DE1515641A1 - Vorrichtung zur Stromregulierung in elektrischen Stromkreisen - Google Patents

Vorrichtung zur Stromregulierung in elektrischen Stromkreisen

Info

Publication number
DE1515641A1
DE1515641A1 DE19621515641 DE1515641A DE1515641A1 DE 1515641 A1 DE1515641 A1 DE 1515641A1 DE 19621515641 DE19621515641 DE 19621515641 DE 1515641 A DE1515641 A DE 1515641A DE 1515641 A1 DE1515641 A1 DE 1515641A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lithium
compounds
ionic
resistance
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19621515641
Other languages
English (en)
Inventor
Ovshinsky Stanford R
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energy Conversion Devices Inc
Original Assignee
Energy Conversion Devices Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energy Conversion Devices Inc filed Critical Energy Conversion Devices Inc
Publication of DE1515641A1 publication Critical patent/DE1515641A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/625—Regulating voltage or current wherein it is irrelevant whether the variable actually regulated is ac or dc
    • G05F1/63—Regulating voltage or current wherein it is irrelevant whether the variable actually regulated is ac or dc using variable impedances in series with the load as final control devices
    • G05F1/635—Regulating voltage or current wherein it is irrelevant whether the variable actually regulated is ac or dc using variable impedances in series with the load as final control devices being Hall effect devices, magnetoresistors or thermistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C11/00—Non-adjustable liquid resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/821—Device geometry
    • H10N70/823—Device geometry adapted for essentially horizontal current flow, e.g. bridge type devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/841—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/861—Thermal details
    • H10N70/8613—Heating or cooling means other than resistive heating electrodes, e.g. heater in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

Vorrichtung zur Stromregulierung in elektrischen Stromkreisen
Gegenstand der Erfindung sind feste (solid state) Vorrichtungen, wie Stromregler, Schalter, Relais, Verstärker und dergleichen, zur Regulierung der in verhältnismäßig hohen elektrischen Stromkreisen, beispielsweise fach üblichen leitungen von T10 und 220 V mit Stromstärken von mehreren Amperes, fließenden elektrischen Ströme, beispielsweise als Schalter oder als den Stromfluß regulierender Rheostat. Diese "solid state"-Vorrichtungen können durch geeignete schwache Regulierstromkreise gesteuert werden.
Die Vorrichtungen der Erfindung können als Widerstandsschalter arbeiten und unter gewissen internen Bedingungen sind sie befähigt, das Fließen des elektrischen Stroms durch den Schalter zu sperren, während sie unter anderen internen Bedingungen den elektrischen Strom in beachtlichem Umfang hindurchtreten lassen, ohne daß irgendeine mechanische Betätigung von Schaltelementen in der Vorrichtung erforderlich ist, um den elektrischen Kontakt herzustellen oder zu unterbrechen.
Es wurde gefunden, daß eine Veränderung der Temperatur ein Faktor ist, der die Vorrichtungen der Erfindung in den einen oder in den anderen Zustand zu versetzen vermag. Es wurde weiter gefunden, daß eine Änderung der angelegten elektrischen Spannung eine Veränderung des inneren Widerstands auszulösen vermag, der zur Betätigung dieses Typs von Widerstandeschaltung geeignet ist.
Die Vorrichtungen der Erfindung eignen sich als Schalter, Unterbrecher oder Sicherung zur Sperrung oder Entsperrung einer Stromleitung, als Relais zum Öffnen oder Schließen eines gesonderten Stromkreises, zur Betätigung eines Alarmstromkreises, zur Verstärkung eines zugeführten elektrischen Stroms oder zu anderen bekannten Methoden und Zwecken. Die Vorrichtungen eignen sich für einen raschen Wechsel von einem
909850/0243
Dr.MEDIGER
- 2 -
praktisch offenen zu einem praktisch geschlossenen Stromkreis wie im Fall der üblichen Schalter. Andererseits sind sie als Rheostat oder Dämpfungsschälter verwendbar, d. h. als Schalter, welcher allmählich den offenen in einen geschlossenen Stromkreis überführt oder umgekehrt, indem stufenweise die Amplitude des Stroms modifiziert wird, wie beispielsweise in gewissen Fällen in Beleuchtungsstromkreisen. Die Vorrichtungen der Erfindung lassen sich auch für eine gewisse Zeit oder beliebig lange auf eine oder mehrere teilweise geschlossene Zwischenstufen einstellen. Im allgemeinen können die Vorrichtungen der Erfindung für Wechselstromkreise verwendet werden, in gewissen Fällen sind sie aber auch für Gleichstromkreise geeignet.
Der Erfinder hat sich in erster Linie die Aufgabe gestellt, "solid state"-Vorrichtungen der gekennzeichneten Art zu schaffen, die keine beweglichen Teile besitzen. Außerdem sollen die Vorrichtungen geringes Gewicht, geringe Größe besitzen, ungewöhnlich billig und in jeder räumlichen Anordnung verwendbar sein, da sie für ihre Betätigung nicht auf die Schwerkraft angewiesen sind. Insbesondere sollten "solid state"-Widerstandsschalter für Wechselstromkreise geschaffen werden, die die technisch üblichen Stromkreise von beispielsweise 110 und 220 V ohne nennenswerte Leckverluste zu blockieren vermögen und ihren inneren Widerstand auf einen von außen kommenden Anreiz hin rasch und umkehrbar verändern, so daß Wechselstrom mit einem annehmbar niedrigen inneren Widerstand hindurchfließen kann. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die neuen Vorrichtungen keine mechanische Abnutzung erleiden, weil sie keine beweglichen Teile besitzen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß Verstärker geschaffen werden, die in ihrer Wirkungsweise den Transistoren analog, jedoch nicht auf Gleichstrom beschränkt, sondern auch speziell für Wechselstrom geeignet sind. Ein weiterer Vorzug der Geräte der Erfindung liegt
909850/0243
Dr. MEDlGER
darin, daß sie sowohl rasch wie langsam von der offenen zur geschlossenen Stellung oder zu teilweise geschlossenen Stellungen gebracht werden können. Besonders geeignet sind die Vorrichtungen der Erfindung zur Verwendung in Raumfahrzeugen und Raumgeschossen, weil sie ein sehr geringes Gewicht besitzen, und infolge des Fehlens beweglicher Teile oder fließender Flüssigkeiten die Stabilität des Fluges nicht beeinträchtigen können und dank ihrer Unabhängigkeit von der Schwerkraft an jedem beliebigen Ort im Raum funktionieren. Gegebenenfalls können die Vorrichtungen der Erfindung durch daa Sonnenlicht | mit Energie gespeist werden.
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen einige besonders günstige Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 1 zeigt als schematisches Diagramm eine Vorrichtung der Erfindung.
Fig. 2 ist ein teilweiser Querschnitt eines abgewandelten Widerstandschaltelements, welches im System von Fig. 1 verwendbar ist.
Fig. 3 zeigt im Querschnitt einen anderen Typ eines Widerstandschaltelements, das in dem System von Fig. 1 * verwendbar ist.
Fig. 4 zeigt in starker Vergrößerung in der Aufsicht eine weitere Ausführungsform des Widerstandsschalters der Erfindung.
Fig. 5 stellt einen Schnitt in der Ebene 5-5 von Fig. 4 dar.
Fig. b zeigt in der Aufsicht eine weitere Ausführungsform des Widerstandsschalters.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt in der Ebene 7-7 von Fig. 6.
909850/0243 ~
Dr.MEDIGER
Mg, 8 '.zeigt in der Aufsicht noch eine andere Ausführungs-" form des Widerstandsschalters.
Fig. 9 stellt auseinandergezogen einen Schnitt in der Ebene 9-9 von Fig. 8 dar.
Fig. 10 zeigt als schematisches Diagramm eine andere Art der Aktivierung eines Widerstandsehaltelements der Erfindung.
Fig. 11 zeigt in der Aufsicht eine wieder anders gestaltete Ausführungsform des Widerstandsschalters.
