DE968966C - Trockengleichrichter, insbesondere Selengleichrichter, und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. APEIL 1958

p 44276 VIIIcJ2ig D

sind als [Erfinder genannt worden

Die bekannten Selengleichrichter umfassen als Hauptteile eine Trägerelektrode, eine auf diese aufgebrachte Selenschicht und eine sich an die Selenschicht anschließende Gegenelektrode. Die Gegenelektrode wird aus einem die Sperrwirkung an der Grenzschicht mit dem Selen herbeiführenden Metall oder Metallegierung, ζ. B. aus einer Zinn-Cadmium-Legierung hergestellt und sei im folgenden der Anschaulichkeit halber als »Sperrelektrode« bezeichnet. Die Trägerelektrode dient einmal dazu, eine möglichst sperrfreie Kontaktierung mit dem Selen herzustellen. Zum anderen hat die Trägerelektrode die Aufgabe, dem Gleichrichter die für die Fertigung und für die Verwendung erforderliche mechanische Festigkeit zu geben. Es werden demgemäß bisher als Trägerelektroden Metallplatten, insbesondere Eisen- oder Aluminiumplatten von 0,5 mm bis ι mm Stärke verwendet. Die Selenschicht und die z. B. aufgespritzte Sperrelektrode werden in der Regel sehr dünn gehalten, ihre Stärke beträgt zusammen meistens nur etwa 0,2 mm, so daß sich mit der Trägerelektrode eine Gesamtstärke von etwa 0,7 mm bis 1,2 mm für den Gleichrichter ergibt. Erfahren derartige Gleichrichter eine Verbiegung, so führt das nach den bisherigen Beobachtungen zu einer Zerstörung oder sehr starken Minderung der Gleichrichtereigenschaften.

Es ist bekannt geworden, Trockengleichrichter in der Weise herzustellen, daß am fertigen Gleichrichter die Elektroden des Gleichrichtersystems bildende Metallstreifen unter Einschluß einer für die Gleichrichterwirkung an dem Gleichrichterelement bestimmenden, nichtmetallischen Zwischenschicht nach Art zylindrischer Wickel zusammengerollt werden bei gleichzeitigem Einlegen von Abstandsstücken zwischen die einzelnen Spiralwindungen

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oder diese distanzierenden Einlagen zur Bildung von Kühlkanälen der Trockengleichrichteranordnung. Bei dieser als Vorschlag bekanntgewordenen Anordnung ist jedoch nichts über die Stärke der Metallstreifen ausgesagt. Sofern dabei eine Halbleiterschicht auf die Metallstreifen aufgetragen wurde, so wurde eine Paste in feuchtem Zustande benutzt, in noch feuchtem Zustande der Paste der Wickelprozeß vorgenommen und erst nachdem der ίο Wickel die endgültige Form erreicht hatte, wurde dieser getrocknet. Außerdem bildete die eine Elektrode noch eine selbständige Einheit, welche zusammen mit der anderen Platte aufgewickelt wurde. Es ist ferner der Aufbau eines Gleichrichters für Funkenlöschzwecke nach Art eines geschichteten Plattenkondensators oder eines -Wickelkondensators aus je für sich selbständigen dünnen Elektroden, welche auch als Folien angegeben sind, und einer dazwischen eingebrachten Gleichrichterschicht vorgeschlagen worden. Die Elektroden sollen dabei eine für einen sehr geringen Durchlaßwiderstand bei entsprechend kleinem Sperrwiderstand bemessene, gegenüber den üblichen Gleichrichtern große wirksame Gleichrichterfläche bei gleichzeitiger wesentlicher Verringerung der wärmeabgebenden Fläche bis zu einem für Funkenlöschzwecke zulässigen Maß durch Vermeidung von Luftzwischenräumen besitzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, ein Gleichrichterelement zu schaffen, welches in seinem fertigen Zustand nach Art einer Folie behandelt und verarbeitet werden kann. Hierfür wird erfindungsgemäß ein Trockengleichrichter in der Weise aufgebaut, daß bei einem durch gegenseitige Haftung seiner Einzelschichten (Trägerelektrode, Halbleiterschicht, ζ. Β. aufgespritzter Sperrelektrode und gegebenenfalls weiterer Zwischenschichten) verbundenen Gleichrichterelement die Trägerelektrode nur eine Dicke von maximal etwa 0,1 mm, vorzugsweise von etwa 0,001 mm bis 0,01 mm, aufweist. Es wurde nämlich erkannt, daß durch eine Herabsetzung der Dicke der Trägerelektrode, welche bei der Fertigung des Gleichrichters mit der Halbleiterschicht und der Deckelektrode beschichtet wird, an der Grenzschicht zwischen der Trägerelektrode und dem Halbleiter bzw. dem Selen ■ keine Dehnung mehr beim Biegen des fertigen Gleichrichters entsteht, welche zu einem nachteiligen Abplatzen der Selenschicht führen könnte. Bei einer entsprechend dünnen Ausbildung auch der übrigen Schichten ist das Gleichrichterelement somit ohne Verlust seiner Gleichrichtungseigenschaften als flexible Einheit durch Biegung bleibend verformbar.

