DE736805C - Verfahren zum Herstellen von Kupferoxydulgleichrichtern durch Oxydieren von Kupferscheiben nach vorausgegangener Erhitzung im Vakuum - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Kupferoxydulgleichrichtern durch Oxydieren von Kupferscheiben nach vorausgegangener Erhitzung im Vakuum

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DE736805C
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copper
vacuum
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DES141791D
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Carl C Hein
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Siemens AG
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Siemens AG
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Description

-in
Kupferoxydulgleichrichter werden
Regel'wie folgt hergestellt:
Eine vorher sorgfältig entfettete ■Kupferscheibe wird in einem Ofen unter Luftzutritt bei Atmosphärendruck einige Minuten lang auf etwa iooo° C erhitzt, darauf in einem zweiten Ofen auf eine Temperatur von etwa 5000 C abgekühlt und auf dieser einige Minuten gehalten, worauf die Scheibe in kaltem Wasser abgeschreckt wird. Es bildet sich dabei an der Scheibenoberfläche eine Halbleiterschicht aus Kupferoxydul, die den Sitz der Ventilwirkung darstellt, sowie eine darüberliegende Kupferoxydschicht. «Nach Entfernen der schlecht leitenden oberflächlichen Kupfer-
'oxydschicht ist die oxydierte Kupferscheibe als Gleichrichter verwendbar.
Es hat sich gezeigt, daß Gleichrichterelemente, die unter Verwendung einer so behandelten Kupferscheibe aufgebaut sind, im allgemeinen nicht mit höheren Ausgangsspannungen als etwa 3 bis 6 Volt dauernd betrieben werden können. Ferner ergeben sich Betriebsschwierigkeiten, wenn die Temperatur der Gleichrichterelemente höhere Werte, beispielsweise mehr als 500 C, annimmt.. Die Erfindung bezweckt, einen Kupferoxydulgleichrichter herzustellen, der von diesen Beschränkungen frei ist und ohne jede Schwierigkeit mit wesentlich höheren Ausgangs-
spannungen als 6 Volt je Scheibe sowie bei verhältnismäßig hohen Temperaturen betrieben werden kann und der daher bei gleicher Wattleistung und gleichen Abkühlungsverhältnissen einen geringeren Raumbedarf als die bekannten Gleichrichter erfordert.
Dieser Zweck wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das bekannte Verfahren zürn Herstellen von Kupferoxydulgleichrichtern, bei dem die Kupferscheiben zunächst im Vakuum erhitzt und alsdann oxydiert werden, so modifiziert wird, daß die Kupferscheiben vor ihrer Oxydierung in einem Hochvakuumgefäß bei einer Temperatur von mindestens 70b0 C mehrere Stunden lang einem Luftdruck von weniger als 0,3 mm Quecksilbersäule ausgesetzt werden. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, während der Behandlung der Kupferscheiben bei einer Temperatur zwischen 9000 C und dem Schmelzpunkt des Kupfers, vorzugsweise bei rund 10000 C, einen Luftdruck von ρ,οοοι mm Quecksilbersäule oder weniger aufrechtzuerhalten.
Die Erhitzung im Vakuum geschieht bei dem bekannten Verfahren zu dem Zweck, in den Kupferscheiben mechanische Spannungen zu vermeiden, die beim Gebrauch des Gleichrichters Formänderungen der vorher ebenen Scheiben herbeiführen und dadurch die Gleichmäßigkeit des elektrischen Kontaktes mit der Gegenelektrode beeinträchtigen und den Wirkungsgrad des Gleichrichters vermindern. Bei dem bekannten Verfahren wird überdies die Erhitzung im Vakuum, über dessen Höhe bestimmte Angaben nicht gemacht sind, auf wenige Minuten beschränkt. Auch kann sie mit gleichem Erfolg ebensogut nach wie vor dem Oxydieren der Scheiben stattfinden. Man kann sogar bei dem bekannten Verfahren das Ausglühen im Vakuum durch eine Erhitzung in einer indifferenten Atmosphäre ersetzen.
Das Verfahren nach der Erfindung unterscheidet sich nach Zweck und Durchführung von dem bekannten Verfahren wesentlich. Mit seiner Anwendung ist die Erzielung wichtiger technischer Vorteile verbunden.
Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung beruht vor allem darauf, daß die Kupferscheibe von gewissen Verunreinigungen des zu ihrer Herstellung verwendeten Kupfers, unter denen vor allem Blei besonders nachteilig ist, auf einfache und gründliche Weise befreit wird. Würde man die Erhitzung der Kupferscheiben bei atmosphärischem Druck oder bei mäßigem Vakuum, beispielsweise von der Größenordnung einiger Millimeter Quecksilbersäule vornehmen, so würden die verunreinigenden Bestandteile nicht verdampft und ausgeschieden, sondern mitoxydiert werden, was eine Steigerung der unerwünschten Eigenschaften des Gleichrichters zur Folge hätte.
In das Kennlinienbild der Zeichnung sind sowohl für den Vorstrom als auch für den Rückstrom der Stromspannungskeniilinien eines normalen Kupferoxydulgleichrichters der bisherigen Herstellungsart einerseits und eines nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Kupferoxydulgleichrichters eingetragen. -
Im oberen rechten Quadranten des Kennlinienbildes ist die Stromstärke einer kurzgeschlossenen Gleichrichterscheibe (in Am- pere) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (in Volt) für die Grenzteinperaturen +40° C und —400 C eingetragen. Die ausgezogene Linie 3 stellt die Kennlinie eines Gleichrichters der bisherigen Herstellungsart bei —400 C, die ausgezogene Linie 5 die entsprechende Kennlinie bei +4°° C dar. Der Kurzschlußstrom ändert sich also bei einem solchen Gleichrichter mit der Temperatur in weiten Grenzen. Je größer aber die Temperaturabhängigkeit der Stromstärke ist, desto stärker ist die kumulative Wirkung, die wegen des negativen Temperaturkoeffizienten der Kupferoxydulschicht durch eine Temperatursteigerung und die durch sie bedingte Stromzunähme herbeigeführt wird. Die gestrichelten Linien 9 und 11 geben den Verlauf der entsprechenden Kennlinien bei einem nach der Erfindung hergestellten Gleichrichter wieder. Die schraffierte Fläche 7 stellt also für diesen Fall den Änderungsbereich der Kennlinien zwischen den genannten Temperaturgrenzen dar. Man erkennt deutlich, daß hier innerhalb der gleichen Temperaturgrenzen die Stromstärke mit der Spannung viel, weniger ansteigt als bei dem Gleichrichter bekannter Bauart.
Im unteren linken Quadranten der Kennlinienbilder ist der Rückstrom (in Milliampere) in Abhängigkeit von der Sperrspannung (in Volt) eingetragen. Hier stellt die ausgezogene Linie 15 die Kennlinie des Gleichrichters bisheriger Herstellungsart bei —400 C und die ausgezogene Linie 17 die entsprechende Kennlinie bei +40° C dar. Die gestrichelten Linien 19 und 21 geben den Verlauf der entsprechenden Kennlinien bei dem nach der Erfindung hergestellten Gleichrichter wieder. Der Änderungsbereich dieser Kennlinien zwischen den Temperaturgrenzen + 40° C und —400 C wird durch die schraffierte Fläche 23 veranschaulicht. Wie man sieht, ist der Einfluß des Rückstromes auf die kumulative Wirkung der Temperatursteigerung hier wesentlich verringert.
Das Kennliniänbild läßt also bereits als wesentlichen technischen Fortschritt des nach
der Erfindung hergestellten Gleichrichters erkennen, daß man mit der Spannungsbefastu.ng je Gleichrichtereinheit sehr viel höher gehen darf als bisher. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß .man infolge der verringerten Wärmeentwicklung die nach diesem Verfahren hergestellten Gleichrichterzellen mit wesentlich höheren Leistungen belasten kann. Dies führt dazu,
ίο daß man auf die bisher meist üblichen Kühlscheiben verzichten und den' Gleichrichter erheblich kleiner bauen kann. Die Verminderung des Raumbedarfs, der auf diese Weise erzielbar ist, geht, wie sich gezeigt hat, so weit, daß man, auf gleiche Belastung bezogen, unter Umständen mit dem dritten Teil des früher notwendigen Raumbedarfs auskommt. Werden die Kühlscheiben beibehalten, so läßt sich bei gleichem Raumbedarf wie früher eine Leistungssteigerung des Gleichrichters auf das 6- bis Sfache erreichen. Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung von Trockengleichrichtern für verhältnismäßig hohe Spannungen bei nennenswerten Leistungen. So liefert z. B. ein Gleichrichter nach der Erfindung, dessen Abmessungen 40 χ 40 X 8 cm betragen, dauernd 0,7 Amp. Gleichstrom bei 1500 Volt Ausgangsspannung und einem Wirkungsgrad von über 80 °/0. Derartige. Kupferoxydulgleichrichter können also ohne weiteres den Wettbewerb mit Gasentladungsröhren oder Vakuumröhren aufnehmen.
Statt die zu oxydierenden Kupferscheiben einer Erhitzung im Vakuum zu unterziehen, kann man auch die Kupferschmelze, aus der die Scheiben hergestellt werden, bevor sie zu einem Block vergossen wird, im Vakuum erhitzen, um die gewünschten Kennlinien des Gleichrichters zu erzielen. Die Warmbehandlung der Schmelze im Vakuum muß in diesem '. Falle natürlich 'dieselbe sein wie bei den Kupferscheiben, und es empfiehlt sich, dabei den Luftdruck auf weniger fels 0,0001 mm Quecksilbersäule zu halten. .