Fig. 12 stellt auseinandergezogen einen Schnitt in der Ebene 12-12 von Fig. 11 dar.
Fig. 13 zeigt schematisch eine noch andere Methode der Aktivierung eines Widerstandschaltelements der Erfindung.
In Fig. 10 ist schematisch ein "solid state"-Widerstandsschalter dargestellt, welcher betätigt wird, indem ein innerer Widerstand durch i'emperaturänderungen verändert wird. Eine Wechselstromoder 'ileichstromauelle 10, die in den allgemein bei 1T angedeuteten Starkstroinkreis eingeschaltet ist, sendet Strom durch
ι A T*Y) ρ i *fc **» μ *t τ*ογγ Ic τ* ρ ic? }
die Wicklung (load) 12. Das "solid state"-Widerstandaehaltelement, welches bei 13 allgemein angedeutet ist, verhindert aber normalerweise, daß ein nennenswerter Strom durch die Leitung 11 fließt, iiine Beizspule H1 die nahe dem Schaltelement 13 angeordnet ist, beheizt gewünsentenfalls das Schaltelement 13 und verringert dabei, wie weiter unten noch erläutert wird, dessen inneren Widerstand, so daß der Stromkreis 11 geschlossen wird und den gewünschten Strom mit annehmbar niedrigem inneren ,/iderstand durchfließen läßt.
Die Heizspule 14 kann beispielsweise mittels eines Schwach-strom-
909850/0243 - 5 -
BAD ORIGINAL
Dr.MEDIGER
'kreises betätigt werden, der allgemein bei 15 angedeutet ist, bestehend aus einer geeigneten Stromquelle, beispielsweise Batterie 16 und einem mechanischen Schalter 17, weicher geschlossen wird, wenn die Heizspule 14 beheizt werden soll. Selbstverständlich sind auch andere bekannte lvlittel zur Betätigung der Heizspule 14 anwendbar.
Das "solid state"-V/iderstandschaltelement 13 kann, wie dargestellt, aus einem Paar elektrisch leitenden Metallplatten oder Metallfolien 18, 19 bestehen, die beispielsweise aus Kupfer, | Magnesium, rostfreiem Stahl oder anderen Metallen bestehen und zwei Elektroden bilden. Zwischen beiden ist eine wärmeempfindliche Widerstandsmasse der weiter unten beschriebenen Art angeordnet, die mit den beiden Metallplatten in elektrischem Kontakt steht. AnschlußkabäL 21 und 22 verbinden die Außenflächen der Metallplatten 18 und 19 mit dem Stromkreis 11. Die Metallplatten 18 und 19 können die Gestalt von Scheiben haben. Die Heizspule 14 kann als Ring/das Schaltelement unmittelbar nahe der Widerstandsmasse 20 angeordnet sein, soll aber mit letzterer nicht in elektrischer Berührung stehen.
Soll die wärmeempfindliche Widerstandsmasse 20 erhitzt werden, so kann man den Schalter 17 schließen, wodurch die Spule 14 | und mittelbar die Ϋ/iderstandsmasse 20 erwärmt wird. Nach Öffnung des Schalters 17 wird die Widerstandsmasse 20 infolge des Wärmeaustausche mit der umgebenden Raumluf\fgekühlt. Die Platten 18 und 19 werden bei Wahrung der erforderlichen Starrheit so dünn wie möglich gefertigt, so daß die Wärmekapazität des Sehaltelements ein Minimum erreicht und das Element infolgedessen schnell erhitzt und schnell abgekühlt wird, wie es für schnelle Schaltoperationen wünschenswert ist. Eine Dicke in der Größenordnung von 0,005 bis 0,05 Zoll gewährleistet gute Resultate. Für rasche Schaltoperationen soll die Widerstandsiiiasse 20 auch ein verhältnismäßig kleines Volumen und eine
- 6 9 0 9 8 5 0/0243 ßAD
Dr.MEDJGER
große Oberfläche aufweisen. Dies wird am besten dadurch erreicht, daß man die Widerstandsmasse als dünne Schicht gestaltet, wie in Pig.■1 angedeutet. Beispielsweise kann die Schicht von der monomolekularen Dicke und bis zu Dicken von etwa .0,OUO5 bis 0,01 Zoll gestaltet werden. Soll die Vorrichtung für langsame Schaltoperationen verwendet werden, so kann die Widerstandsschicht 20 massiver ausgeführt werden.
Zu beachten ist, daß, wenn, wie in Fig. 1, ein Schalter 17 in dem Schwachstromheizkreis 15 zur Regulierung der Temperatur des Schaltelements 13 benutzt wird, der Schalter 17 ein sehr ; kleiner Schalter sein wird, der im Endeffekt das Fließen eines viel stärkeren Stroms in der Starkstromleitung 11 reguliert. Auf diese Weise vollzieht sich eine erhebliche Verstärkung des Stroms.
Zu erwähnen ist ferner, daß die indirekte Beheizung des Schaltelements 13 nicht unbedingt auf die Beheizung mit Hilfe der Spule H beschränkt ist. Ss ist auch jede andere geeignete- j?orm der indirekten Beheizung anwendbar, welche nicht die Verwendung eines elektrischen Heizkörpers notwendigerweise umfaßt. Beispielsweise ist im Falle eines Systems für Feueralarm keine Heizspule erforderlich, weil die erforderliehe ,/arme durch das Feuer selbst auf den Schalter abgestrahlt wird. Auch im Falle eines Raumgeschosaes oder Raumfahrzeugs ist die Heizspule 14 entbehrlich, weil die Wärme unmittelbar durch das Sonnenlicht geliefert wird, sobald das Fahrzeug so eingesteuert wird, daß Sonnenlicht unmittelbar oder mittelbar auf das W'iderstandssehaltelement 13 fällt.
Die Widerstandsmasse 20 des Widerstandschaltgeräts 13 kann aus verschiedenen, normalerweise festen Verbindungen bestehen, welche beachtliche negative Koeffizienten der Temperaturbeständigiteit besitzen und im Bereich ihrer Schmelztemperaturen
909850/0243 " ? "
Dr.MEDIGER
— 7 -»
scharfe änderungen im Widerstand zeigen. Geeignet sind beispielsweise verschiedene, unter normalen Bedingungen feste Metalloxyde und Metallhalogenide, wie Cuprooxyd, Cuprioxyd, Magnesium-, Aluminium-, Thallium-, Zink-, Kupferjodide und die entsprechenden Chloride und Bromide. Das gleich gilt für verschiedene normalerweise feste Hyaroxyde von Alkalimetallen. Beispielsweise schmelzen solche ionische Verbindungen, einschließlich NaOH, KOH, LiUH, ungefähr bei 40O0G, sind aber bis zu Temperaturen oberhalb 10000C stabil und blockieren in ihrem festen Zustand übliche Hochspannungsleitungen von beispielsweise 110 oder 220 V.mit unbeachtlichem Leckstrom, d. h. mit Widerständen von 10^ 0hm und mehr, während sie im geschmolzenen Zustand gute elektrische Leitfähigkeiten zeigen.
Verteilt man einen fein zerkleinerten festen Stoff als Verdünnungsmittel in den erwähnten ionischen Verbindungen, beispielsweise den erwähnten Alkaliverbindungen, so wird mechanische Stabilität erreicht, indem der feste Verdünnungsstoff die ionischen Verbindungen im geschmolzenen Zustand an ihrem Ort hält, so daß auf diese Weise das Widerstandschaltelement im festen Zustand erhalten wird.