Es kann hierbei zunächst ein Gleichrichterelement in Form einer noch gemeinsamen großen Platte hergestellt werden, aus welcher erst durch Zerteilen dieser Platte die eigentlichen kleineren Gleichrichterelemente endgültiger Größe hergestellt werden.

Die Vorteile, die die neue Gleichrichterbauart mit sich bringt, sind überaus erheblich. Für die verschiedensten Verwendungszwecke ist die Verringerung des von dem einzelnen Gleichrichter beanspruchten Raumes von großer Bedeutung. Die Bauhöhe des neuen Gleichrichters ist gegenüber der bisherigen Bauart etwa auf ein Fünftel verringert. Man kann infolgedessen in dem Raum, der bisher nur für einen Gleichrichter ausreichte, nunmehr etwa fünf Gleichrichter unterbringen. Daraus ergeben sich für den Bau von Geräten, in denen Gleichrichter verwendet werden, vielerlei Möglichkeiten eines verbesserten Aufbaues. Es kann z.B. der Gesamtbauraum des betreffenden Gerätes entsprechend verkleinert werden; statt dessen ist es auch möglich, die elektrischen Schaltungen zu verbessern .und größere, z. B. in Reihe geschaltete Gleichrichterketten in dem gleichen Bauraum unterzubringen.

. Mit Vorteil kann auch von der Biegsamkeit des neuen Gleichrichters Gebrauch gemacht werden. Der neue Gleichrichter läßt sich z. B., etwa zum Zwecke der besseren Abführung der Verlustwärme und damit zur Herbeiführung einer höheren Belastbarkeit an ein wassergekühltes Rohr, der Krümmung des Rohres folgend, anlegen. In anderen Fällen kann es bei beschränktem Bauraum vorteilhaft sein, den Gleichrichter in Gestalt einer Rolle anzuordnen. Es kann erwünscht sein, den aus der ebenen Gestalt verformten Gleichrichter in der verformten Gestalt zu verfestigen. Dies läßt sich durch eine aus Metall oder aus einem anderen geeigneten Stoff bestehende Zusatzschicht, die z. B. auf die folienhafte Trägerelektrode aufgebracht, etwa aufgespritzt oder aufgedampft wird, erzielen. „

Gegenstand der Erfindung sind ferner Verfahren zur Herstellung der beschriebenen neuen Trägerelektrode bzw. des beschriebenen neuen Gleichrichters.

Zur weiteren Erläuterung sei auf die Zeichnung Bezug genommen; es zeigt:

Fig. ι in vergrößertem Maßstabe den grundsätzlichen Aufbau eines Selengleichrichters der bisherigen Bauart,

Fig. 2 und 3 zwei Erläuterungsskizzen,

Fig. 4 im Maßstab der Fig. 1 einen Gleichrichter der neuen Bauart.