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen \-on Kupferoxydulgleichrichtern durch Oxydieren von Kupferscheiben nach vorausgegangener Erhitzung im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferscheiben vor ihrer Oxydierung in einem Hochvakuumgefäß bei einer Temperatur von mindestens 7000 C mehrere Stunden lang einem Luftdruck von weniger als 0,03 mm Quecksilbersäule ausgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hochvakuumgefäß während der Behandlungsdauer der Kupferscheiben bei einer Temperatur zwischen 9000 C und dem Schmelzpunkt des Kupfers, vorzugsweise bei rund 10000C, ein Luftdruck von 0,0001 mm Quecksilbersäule oder weniger aufrechterhalten wird.
3. Abgeändertes Verfahren nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle· der zu oxydierenden Kupferscheiben die Kupferschmelze, aus welcher die Scheiben hergestellt werden, einer Erhitzung bei den im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Werten von Temperatur, Luftdruck und Zeit unterworfen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
BERLIN. GEDRUCKT IN DER
DES141791D 1939-07-26 1940-07-27 Verfahren zum Herstellen von Kupferoxydulgleichrichtern durch Oxydieren von Kupferscheiben nach vorausgegangener Erhitzung im Vakuum Expired DE736805C (de)

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US286613A US2304090A (en) 1939-07-26 1939-07-26 Copper oxide rectifier

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DE736805C true DE736805C (de) 1943-06-29

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