Vorzugsweise wird jedoch die Y/iderstandsmasse eingeschlossen, da viele der ionischen Verbindungen, wie z. B. die erwähnten Alkaliverbindungen, mit Feuchtigkeit und Kohlendioxyd reagieren. " Das feste Verdünnungsmittel kann selbst ein Isolator sein. Es kann dafür ^ber auch ein Halbleiter oder ein lletall gewählt werden, ^e nachdem, ob Wert darauf gelegt werden muß, daß der Widerstand des Schalters bei der Betätigungstemperatur möglichst niedrif sein soll. Im Fall der erwähnten Alkaliverbindungen kann die Betatigungstemperatur bei etwa 4000C, also dem Schmelzpunkt, liegen. Üblicherweise soll ein Halbleiter oder ein Metall als festes Verdünnungsmittel verwendet werden, wenn es sich um das Öffnen und Schließen von Stromkreisen mit starken Strengen handelt. Anstelle der Alkalimetallhydroxyde
909050/0243 _ 8 I
BAD
Dr. MEDIGER
eignen sich als ionische Verbindungen die Hydroxyde der Alkali·+ erdmetalle, beispielsweise Ba(OH)2-OH2O, welches bei der nieä-v rigen Temperatur von etwa 780C schmilzt, bis zu etwa 78O0C stabil ist und.die gewünschten Widerstandseigenschaften aufweist. Verwendbar sind auch andere ionische Verbindungen als die bisher erörterten zur Herstellung der Widerstandsmasse 20, falls sie nur hohe Widerstände im festen Zustand aufweisen, im geschmolzenen Zustand gute Leiter sind und einigermaßen hohe Siede- oder Zersetzungstemperaturen besitzen. Der gewünschte Temperaturbereich bei der Anwendung der Schalter ist selbstverständlich maßgebend für die Auswahl eines geeigneten fliessenden oder schmelzenden Stoffes.
Um das Schmelzen größerer Mengen der ionischen oder fließenden Verbindungen zu vermeiden, hat sich der Zusatz eines hoch- . schmelzenden Verdünnungsstoffes bewährt, der gegebenenfalls mit der ionischen Verbindung (flux) ein Eutektikum zu bilden vermag. Wird ein Eutektikum gebildet, so erniedrigt sich dadurch etwas der Schmelzpunkt der ionischen Verbindung. Die Hauptwirkung neben der durch die Aufrechterhaltung eines scheinbar festen Zustande der Vorrichtung erzielten mechanischen Stabilität liegt darin, daß auf diese Weise eine regulierte kleine Menge von "flux" geschmolzen werden kann, ohne daß "flux" in größeren Mengen schmilzt. Auf diese Weise gelingt es auch, den Schalter auf eine teilweise geschlossene Stellung einzustellen. Zweckmäßig soll das das Eutektikum bildende Verdünnungsmittel seinerseits selbst im festen Zustand einen hohen Widerstand und im geschmolzenen Zustand einen niedrigen Widerstand aufweisen. Auch sollte sein Schmelzpunkt merklich höher als der vom "flux" sein.
Üblicherweise wird ais Bildner des Eutektikums ein Stoff gewählt, der chemisch mit dem "flux" nicht reagiert, damit keine Hebenprodukte mit unerwünschten Eigenschaften gebildet werden.
909850/0243 : , / - " 9 "
BAD ORIGINAL
Dr. MEDlGER
,Dies hängt jedoch von den Umständen im Einzelfall ab. Um den vollen Vorteil eines hochschmelzenden Bildners des Eutektikums zu genießen, d. h. ein kontrolliertes Schmelzen zu erreichen, wendet man vorzugsweise den Bildner des Eutektikums in Mengen an, welche seinen Anteil im Eutektikum übersteigen. Dies erübrigt sich jedoch, falls die eutektische Temperatur wesentlich niedriger als der Schmelzpunkt des "flux" ist.
iSinen besonders wirksamen V/iderstandsschalter stellt man aus einem Gemisch her, welches eine verhältnismäßig große Menge fein verteilten Metalls dispergiert in einer Matrix enthält, welche * aus einem Gemisch von "flux" und einem geeigneten hochschmelzenden Bildner des Eutektikums besteht. Ein solches'Gemisch besitzt bei seiner Arbeitstemperatur einen niedrigen Widerstand und eine hohe Ansprechschnelligkeit. Als besonders günstige Mischungen haben sich bewährt; Alkalimetallhydroxyde, wie NaOH, KOH, LiOH, als "flux", mit einem Carbonat des gleichen Metalles (also Na2OO,, KJJO^ oder LigGO^) als hochschmelzendem Bildner eines Eutektikums.
Vorzugsweise wird dieses Gemisch zusammen mit einem metallischen Verdünnungsmittel verwendet, wie oben beschrieben. Dies ist aber nicht immer erforderlich.
Es wurde weiter festgestellt, daß verschiedene, unter normalen Bedingungen feste Lithiumverbindungen ungewöhnlich wirksam als wärmeempfindliches Widerstandsmaterial sind. Als solche werden beispielsweise genannt: das Carbonat, Hydroxyd, ortho-Silicat, Sulfat, saure Sulfat, Acetat, Metasilicat, Metaborat, Fluorid, Kitrat, Oxyd, ortho-Phosphat des Lithiums und Gemische von beliebigen zwei oder mehreren dieser Verbindungen. Als besonders vorteilhaft erwiesen sich die niedriger schmelzenden Lithiumverbindungen und, falls die Lithiumverbindungen der Atmosphäre ausgesetzt werden müssen, praktisch nicht-hygroskopische Lithium-
909850/0243 " 10 "
TölbbVI
Dr. MEDlGER
- 10 -
• Verbindunge, die im allgemeinen wasserunlöslich oder nur ganz schwach, vorzugsweise mit weniger als 15 Teilen in 100 Teilen kaltem Wasser, löslich sind. Noch günstiger ist. eine Löslichkeit von weniger als 8 Teilen in 100 Teilen kaltem Wasser. Es gibt auch niedrig schmelzende und etwas hygroskopische Stoffe, die mit Lithiumverbindungen gemischt werden können, um Schmelzpunkte weit unter 300 C zu erzielen, beispielsweise die Nitrate von Silber, Calzium, Natrium, Rubidium, Kalium, Ammonium oder dergleichen. Dies erfordert aber den Einschluß in eine inerte Atmosphäre. Es wurde gefunden, daß für den Zweck der vorliegenden Erfindung die Stoffe besonders günstig sind, * die erhalten werden, wenn man metallisches Lithium in Luft oder Sauerstoff vollständig oder im wesentlichen vollständig verbrennt. Dabei scheinen Gemische von Lithiumcarbonat, Lithiumhvdroxyd und Lithiumoxyd in annähernd gleichen Mengen zu entstehen. Besonders vorteilhaft ist auch Lithiumhydroxyd.
Bei Anwendungen, wo Hygroskopizität und merkliche Wasserlöslichkeit der erwähnten ionischen Verbindungen, einschließlich der angegebenen Lithiumverbindungen, zu Schwierigkeiten infolge besonderer Umgebungsverhältnisse führen können, beispielsweise im Fall von Lithiumacetat, können diese Verbindungen unter Luftausschluß oder unter einem inerten G-as, wie Helium, Argon, Stickstoff oder dergleichen eingekapselt werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Einkapslung der ionischen Verbindung der Vorrichtung 13 von Fig. 1, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile kennzeichnen. Hier ist eine aus gasun-r durchlässigem, elektrisch isolierenden Stoff, z. B. Glas oder ': dergleichen, gebildete Hülle 25 über den Rändern der Vorrichtung 13 angeordnet und mit diesen verschmolzen, um die ionische Schicht 20 von der umgebenden Atmosphäre abzuschließen. Gegebenenfalls kann innerhalb der Hülle 25 eine Atmosphäre von Wasserstoff oder einem anderen inerten Gas eingeschlossen werden.
909850/0243 - 11 -
Dr. MEDIGER
- 11 -
- -""-■■- ν "· ·■.■ ■-. i c
Die verschiedenen oben angegebenen Lithiumverbindungen weisen . im festen Zustand wesentlich negative Koeffizienten des TemperaturwiderstandB1 auf und ergeben daher große gleichförmige Änderungen in elektrischen Widerstand bei Herbeiführung von Änderungen ihrer Temperatur. Infolgedessen eignen sie sich besonders für die modulierende Kontrolle des Stromflusses im Stromkreis IV mit Hilfe des Regulierstromkreises 15» Hier werden die verschiedenen Lithiumverbindungen und Gemische solcher vorzugsweise nach ihren Schmelzpunkten und elektrischen Eigenschaften ausgewählt, so daß sie im ganzen Bereich -J.hrer Betätigungstemperatur im festen Zustand bleiben und eine gleichförmige Mo- f dulierung des Stromflusses gewährleisten.