In Fig. ι ist mit 1 die Trägerelektrode, mit 2 die Selenschicht, mit 3 die Sperrelektrode bezeichnet. Die genannten drei Teile bilden die Hauptbestand- no teile des Gleichrichters. Es ist möglich, und das gilt auch für den neuen Gleichrichter, daß noch dünne Zwischenschichten vorgesehen sind, z. B. eine die sperrfreie Kontaktierung verbessernde Selenschicht, etwa eine Nickel-Selenidschicht, zwischen der Trägerelektrode 1 und der Selenschicht 2. Auf die Bedeutung derartiger Schichten im einzelnen braucht hier nicht eingegangen zu werden, da die Erfindung sich auf andere Merkmale bezieht. Es genüge der Hinweis, daß die neue Bauart es ebenfalls zuläßt, gegebenenfalls zusätzlich zu den die Hauptbestandteile bildenden drei Schichten (Trägerelektrode, Selenschicht, Sperrelektrode) weitere Schichten vorzusehen.

Zur Herstellung des neuen Gleichrichters kornmen verschiedene Verfahren in Betracht. Es besteht

die Möglichkeit und es ist auch für die Fertigung im allgemeinen förderlich, von einer Trägerelektrode oder, für eine genauere Betrachtung, von einer Grundplatte auszugehen, die in ihrer Stärke den Trägerelektroden der bisherigen Bauart entspricht, und unter Verwendung dieser Grundplatte den Gleichrichter aufzubauen und ihn alsdann abzulösen, und zwar durch Aufspaltung der Grundplatte in die eigentliche Trägerelektrode und eine

ίο Restplatte. Das Verfahren kann z. B. folgendermaßen ausgeführt werden:

Es ist in der Technik bekannt, nach entsprechender Vorbehandlung auf stärkere Metallbleche Schichten eines anderen Metalls so aufzuelektrolysieren, daß sie hinterher abgelöst werden können. Insbesondere lassen sich elektrolytisch niedergeschlagene Nickelschichten von ihrer Unterlage abheben, wenn diese zuvor mit einer Nigrosinlösung behandelt worden ist. Es wird nun beispielsweise auf eine Grundplatte, d. h. auf ein Blech, wie es bisher als Grundelektrode verwendet ist, nach vorhergehender entsprechender Behandlung (z. B. mit einer Nigrosinlösung) eine dünne Nickelschicht elektrolytisch aufgebracht. Es empfiehlt sich, hierbei die Grundplatte vor der genannten Vorbehandlung mit der Nigrosinlösung od. dgl. durch ein Sandstrahlgebläse oder mit Hilfe anderer Verfahren aufzurauhen. Es ergibt sich so eine bessere Haftfähigkeit der später auf die Nickelschicht aufzubringenden Selenschicht. Die entsprechend behandelte Grundplatte wird alsdann zum Aufbau eines Selengleichrichters nach einem der bekannten Verfahren verwendet, so> daß also die genannte Grundplatte in ihrer Gesamtheit die Trägerelektrode bildet und sich somit zunächst ein Gleichrichter ergibt, der in seiner Bauhöhe den bisherigen Gleichrichtern entspricht. Nunmehr wird die aus der Sperrelektrode, der Selenschicht und der elektrolytisch aufgebrachten Nickelschicht bestehende Einheit von dem Grundplattenrest abgelöst; es wird also die Gesamtgrundplatte aufgespalten in die Nikkeischicht und in die Restplatte. Die Nickelschicht bildet daraufhin die Trägerelektrode der abgelösten Einheit, d. h. die Trägerelektrode des Gleichrichters der neuen Bauart.

