig.    5)

   angebracht     sein.    Die Isolation 12  kann durch Anbringen eines zweckmässigen  Lackes,     beispielsweise    eines auf einer     Zellu-          loseazetatbasis        hergestellten    Lackes, erzeugt  werden, wie dies beispielsweise in der Patent  schrift Nr.     247334    beschrieben     ist.     



  Die Gegenelektrode 3 kann je nach ihrem  Aufbau und ihrer     Zusammensetzung    auf ver  schiedene     Weise    angebracht werden. In den  Fällen, in denen dazu flüssiges Metall     auf-          gespritzt    oder     sonstwie        auf    die Halbleiter  schicht 2     aufgebracht    wird, können die Zwi  schenräume 6 und die Stege 7 durch eine  passende Maske erhalten werden, die ausser  dem auch die Randpartie 4 überdeckt. Das      Metall wird dann auf die Halbleiterschicht auf  gespritzt oder     sonstwie    an den von der Maske  freigelassenen Stellen aufgetragen.

   Die Zwi  schenräume 6 können aber auch durch Aus  schneiden der     entsprechenden    Partien der Ge  genelektrode erhalten werden, wobei auch  keine Sorge um die     darunterliegenden        Halb-          leiterschichtpartien    getragen werden muss, da  diese     Partien    ja auf jeden Fall an der Gleich  richtung unbeteiligt sind.

   Anderseits können  die     Zwischenräume    6 als durchgehende Zwi  schenräume gebildet werden,     beispielsweise     ebenfalls     unter        Verwendung    geeigneter  Masken, worauf die Schmelzstege 7 durch  nachträgliches Anbringen geschmolzenen     Ge-          genelektrodenmetalles    angebracht werden,  was ebenfalls     unter        Verwendung    einer Maske  geschehen kann, die an den     Stegstellen    mit       Öffnungen        versehen    ist.

   Falls die anzubrin  genden Stege     in        einer    Geraden liegen, können       sie    durch Anbringen eines     Streifens    aus       Gegenelektrodenmetall    gleichzeitig gebildet  werden.  



  Die auf die Grundplatte aufgebrachte  Halbleiterschicht kann auch aus einem an  dern Material als Selen bestehen. Ferner  kann an Stelle der oben beschriebenen bevor  zugten aufgespritzten Gegenelektrode aus  schmelzbarem Material eine Gegenelektrode  anderer Art verwendet werden, vorausgesetzt       natürlich,    dass sie     eine    Anzahl getrennte Zo  nen     aufweist,    die mit getrennten Zonen der       Halbleiterschicht    Kontakt machen und     unter     sich     durch    Schmelzstege verbunden sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Trockengleichrichter mit einer Grund platte, einer darauf befindlichen Halbleiter schicht und einer diese Schicht berührenden Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode in eine Anzahl von Zonen unterteilt ist, welche durch Sicherungs- elemente elektrisch leitend miteinander ver bunden und in einer Anzahl von zusammen hängenden Serien angeordnet sind, und dass die,

   genannten Sicherungselemente, die die Zonen mit Zonen sowohl derselben Serie wie auch benachbarter Serien verbinden, in sol- eher Weise angeordnet sind, dass im Falle einer infolge Durchbrennens der Sicherungs elemente .abgetrennten Zone ein um diese herumführender, mit allen übrigen Zonen verbundener Stromweg vorhanden ist und dass die Sicherungselemente so bemessen sind, dass sie den maximal auftretenden Betriebs strom ohne Beschädigung aushalten,

   dass jedoch bei einem infolge Durchschlag durch die Halbleiterschicht auftretenden Kurz schlussstrom die die betreffende Zone mit an dern Zonen verbindenden Sicherungselemente durchbrennen. UNTERANSPRÜCHE: 1. Trockengleichrichter nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode aus einer Anzahl von an der Halbleiterschicht haftenden, durch schlitz- förmige Zwischenräume voneinander getrenn ten Zonen bestehf, die über die Sicherungs- elemente elektrisch verbunden sind.

   2. Trockengleichrichter nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselemente aus Gegenelektroden- Metall bestehen, die die Zwischenräume zwi schen den Zonen überbrücken und mit diesen Belägen ein zusammenhängendes Ganzes bilden. 3.

   Trockengleichrichter nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktglied (10, Fig. 5) vorhanden ist, welches mit einer Teilfläche der Gegenelek trode in elektrischem Kontakt steht, und dass unter den mit dem Kontaktglied in direkter Verbindung stehenden Zonen der Gegenelek trode und der Halbleiterschicht eine Isolier schicht (12, Fig. 5) vorhanden ist, welche im Gebiet dieser Zonen Kurzschlüsse zwischen der Gegenelektrode und der Grundplatte ver hindert.

   4. Trockengleichrichter nach Unteran spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte, die Halbleiterschicht und die Gegenelektrode zwecks Aufnahme min destens eines Tragorganes mit Ö'ffnungenver- sehen sind.

   Trockengleichrichter nach ünteran- spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktglied auf dem Tragorgan angeordnet ist und die Gegenelektrode in nächster Nähe des Tragorganes berührt. 6. Trockengleichrichter nach Unteran spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragorgan ein das Gleichrichterelement zen tral durchdringender Tragbolzen ist. PATENTANSPRUCH II:

   Verfahren zur Herstellung eines Trocken gleichrichters nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Grundplatte zuerst mit der Halbleiterschicht versehen und hierauf die Öberfräche der $albleiterschicht mit einer Maske überdeckt wird, die mit den anzubringenden Gegenelektroden - Kontakt- elementen entsprechenden Öffnungen ver sehen ist,

   worauf das Gegenelektrodenmetall in geschmolzenem Zustand auf die Halb leiterschicht aufgebracht und hierauf die Maske wieder abgenommen wird. UNTERANSPRUCH: 7. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die die Siche- rungselemente bildenden Metallteile erst nach Anbringen der Gegenelektrodenzonen aufge bracht werden.