Die verschiedenen Lithiumverbindungen zeichnen sich auch neben dem hohen Widerstand im festen Zustand durch einen scharfen Abfall ihres Widerstands bzw. ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit^ in gewissen erhöhten Temperaturbereichen aus, die beispielsweise auch ihre Schmelzpunkte umfassen. Es wurde weiter festgestellt, daß die verschiedenen Lithiumverbindungen, welche bei Temperaturen oberhalb ihrer Schmelzpunkte stabil sind, in ihrem festen Zustand die üblichen Hochspannungsleitungen von beispielsweise 110 o.er 220 V mit einem zu vernachlässigenden Leckstrom blockieren, d. h. mit Widerständen von 10 Ohm oder mehr, während sie im geschmolzenen Zustand eine gute elektrische " Leitfähigkeit haben. Infolgedessen können die verschiedenen Lithiumverbindungen- im Sinne der vorliegenden Erfindung vorteilhaft zum Öffnen und Schließen von Stromkreisen angewendet werden,,, indem si e unter dem Einfluß des Steuerstromkreises 15 den Stromkreis 11 im festen Zustand öffnen und im geschmolzenen Zustand schließen. Hier werden vorzugsweise Lithiumverbindungen mit verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkten angewendet, so daß zum Erhitzen .bis auf ihren Schmelzpunkt nur kleinste Mengen elektrischer Energie im Steuerstromkreis 15 erforderlich sind und eine maximale Stromverstärkung zwischem dem Steuerstromkreis
909850/0243
- 12 -
Dr.MEDIGER
- 12 -
15 und dem Arbeitsstromkreis 11 erreicht wird.
Erhitzt man die genannten ionischen Verbindungen, einschließlich der erwähnten Lithiumverbindungen, zum Öffnen und Schließen von Stromkreisen zum Schmelzen, so muß dafür gesorgt werden, daß die· geschmolzene ionische Verbindung an ihrem Ort und in elektrischer Verbindung mit den Metailelektroden bleibt, welche in den Arbeitsstromkreis eingeschaltet sind. Hierzu werden die ionischen Verbindungen in geeigneter Weise festgelegt oder eingekapselt. Beispielsweise kann die Hülle 25 von Fig. 2 ebenso für diesen Zweck wie für den Schutz der ionischen Verbindungen gegen die Atmosphäre verwendet werden. In einer weiteren bedeutungsvollen Ausführungsform der Erfindung sind die genannten ionischen Verbindungen, einschließlich der Lithiumverbindungen, in einem Gemisch enthalten, das mit einem festen Stoff verdünnt ist, so daß das Gemisch jederzeit im festen Zustand bleibt, selbst wenn sich kleine Tröpfchen oder Rinnsale der geschmolzenen Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung bilden, welche den elektrischen Strom frei durch das feste Gemisch leiten, sobald das Gemisch auf eine Temperatur oberhalb der Schmelzpunkte der Lithium- oder sonstigen Verbindungen gebracht wird. Das feste Verdünnungsmittel des Gemisches hält also die Lithiumoder sonstige ionische Verbindung stets an ihrem Platz innerhalb des Gemisches, gleichgültig, ob diese Verbindungen selbst sich gerade im festen Zustand für die Öffnung des Arbeitsstromkreises oder im geschmolzenen Zustand für die Schließung desselben befinden. Wenn eine solche Mischung auf eine Temperatur zum Schmelzen der Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung zu kleinen Tröpfchen und Rinnsalen, welche den Strom zu leiten vermögen, erhitzt v;ird, so ändert sich für das Auge der physikalische Zustand des Gemisches nicht erkennbar. Damit ist also tatsächlich eine echte "solid state"-Vorrichtung zum Öffnen und Schließen des Arbeitsstromkreises geschaffen, die weder mit den Schwierigkeiten und Anfälligkeiten von mechanisch betätig-
.909*50/0243
Dr. MEDlGER
- 13 -
ten Kontakten noch mit denen von fließenden Flüssigkeiten oder dergleichen behaftet ist. Dank dieser aeibstgenügsamen Eigenschaften der "solid state"-Gemisehe der Erfindung lassen diese sich in zahlreichen verschiedenen Weisen zur Regulierung fliessender elektrischer Ströme benutzen. Beispielsweise können Schichten oder Filme zwischen Blattelektroden, wie im Zusammenhang mit i?ig. 1 und 2 beschrieben, angeordnet werden. Ebenso lassen sich Körper zwischen konzentrischen Elektroden und Überzügen oder Schichten auf gedruckten Stromkreisen anordnen, wie nachstehend beschrieben werden soll. |
Wie bereits im Zusammenhang mit den anderen ionischen Verbindungen erwähnt wurde, dürfen Verdünnungsmittel selbstverständlich auch die Lithiumverbindungen nicht ungünstig in ihrem elektrischen Widerstand oder ihren Leitfähigkeitseigenschaften beeinflussen oder mit ihnen Umsetzungsprodukte von unerwünschten Eigenschaften entstehen lassen. Die festen Verdünnungsmittel können aus verschiedenen Kategorien, beispielsweise Halbleitern, fein verteilten Metallen, anderen Verbindungen und dergleichen gewählt werden. Unter anderen Verbindungen sind bei-. spielaweiae andere Lithiumverbindungen oder Verbindungen von anderen Elementen als lithium gemeint. Dieae können mit relativ hohen Schmelzpunkten gewählt werden, um das Gemisch insge- f samt im festen Zustand zu erhalten. Unter Umständen kann es wünschenswert sein, dia llthiumverbindung, die zum Schmelzen erhitzt werden aoll, mit einem anderen Stoff zu mischen, um ein eutektisehaa Gemisch innerhalb des "solid atate"-Gemiachea zu bilden, wobei der Schmelzpunkt der Lithiumverbindung abgesenkt wird. Dies gelingt besonders gut durch Zusatz anderer lithiumverbindungen, ao daß im eutektiaohen Gemisch mehrere Lithiumverbindungen entstehen. Beispielsweise aind Lithimahydroxyd als schmelzende Substanz und Lithiumoarbonat ala Bildner des Eutektikums sehr gut wirkaam» Gan» allgemein aoll daa zugesetzte feate Verdünnungsmittel» ob es aiafa nun um eine lithium-
8098SQ/02U T H '
BAD
Dr. MEDIGE«
- 14 -
verbindung oder um eine andere Verbindung handelt, selbst bei Raumtemperatur einen verhältnismäßig hohen Widerstand besitzen und bei erhöhten Temperaturen verhältnismäßig gut leiten.
Zwar ist es besonders günstig, als schmelzbare Verbindungen nur Lithiumverbindungen zu verwenden, aber geeignet sind auch schmelzbare Verbindungen andere Elemente als Zusatz, welche solche'Eigenschaften besitzen und in solchen Mengen angewendet werden, daß' sie für den jeweiligen Verwendungszweck die gewünschten Eigeia^ schäften und Charakteristika der anwesenden schmelzbaren Lithiumverbindungen nicht störend beeinträchtigen.