Es war im vorstehenden angegeben, daß in einem der bekannten Verfahren der Gleichrichter nach der bisherigen Bauart fertiggestellt und erst dann durch Aufspaltung der Grundplatte der Gleichrichter der neuen Bauart abgelöst wird. Es besteht die Möglichkeit, dieses Verfahren dahingehend abzuändern, daß schon vor der endgültigen Fertigstellung des Gleichrichters, z. B. vor dem ersten oder dem zweiten Temperprozeß — wenn es sich also um ein Herstellungsverfahren mit zwei Temperprozessen handelt—, der Gleichrichter der neuen Bauart abgelöst und daraufhin fertiggestellt wird. An die Stelle einer Nickelschicht kann auch eine Schicht aus einem anderen geeigneten Metall treten. Es ist bereits, wie oben schon erwähnt wurde, vorgeschlagen worden, die sperrfreie Kontaktierung der Selenschicht mit der Trägerelektrode dadurch zu verbessern, daß zwischen beiden Teilen eine Selenidschicht vorgesehen wird, am einfachsten in der Weise, daß die als Trägerelektrode dienende Metallplatte zuvor selenidiert wird. Insbesondere kann hierfür eine Nickelschicht benutzt werden, indem diese Nickelschicht ganz oder teilweise selenidiert wird. Ein einfaches Verfahren zur Herstellung der Selenidschicht besteht darin, daß auf die als Grundplatte benutzte und auf der betreffenden Seite mit einem Nickelüberzug versehene Platte eine geringe Menge Selen, möglichst in Staubform oder durch Aufdampfen, aufgebracht wird und alsdann die Grundplatte auf etwas über 300 ° C erhitzt wird. Hierbei verdampft das Selen, die entstehenden Selendämpfe gehen mit dem Nikkeiüberzug eine Verbindung ein, es entsteht eine Selenidschicht, und zwar eine Nickelselenidschicht. Treibt man diese Selenidierung so weit, daß fast die ganze vorher auf die Grundplatte aufelektrolysierte oder aufgedampfte Nickelschicht durchselenidiert wird, so besteht ebenfalls die Möglichkeit einer leichten Ablösung; denn die Selenidschicht haftet fester auf der anschließend aufgebrachten Selenschicht als auf der Unterlagenplatte. Die Selenidschicht kann somit mit der aufgebrachten Selenschicht und der Sperrelektrode ebenfalls leicht von der Restplatte abgelöst werden. Fig. 2 veranschaulicht bei 4 die Grundplatte und bei 5 die Nickelschicht vor der Selenidierung. Fig. 3 zeigt die Anordnung nach der Selenidierung. Durch die gestrichelte Linie 6 ist die Grenzschicht zwischen der Selenidschicht 5 α und der Restnickelschicht 5 & angedeutet. In der Nachbarschaft dieser Grenzschicht 6 erfolgt die Ablösung der alsdann allein die Trägerelektrode des Gleichrichters neuer Bauart bildenden Selenidschicht. Die Ablösung kann wieder am Ende des Gesamtfertigungsverfahrens oder auch im Laufe des Fertigungsverfahrens, etwa vor der letzten Temperungsstufe, erfolgen. Die nach diesem Verfahren hergestellten Gleichrichter haben also als Trägerelektrode keine Metallschicht, sondern eine Selenidschicht. Zur Bildung der Selenidschicht können statt Nickel auch andere geeignete Metalle, z. B. Wismut, verwendet werden.

Fig. 4 zeigt in etwa maßstäblicher Gegenüberstellung zur Fig. ι den neuen Gleichrichter; die Trägerelektrode ist mit 11, die Selenschicht mit 12, die Sperrelektrode mit 13 bezeichnet. Die beiden Darstellungen, Fig. 1 und Fig. 4, lassen die große Verringerung der Bauhöhe bei der neuen Bauart erkennen. Die Trägerelektrode hat nur noch eine sehr geringe Stärke, die Gesamtbauhöhe kann bei entsprechend dünner Bemessung der Selenschicht und der Sperrelektrode auf 0,1 bis 0,2 mm verringert werden. In manchen Fällen oder auch allgemein kann es vorteilhaft sein, zur Verbesserung der Querleitfähigkeit die Stärke der Schichten, insbesondere die Stärke der beiden Elektroden, etwas heraufzusetzen.

Auf verschiedene Vorteile und einige Verwendungsmöglichkeiten des neuen Gleichrichters ist oben schon hingewiesen worden. Es sei hier noch hinzugefügt, daß der Gleichrichter der neuen Bauart mit einem Messer oder einer Schere, ähnlich wie

Folien, beschnitten werden kann. Das führt zu der Möglichkeit, aus größeren Gleichrichtern durch Ausschneiden der gewünschten Fläche die jeweils benötigte Gleichrichtergröße und -flächenform noch nachträglich zu bestimmen. Etwa hierbei entstehende leitende Überbrückungen an den Rändern lassen sich durch kurzzeitiges Anlegen einer kräftigen Spannung leicht ausbrennen. In dieser Anpassungsfähigkeit hinsichtlich Form und Größe der ίο Fläche und in der Biegsamkeit und in der dadurch bedingten Möglichkeit der Bildung räumlicher Formen liegt ein weiterer erheblicher Vorteil des neuen Gleichrichters.

Claims (10)

Patentansprüche·.

1. Trockengleichrichter, insbesondere Selengleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem durch gegenseitige Haftung seiner Einzelschichten (Trägerelektrode, Halbleiter,

ao Sperrelektrode und gegebenenfalls weiterer

Schichten) zu einer Einheit verbundenen Gleichrichterelement die Trägerelektrode nur eine Stärke von maximal etwa 0,1. mm, vorzugsweise von etwa ο,οο ι mm bis 0,01 mm, aufweist und die übrigen Schichten so dünn sind, daß das Gleichrichterelement durch Biegung bleibend verformbar ist.

2. Trockengleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der ebenen Gestalt verformte Gleichrichter durch eine vorzugsweise auf die Trägerelektrode aufgebrachte und insbesondere aus Metall bestehende Zusatzschicht versteift ist.

3. Trockengleichrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschicht aufgedampft oder aufgespritzt ist.

4. Trockengleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelektrode aus Metall oder einer Metallegierung besteht.

5. Trockengleichrichter nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelektrode ganz oder in einem wesentlichen Teil ihrer Schichtstärke aus Selenid, insbesondere Nickel-Selenid, besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Trockengleichrichters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Gleichrichters als Ausgangsplatte zunächst eine starke mehrschichtige Grundplatte benutzt wird und daß nach oder bereits vor der endgültigen Fertigstellung der eigentlichen Gleichrichtereinheit durch Aufspaltung der Grundplatte in die eigentliche Trägerelektrode und die Restplatte die den Gleichrichter neuer Bauart bildende bzw. ergebende Einheit abgelöst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundplatte eine Platte, insbesondere Eisenplatte, mit einer Vorzugsweise elektrolytisch aufgebrachten Metallschicht, insbesondere Nickelschicht, verwendet wird, so daß diese Nickelschicht od. dgl. nach der Aufspaltung der Grundplatte die Elektrode des Gleichrichters bildet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte z. B. mit Hilfe einer Nigrosin-Lösung im Sinne der leichteren Ablösbarkeit der Nickelschicht od. dgl. vorbehandelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte vor dem Aufbringen der Nickelschicht od. dgl. z. B. mit einem Sandstrahlgebläse aufgerauht wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Platte aufgebrachte Metallschicht, insbesondere Nickelschicht, in eine Selenidschicht, vorzugsweise noch vor dem Aufbringen der Selenschicht oder sonstigen Halbleiterschicht, übergeführt wird, so daß nach der Aufspaltung der Grundplatte in die Selenidschicht und in die Restplatte die Selenidschicht die Elektrode des Gleichrichters bildet.

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In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 720445, 742935; französische Patentschrift Nr. 726621;
schweizerische Patentschrift Nr. 157 167;
britische Patentschrift Nr. 4S2 239; USA.-Patentschrift Nr. 2 412 692.

Entgegengehaltene ältere Rechte:
Deutsches Patent Nr. 857 526.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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