Im Zusammenhang mit den beschriebenen "solid stateM-Schaltvorrichtungen ist zu erwähnen, daß bei Anwendung einer Gleichstromspannung, deren Größe zur Elektrolyse der genannten ionischen Verbindungen und insbesondere Lithiumverbindungen ausreicht, (was unter Umständen nicht mehr als 1 bis 5 V erfordert) so ist gegebenenfalls mit einer solchen Zersetzung dieser Verbindungen zu rechnen. Infolgedessen sollen im allgemeinen die Schaltvorrichtungen der Erfindung nicht als Schalter für Gleichstromquellen, insbesondere bei hohen Spannungen, verwendet werden, sondern auf die Anwendung mit Wechselstromquellen beschränkt werden, für welche sie sich hervorragend eignen. Die technisch üblichen V/echselstroraspannungen, beispielsweise von 110 und 220 V scheinen die Lithiumverbindungen oder sonstigen ionischen Verbindungen wenig oder gar nicht zu zersetzen, soweit es sich um die Schalter der vorliegenden Erfindung handelt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der tfiderstandsschalteinrichtung, die im wesentlichen zylindrisch gestaltet ist. Hier ist eine innere Metallelektrode 35 vorgesehen, die auch die Gestalt eines Drahtes haben kann, während ^ine äußere rohrförmige Metallelektrode 36 konzentrisch im Abstand um die erwähnte innere Metallelektrode angeordnet ist. iäine Lithiumverbindung oder eine sonstige ionische Verbindung der oben ge-
9098 5070243 "
BAD
Dr. MEDlGER
- 15 -
nannten Art mit einem negativen Temperaturwiderstands-Koeffizienten ist zwischen den beiden Elektroden 35 und 36 angeordnet und steht mit beiden in elektrischem Kontakt. Die innere Elektrode 35 kann verlängert sein, um einen Anschluß 38 zu bilden, l/vährend die Außenelektrode 36 eine Verlängerung 39 als Anschluß erhält, um die Lithiummasse 37 in Reihe in den Arbeitsstromkreis 11 von Fig. 1 einzuschalten. Eine Heizspirale 40 ist unter elektrischer Isolierung um die Außenelektrode 36 gelegt und dient zur Beheizung der innerhalb dieser Elektrode befindlichen Lithiumverbindung. Die Heizspirale 40 besitzt Anschlüsse 41 und 42, mit denen sie in den Heizstromkreis 15 von Fig. 1 eingeschaltet ist.
Die Heizspirale 40 erhitzt die Lithium- oder sonstige ionische Verbindung 37» und durcli die Temperatursteigerun/r innerhalb dieser Verbindung wird der Stromfluß im Stromkreis 11 gesteigert. Bei ϊ/iederabkühlung der Verbindung vollzieht sich der umgekehrte Vorging. Falls die Lithium- oder sonstige ionische Verbindung 37 der Widerstandsschaltung von JB'ig. 3 durch Luft oder Feuchtigkeit beeinträchtigt werden kann, stellt man eine Einkapslung her, indem man für das offene Ende der äußeren Elektrode 3t> eine geeignete Abdeckung vorsieht und gegebenenfalls noch eine Atmosphäre von inertem Gas, wie Helium, Argon, Stickstoff und dergleichen, über der Masse stehen läßt.
Eine "andere Ausbildungsform des Erfindungsge^enstandes ist in allgemeiner Form in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Sie umfaßt eine islektro-Isolierbahn 46 aus geeignetem Material, wie Summer, Keramik, härtendem Kunstharz oder dergleichen, oder eine geeignete I.Ietall-Lage mit einer elektrisch isolierend wirkenden Oxydschicht oder Berylliumoxyd, welches ein guter elektrischer Leiter und ein guter Wärmeleiter ist. Auf einer Oberfläche der Isolierbahn ist ein Paar von ;.,etallkäinmen 47 und 49 angeordnet, deren Zähne 48 und 50 sich auf Lücke inein-
909850/0243 ■ . BAD " ^ "
Dr. MEDlGER
- 16 -
anderschienen und die zwei Elektroden bilden. Die Kämme 47 · und 49 können auf die Isolierbahn in jeder beliebigen Weise aufgebracht werden, z. B. durch Aufdrucken, durch Seidensieb, Vakuum-Placierung oder dergleichen. Die ineinandergreifenden Karnmzähne 48 und 50 können ganz dünn und dicht aneinander gerückt sein, so daß sie auf kleiner Fläche möglichst weit ineinandergreifen. An den Kämmen 47 und 49 können Lappen 51 und
52 vorgesehen sein, um die Kämme in den Arbeitsstromkreis 11 von Fig. 1 einzuschalten. Eine Überzugsschicht oder ein dünner Film 53 einer Lithium- oder sonstigen ionischen Verbin-
^ dung der angegebenen Art wird auf die Oberfläche der Isolierbahn 46 über den Zähnen oder Elektroden 48 und 50 und in elektrischer Berührung mit denselben angebracht. Diese Schicht
53 kann in verschiedener Weise, z. B. durch Aufmalen oder Aufpressen einer Aufschlämmung der Verbindung mit anschließendem Erhitzen und Trocknen, durch Erhitzen der Isolierbahn und Aufspritzen einer Aufschlämmung der Verbindung mit anschließendem Backen und Trocknen durch die erhitzte Bahn, durch Aufdampfen der Verbindung und Ankondensieren des sublimierten Stoffes oder durch elektronische Zerstäubung im Vakuum oder
in sonstiger Weise aufgebracht werden. Vorzugsweise wird der Überzug 53 ganz dünn gestaltet, beispielsweise als Film von monomolekularer Dicke bis aufwärts zu Dicken von 0,0005 bis ψ 0,01 Zoll. Selbstverständlich kann die Überzugsschicht aber auch massiver gestaltet werden. Wenn die Kämme und infolgedessen die Elektroden in den Arbeitsstromkreis 11 von Fig. 1 eingeschaltet werden, so wird die Lithium- oder sonstige ionische Verbindung zwischen den Elektroden in Reihe mit diesem Stromkreis verbunden und der Stromdurchfluß wird in Abhängigkeit von dem Temperaturwiderstands-Koeffizienten der Verbindung gesteuert.
Ein Heizstromkreis 54 wird aurch Aufdrucken, Siebdruck, Vakuumplaiüerung oder dergleichen auf der anderen Seite der Isolier-
909850/02A3 " 17 "
BAD ORiGINAL
Dr. MEDIGER
- 17 -
■bahn 46 aufgebracht, wobei die Lappen 55 und 56 zum Anschluß an den.Steuerstromkreis 15 von Fig. 1 dienen. Sobald Strom durch den HeizStromkreis 54 fließt, wird das auf der anderen Seite befindliche Lithium- oder sonstige Salz erhitzt und durch die Temperaturanderung in seiner Leitfähigkeit verändert, wie dies im einzelnen bereits geschildert wurde. Die Ausführungsform gemäß Pig. 4 und 5 ist dank ihrer großen Oberfläche und ihrer geringen Dicke außerordentlich schnell in der Regulierung des Stromflusses des Arbeitsstromkreises und infolge der Vielzahl der Zähne oder Elektroden 48 und 50 besitzt sie % große Kapazitäten für die Stromführung. Auch hier kann, wenn es gewünscht wird oder notwendig erscheint, die Lithium- oder sonstige Verbindung zum Schutz gegen Luft und Feuchtigkeit eingekapselt werden, indem man einen eigenen Schutzüberzug aus einem für Luft und Feuchtigkeit undurchlässigen Material aufbringt.
Eine andere Form der Widerstandsschaltung oder Stromregulierungseinrichtung der Erfindung ist schematisch in Fig. 6 und 7 mit dem Bezugszeichen 60 dargestellt. Die Anordnung ähnelt etwas der Anordnung gemäß Fig. 4 und 5. Ein Paar Metallkämme 62, 64 ist auf einer Seite einer elektrisch isolierenden Bahn 61 angeordnet, die Zähne 63 und 65 der Kämme greifen auf Lücke " ineinander, so daß die Kämme im Abstand befindliche Elektroden bilden. Die Lappen 66 und 67 dienen zur Einschaltung der Kämme in den Arbeitsstromkreis. Auf der gleichenSeite der Bahn 61 ist in den Zwischenräumen zwischen den Zähnen 63 und"65 der Elektroden ein Heizstromkreis 68 angebracht, welcher vorzugsweise ebenfalls mit Anschlußlappen 69 und 70 ausgestattet ist, mit deren Hilfe er in den Steuerstromkreis eingeschaltet wird.
Zweckmäßig wird der Heizstromkreis 68 elektrisch isoliert, bei- i spielsweise durch Aufbringen eines geeigneten Isoliermaterials. j Danach wird eine dünne Schicht 71 einer Lithium- oder anderen i
— 18 —
909860/0243
Dr. MEDlGER
- 18 -
ionischen Verbindung auf dem isolierten Heizstromkreis und den Elektroden 63 und 65 angeordnet, in der Weise, daß sie mit den genannten Blektroden in elektrischer Berührung steht, während sie vom Heizstromkreis isoliert ist. Diese dünne Schicht der lithium- oder sonstigen Verbindung zwischen den Elektroden 63 und 65 wird in Reihe in den Arbeitsstromkreis geschaltet und reguliert den Stromfluß in letzterem in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur der Verbindung 71. Der Heizstromkreis 68 ist in die lithium- oder sonstige Ver- h bindung eingebettet unddaher mit dieser eng verbunden, so daß er die Temperatur der Verbindung rasch verändern kann. Auf diese Weise ist ein außerordentlich schnell wirkender Widerstandsschalter geschaffen.
Wie in Pig. 7 dargestellt, können auf die andere Seite der Isolierbahn 61 zusätzliche Elektrodenkämme, Heizstromkreise und Schichten von Lithium- oder sonstigen Verbindungen aufgebracht werden. Die verschiedenen Anschlußläppen der Elektrodenkämme und der Heizstromkreise können dabei über die Ränder der Isolierbahn 61 hinausragen, so daS man sie untereinander parallel schalten kann. Durch eine solche Verdopplung der Elektroden und Heizstromkreise in Parallelschaltung wird die P Stromführungskapazität des Geräts 60 erheblich vergrößert. Die Isolierbahn 61 kann von der gleichen Art wie die früher beschriebene Isolierbahn 46 sein. Auch die Metallkämme 62 und 64 und die dünne Schicht 71 der Lithium- oder sonstigen Verbindung können in Aufbau und Anwendung den entsprechenden Teilen der Ausführungsform von Fig. 4 und 5 ähnlich sein.
Auch hier kann die Lithium- oder sonstige Verbindung nötigenfalls zum Schutz gegen Luft und Feuchtigkeit verkapselt sein, indem man eine Überzusschicht oder Überzugsfolie aus einem ' entsprechenden für Luft und Feuchtigkeit undurchlässigen Material darüber anordnet.
909850/0243
Dr. MEDlGER
- 19 -
Eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist unter dem Bezugszeichen 75 in Fig. 8 und 9 dargestellt. Ein Paar Metallkämme 77 und 79 ist auf der einen Seite einer ersten Isolierbahn 76 mit ineinandergreifenden Zähnen oder Elektroden 78 und 80 und Anschlußlappen 81 und 82 angeordnet. Ein Heizstromkreis 84 mit Anschlußlappen 85 und 86 ist auf einer zweiten Isolierbahn 83 angebracht. Zwischen den beiden Isolierbahnen 76 und 83 ist in Schicht- oder Filmform eine Lithiumoder sonstige Verbindung 87 in elektrischem Kontakt mit den Zähnen oder Elektroden 78 und 80 der Käimne vorgesehen und in- λ folgedessen in Reihe in den Arbeitsstromkreis eingeschaltet, in dem sie den Stromfluß steuert. Die zweite Isolierbahn 83 isoliert den Heizstrcmkreis 84 elektrisch von der Schicht -87 der Lithium- oder sonstigen Verbindung und bildet zusammen mit der ersten Isolierbahn 76 eine Hülle, welche die Schicht 87 der Lithiuinverbindung vor Luft und Feuchtigkeit schützt. Auch hier heizt der Heizstromkreis 84 die Schicht der Lithiumverbindung auf und vergrößert infolgedessen den Stromdurchfluß im Arbeitsstromkreis mit steigender Temperatur. Läßt man die Temperatur der Lithiumverbindung absinken, so vollzieht sich der umgekehrte Vorgang.
Schließlich ist eine weitere Ausführungsform des Y/iderstands- M schalters in Fig. 12 mit dem Bezugszeichen 105 gekennzeichnet. Hier ist ein Paar Metallkämme 107 und 108 mit ineinandergreifenden Elektrodenzähnen 109 und 110 auf einer Seite einer I30-lierbahn 10b angeordnet. Die Kämme haben wie üblich zv.eckmäßig Anschlußlappen 111 und 112. ^ine düt:ne Schicht 113 einer Lithiumoder sonstigen Verbindung wird über den ineinandergreifenuen Zähnen oder Elektroden 109 und 110 der I.etallkä.me 107 und auf der Isolierbslm 10ό angebracht. Beschaffenheit und Anlringungsart der !Bestandteile entsprechen den bereits beschriebenen Ausführungsformen. Ein dünnes elektrisches Isolierblatt 114 aus Glimmer, Berylliumoxyd oder dergleichen wird über die
909850/0243 - 20 -
BAD ORIGINAL
Dr. MEDlGER
- 20 -
Isolierbahn 10b in Berührung mit αer Schicht 113 aus Lithiumocier sonstiger ionischer Verbindung und einem Heizelement 115 in B'orTn einer Folie oder dergleichen gegen die Isolierbahn 114 aufgebracht. Eine weitere isolierende Schicht 116 von Glimmer, Berylliumoxyd oder dergleichen wird dann über die Heizfolie 115 aufgetragen. Gegen die Isolierbahn 116 wird eine weitere isolierende Folie 117 mit Ivietallkämmen 107, 108 und ineinandergreifenden Elektrodenz-ihnen 109 und 110, sowie einer dünnen Schicht 113 »us Lithium- oder einer sonstigen ionischen Verbindung angeordnet. Auf diese Weise wird ein Aggregat aus zwei
" dünnen Schichten einer Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung in Berührung mit den Zähnen oder Elektroden der Metallkante, sowie einer zwischen beiden angeordneten Heizfolie 115 geschaffen, v.elche von den Schichten der Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung durch dünne elektrische Iaolierfolien -etrenn ist. Leitet man nun Strom durch die Heizfolie 115 mit Hilfe des oteuerstromkreises von Fig. 1, so werden die beiden Schichten der Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung rasch aufgeheizt. Man erhält einen Wider3tandBschalter, der in Arbeitsstromkreis von Fig. 1 große Strommengen führen kann und der schnell anspricht. Auch hier dienen die Isolierbahnen 106 und 117 zum Verkapseln der dünnen Schichten aus
^ Lithium- oder einer anderen ionischen Verbindung gegen Einfluß von Luft oder Feuchtigkeit.
Die Vorrichtung der Erfindung kann auch in Form eines Stapels gebaut werden, der eine Mehrzahl dieser Vorrichtungen zusammenfaßt. Beispielsweise kann die andere Seite der Isolierbahn 117 mit Letallkäriimen 107 und 108 und ineinandergreifenden Elektrodenzähnen 109 und 110 und einer abdeckenden dünnen Schicht 113 aus einer Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung versehen sein. Dazu gehören eine dünne elektrisch isolierende Folie 118, Heizfolie 119, eine Isolierfolie 120 und eine Isolierfolie 121 mit I&etallkämmen 107 und 108, Zähnen 109
909850/0243 " 21 ~
BAD ORIGINAL
Dr. MEDlGER
- 21 -
und 110 und einer dünnen Schicht 112 einer Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung. 3o können diese reiden Ag-jregate miteinander derart vereinigt werden, wobei die I3oiierbahn mit Metallkäranen und Schicht aus Lithium- oder sonstiger ionischer Verbindung beiden Aggregaten gemeinsam ist. Auch eine größere Anzahl solcher Aggregate kann in analoger Weise zueinem Stapel zusammengefaßt v/erden, der eine entsprechend noch größere Stromführungskapazitat bedingt.
Widerstandsachalter mit einem scharfen Abfall des Widerstands bzw. der guten elektrischen leitfähigkeit werden erhalten, ir.- M dem man die Temperatur der Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung so einregelt, daß diese rasch vom festen in den geschmolzenen Zustand und umrekehrt übergeht. Hierzu dient beispielsweise die Anordnung von Pig. 13· In dieser bezeichnen gleiche ßezugszeichen dieselben l?eile wie in ?i;;. 1. Zusätzlich enthält Mg. 13 eine Einrichtung, um die Lithium- oder uonstige ionische Verbindung 20 üblicherweise bei eil.er höheren Temperatur etwas unterhalb cieo Jchmelzpunktes zu halten. In Fig. 13 wird dies durch einen einstellbaren Widerstand 12b bewerkstelligt, der durch die Verbindung 125 mit dem Regulierschalter 17 als Schütz ausgestattet ist.
Wenn gemäß Pig. 13 der Steuerschalter 17 offen ist, so fließt ä eine begrenzte Strommenge durch den Widerstand 126 zur Heizvorrichtung 14 und heizt die Schicht 20 der Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung auf eine höhere Temperatur auf, welche unter dem Schmelzpunkt dieser Verbindung liegt. Unter diesen Bedingungen ist der Widerstand der Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung verhältnismäßig hoch una blockiert daher wirksam das Fließen größerer Strommengen. Infolgedessen ist der Arbeitsstromkreis 11 praktisch geöffnet. Schließt man aber den Steuerschalter 17, so wird der Widerstand 126 abgeschaltet, so daß sich der Stromfluß durch das Heizelement 14
- 21 -
90985070243
BAu
Dr. MEDIGER
steigert und die Schicht aus Lithium- oder sonstiger ionischer Verbindun^'rasch in ler. .'■e^cr.mc'Izenen Zustand gebracht wird. Unter diesen ^edinf-un.jen fälLt der ">Vi·::erst»n-.i der Lithium- oder 3or:sti.-!en Verbindung scharf ab und es ergibt sich eine verhältnismäßig gute Leitfähigkeit, r,o daß der Arbeitsstromkrois 11 wirksam geschlossen ist. .Virü der steuerschalter 17 wieder γό-öftnet, so kühlt sich aie Lithiux- oder sonstige Verbindung rasch ab und verfestigt sicr. v/ieder, bei einer T ir.oeratur, die durch den .vidorsiand 126 bestimmt iet und wirksam den Arbeitnstromkreis schließt. Auf diese ,/eine wird der Arbeitsstromkreis mit eineir i..inimum an zeitlicher Verzögerung geöffnet und geschlosser.. Der Schützwiderstanl 1 Zt karn auch in solchen Fällen benutzt werden, in derer uue xieizen der Lithiumverbindung bis zum ochmelzen nicht erforderlich oder nicht erwünscht ist, vielmehr eine bestimmte ...indestemperatur in der j ithiumverbindunc; aufrecht erhalten werden soil, uir. den Arbeitsstromkreis in einem teilv/ei::e geschlossenen Zustand zu halten. In allen Fällen, in dent-η die überführung der Lithium- oder sonstigen ioniscxien Verbindung in den geschmolzenen Zustand gewünscht wird, Kann die Schmelze in ihrer räumlichen Lage festgehalten v/erden, indem man sie mit anderen iuateralien, v.ie Verdünnungsstoffen, einschließlich Halbleitern und fein verteilten Letallen oder anderen Verbindungen, auch solche des Lithiums oder sonstiger ionischer Verbindungen, mischt, welche bei höheren Temperaturen als die Schicht 20 schmelzen. In letzterem Fall sind eutektische Mischungen der Verbindungen anwendbar, um für die zu schmelzende Lithium- oder sonstige Verbindung eine Schmelzpunktsenkung zu erreichen. Bin besonders günstiges eutektisches Gemisch enthält Lithiumhydroxyd als schmelzendes Material und Lithiumcarbonat als Bildner des Eutektikums. Hinzu kann gegebenenfalls ein metallisches Verdünnungsmittel treten. Diese verschiedenen "solid state"-Gemische mit Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindungen eignen sich für alle die zahlreichen Ausführungsformen der Widerstandeschaltung der Erfindung und die geschmolzene Lithiu»- oder son-
909850/0243 _ 23 -
BAD ORIGINAL
Dr. MEDlGER
- 23 -
e ionische Verbindung wird dabei in dem feet erscheinenden Gemisch in ihrer Lage festgehalten.
Ü3 wurde ferner gefunden, daß die Schaltelemente der Erfindung nicht nur durch indirekte Beheizung, sondern auch durch Anlegen einer elektrischen Spannung aktiviert werden können. Fif. 10 zeigt schematisch eine Iiothode hierfür. Das Widerstandschaltelement 90 besteht in diesem Pail aus der Schicht Sb einer Lithium- oder sonstigen ionischen Verbindung, gegebenenfalls mit Verdünnungsstoffen, zwischen als Letailplatten 91 j und 92 ausgebildeten Elektroden, die in den Haupt-Wechselstrom-Arbeitsstromkreis eingeschaltet sind. Ein Sekundärstromkreis 94- ist mit den entgegengesetzten Enden der Schicht 96 aus Lithium- oder sonstiger ionischer Verbindung über die Anschlußstücke 97 und 93 verbunden. In diesem Stromkreis °4 befindet sich ein 'Jleichstroiagenerator 99f der einen Kondensator 101 speist, sobald der Schalter 102 offen steht. Wird der Schalter 102 kurz geschlossen und geöffnet, so entlädt sich der Kondensator 101 durch die Schicht Sb aus Lithium- oder sonstiger ■ ionischer Verbindung und aktiviert augenblicklich das Schaltelement 90, so daß fortlaufend Wechselstrom durch den Stromkreis 93 fließt.
Im Sinne der gegenwärtigen Beschreibung umfaßt der allgemeine Ausdruck "Schalter" auch Relais und dergleichen. Unter dem Öffnen und Schließen eines elektrischen Stromkreises ist zu verstehen, daß der Widerstand aes S ehalt elements sich von einem verhältnismäßig hohen ,/ert, welcher den Stromfluß auf ein annehmbares und zu vernachlässigendes i.iinimum reduziert, zu einem ausreichend niedrigen Widerstand verändert, um einen 3tromfluß mit einem erträglich niedrigen Energieverlust zu ermöglichen.
BAD ORiGlNAL
909850/0243 " 24 "

Claims (1)

  1. Dr. MEDlGER
    - 24 -
    latent ansprüohe ι
    1« Vorrichtung *ur Btrüisregulleruni: in elektrischen 3tro«krelsent gekennzeichnet durch getrennt angeordnete Metellelektroden, einen gvleehett dieeen und la elektrische» Kontakt mit denselben angeordneten fe«t«n lonlsohen Stoff alt wesentlich nee*·» tit·« Teftperaturwiderstunciekoefflalenten, alt den Elektroden rerbundene äidttel» duroh *elehe dl« ioniecbe Verbindung in ueiljt itlt dta «lektrieoben otromkrtl· iur Regulierung dt« Stroa» flutse« In Abhärfifiktlt το» loaptroturtuatand der lenlaoben Verbindung geeohnltct let, eowle Mittel nur Yeränderunf de· T«K{)eratur«uetandä der lonleeben Verbindung·
    2« Vc j ri oh tun»· na.oh ^napruch I1 dadurob g«k«nnteiohnet» d«0 die ionische Verbindung bei norealer feeptratur feet let und einen hohen elektrieohen . lderetand aufweiet, während ihr i* gtöOhEOlBcnen Zuntand stark anfallt.
    Vorrichtung nach .1.Spruch 1 oder 2, dadurch gekenneelohnet, dufl die ionische Verbindung alt einen verdünnenden Stoff gemischt ist» welcher el .en so viel höheren öchr,elspimkt ale die ionleohe Verbindung aufweist, daß er letz ι tat ;..uch in gesohaol·» Zustand In ihrer riuallohen Lege festhält und dae Geals gansee &uob in dieses Fall alefeete Kasse erscheint·
    4« Vorrichtung nnoh Anspruch 1 bia "5$ d&durch gekennselehnet» dall auoh ale Verdünnungsmittel eine oder tcehrere Ionieche Verbindungen entsprechend höheren 3enaelspunktes angewendet werden.
    909850/02A3
    - 26 -
    BAD ORIGINAL
    Dr. MEDlGER
    - 25 -
    5. Vorrichtung η*oh Anspruch 1 bis 4, tiaduroh gekennzeichnet, daß alt schaeliender Jtoff alndestens eine Verbindung der Alkali* oder Erdalkalimetalle und vorzugsweise dea Lithium» eingewendet 1st.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, da? als schmelzender 3toff das Oxyd, Hydroxyd oder Garbonst de· lithiues oder das irodukt der vollständigen ?erbrensung tor
    LithiuBttetail in Luft angewendet ist«
    Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekent;xeichnett daß der BU sohcelzende iouiaohe 3toff »it »indestenn elnea anderen löslichen .".toff versiseht ist, der mit eraterta ein outektiecfcee Oeslech bildet·
    3. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daS dji-as eutektische Gesisoh Kindeetens eine Verbindung eine« - oder Erdalkell*etalle enthilt·
    9« Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennteiahitet, im$ das eutektische Oe*iseh »indeettns ein« VerbiBduDc dta L enthält·
    10· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennieichnet, da? die >ttallelektroden au· Blatt«etall, vortu«eweise in Pors von «it Ihren Z Ihn·» auf I/Joke inelnandergreifen4eti Karsten, gestaltet sind.
    909850/0243
    Dr. MEDlGER
    - 26 -
    11· Vorrichtung nach inapruch 1 bis /J, dadurch gekennzeichnet» daS die «Ια« üJektrode stabförmig ausgebildet und von der rohrförmig gestalteten anderen !elektrode kouaentritch umgeben ist.
    12· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis IU, dadurch gekennzeichnet, daS ate *ett*llelektroden9 die schicht aus ionisches Z-toff und etwa erforderliche isolierende 2»fiechenachichten auf eiuer oder beiden leiten einer oder mehrerer Bahnen aus elektrisch isolierendes üater.al angeordnet sind.
    Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12» dadurch gekennzeichnet, da8 eine äehrsahl von ^chalteleKonten au eines .stapel %us&iesten^eaehaltet aInd.
    14· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13t dadurch gekennzeichnet, d«2 die elektroden und/oder itrciskrelee nach beliebigen bekannten Methoden, a. B. auch i* ; ruckverfahren, ,iiebverfahren oder durch Aufdaepfen,auf die nicht-leitende Unterlage aufgebracht sind·
    909850/0243
DE19621515641 1961-06-21 1962-06-19 Vorrichtung zur Stromregulierung in elektrischen Stromkreisen Pending DE1515641A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11864261A 1961-06-21 1961-06-21
US198348A US3271584A (en) 1961-06-21 1962-05-28 Resistance switches and the like

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1515641A1 true DE1515641A1 (de) 1969-12-11

Family

ID=26816590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19621515641 Pending DE1515641A1 (de) 1961-06-21 1962-06-19 Vorrichtung zur Stromregulierung in elektrischen Stromkreisen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US3271584A (de)
BE (1) BE619125A (de)
DE (1) DE1515641A1 (de)
FR (1) FR1334395A (de)
GB (1) GB1009837A (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3331044A (en) * 1964-11-27 1967-07-11 Horizons Inc Temperature sensor
US3399330A (en) * 1966-05-16 1968-08-27 Norma J. Vance Solid state device for opening and closing an electrical circuit
US3521131A (en) * 1968-03-22 1970-07-21 Standard Oil Co Solid state switch
JPS4935872B1 (de) * 1969-04-23 1974-09-26
US3611242A (en) * 1969-11-07 1971-10-05 Texas Instruments Inc Overload protection apparatus
JP2626041B2 (ja) * 1989-04-06 1997-07-02 株式会社村田製作所 有機正特性サーミスタ
JP5241717B2 (ja) 2006-08-31 2013-07-17 アイメック 抵抗スイッチング装置の抵抗スイッチング材料の制御された形成方法および該方法によって得られる装置
KR101305768B1 (ko) * 2011-12-27 2013-09-06 성균관대학교산학협력단 정전 분무 인쇄 장치

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1406352A (en) * 1919-11-13 1922-02-14 Westinghouse Electric & Mfg Co Thermostat
US1515202A (en) * 1921-09-16 1924-11-11 Westinghouse Electric & Mfg Co Automatic flatiron controller
US1626931A (en) * 1921-12-27 1927-05-03 Union Switch & Signal Co Electrical relay
US2178548A (en) * 1936-01-17 1939-11-07 Bell Telephone Labor Inc Resistor
GB537155A (en) * 1940-03-28 1941-06-11 Albert Ernest Berry Improvements in or relating to apparatus for controlling temperatures
US2587916A (en) * 1949-09-14 1952-03-04 Specialties Dev Corp Heat detecting cable
US2627570A (en) * 1950-01-06 1953-02-03 Gen Electric Thermosensitive resistance element containing eutectic mixtures
US2727118A (en) * 1951-12-29 1955-12-13 Westinghouse Electric Corp Heat sensitive resistor
US2842648A (en) * 1954-02-25 1958-07-08 British Insulated Callenders Heat sensitive electric cables
US2863033A (en) * 1954-11-29 1958-12-02 Gen Electric Temperature detector and method of making
US3017592A (en) * 1959-06-25 1962-01-16 Honeywell Regulator Co Condition responsive apparatus
US3064222A (en) * 1959-08-12 1962-11-13 Honeywell Regulator Co Electrical resistor
US3201736A (en) * 1962-05-28 1965-08-17 Energy Conversion Devices Inc Temperature responsive resistance device

Also Published As

Publication number Publication date
GB1009837A (en) 1965-11-17
US3271584A (en) 1966-09-06
FR1334395A (fr) 1963-08-09
BE619125A (fr) 1962-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4434819C1 (de) Vorrichtung zur Strombegrenzung
CH413018A (de) Thermoelektrischer Generator
DE1521256A1 (de) Elektrische Kontaktstruktur und Herstellungsverfahren dafuer
DE1214786B (de) Elektrischer Kondenstator und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1927454C3 (de) Supraleitende Verbindung von zwei Teilen aus hochfeld-supraleitendem Material
DE1515641A1 (de) Vorrichtung zur Stromregulierung in elektrischen Stromkreisen
DE1465467A1 (de) Auf Temperatur ansprechende elektrische Widerstandsvorrichtung
DE19950694C2 (de) Schalter
DE1160079B (de) Elektrische Schmelzsicherung mit drahtfoermigem Schmelzleiter
WO2003065398A1 (de) Elektrisches schaltgerät
DE3231841A1 (de) Elektrische schmelzsicherung und dafuer vorgesehenes sicherungselement
DE2402111C3 (de) Reihenverdampfer für Vakuumbedampfungsanlagen
DE3018510C2 (de) Josephson-Übergangselement
DE1540246B2 (de) Stromzufuehrungsvorrichtung fuer eine bei tiefer temperatur arbeitende anlage
DE1615591B1 (de) Kryogenischer Schalter
DE922959C (de) Hochleistungssicherung
DE1646457B1 (de) Keramisches Werkstueck fuer Elektroden
DE2137737C1 (de) Thermalbatterie
DE1665136C3 (de) Lichtbogenlöschvorrichtung
DE2912146A1 (de) Loeschkammer vom magnetischen ausblastyp fuer einen lichtbogen
DE1464574B1 (de) Reversibel in zwei verschiedene elektrische leitfaehigkeits zustaende schaltbares halbleiterbauelement
DE4205699A1 (de) Vorrichtung zum Schützen eines Geräts
DE475339C (de) Aus einem Gemisch von Silber oder einem Silbersalz mit einem leicht schmelzbaren Metalloid bestehender elektrischer Leiter mit hohem negativen Temperaturkoeffizienten
AT153007B (de) Sicherungspatrone mit lichtbogenlöschender Füllmasse.
DE739810C (de) Ferngesteuerte Stromunterbrechungseinrichtung