DE975284C - Selengleichrichter mit einem auf der Selenschicht oder auf der Traegerelektrode aufgebrachten ringfoermigen Isolierstueck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Selengleichrichter mit einer Trägerelektrode, einer darauf aufgebrachten Selenschicht, einer die Selenschicht bedeckenden, vorzugsweise aufgespritzten Gegenelektrode, einem Isolierstück und einer Abnahmeelektrode. Das Isolierstück ist von ringförmiger Gestalt und liegt zentral auf der Halbleiterschicht oder unmittelbar auf der Trägerelektrode auf. Auf dieses Isolierstück folgt die scheibenförmige federnde Abnahmeelektrode, welche mit ihrem zentralen Teil auf dem Isolierstück aufliegt. Die Erfindung besteht darin, daß die Gegenelektrode insbesondere an ihrem inneren Rand derart verstärkt ist, daß die axiale Ausdehnung der verstärkten Teile ein Mehrfaches der Dicke des nicht verstärkten Teiles der Gegenelektrode beträgt und daß die Abnahmeelektrode einen vertikal oder annähernd vertikal zur Gleichrichterscheibe abgebogenen Rand besitzt, der in die verstärkten Teile der Gegenelektrode eingedrückt ist.

Bekanntlich können beim z. B. säulenartigen Zusammenbau die Trockengleichrichter durch den zum gegenseitigen Kontakt erforderlichen Druck erheblich beeinträchtigt werden. Bei den Trockengleichrichtern, deren Stromabnahme mittels eines Druckkontaktes erfolgt, treten bei den erforderlichen Anpreßdrücken Störungen auf, die ihre Ursache in einer teilweise oder völligen Zerstörung der Sperrschicht haben. Die Sperrschicht kann überall da beschädigt werden, wo der Kontaktdruck übertragen wird. Es genügt bereits, daß an einer Stelle die Sperrschicht zerstört wird, und der Gleichrichter hat seine Verwendungsfähigkeit verloren. Da an die Trockengleichrichter hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer elektrischen Konstanz gestellt werden, befriedigen alle die Ausführungen von Trockengleichrichtern nicht, die sich während des Betriebes als nicht ausreichend mechanisch oder thermisch stabil erweisen. Schon eine den mechanischen oder den

109 705/27

thermischen Anforderungen nicht genügende Stromabnahme kann den Trockengleichrichter praktisch unbrauchbar machen. So darf z. B. zufolge der im Trockengleichrichter während des Betriebes sich entwickelnden Wärme keine Verschiebung der Abnahmeelektrode gegen die Gegenelektrode auftreten. Eine solche mechanische Veränderlichkeit hätte nämlich eine elektrische Instabilität und die damit verknüpften bekannten Nachteile für den Trockengleichrichter zur Folge. Eine weitere Störungsmöglichkeit der Stromabnahme durch die während des Betriebes des Trockengleichnchters entstehende Wärme besteht darin, daß die niedrigschmelzende Legierung, aus der die Gegenelektrode vorteilhaft hergestellt wird, durch die schädliche Wärme zum Schmelzen kommen kann und sich dann von der Abnahmeelektrode ablöst. Eine übermäßige Erhitzung tritt besonders an den Stellen hoher Übergangswiderstände auf. Solche Übergangswiderstände ergeben sich, wenn ein Gleichrichter unter Öl betrieben wird und das Öl, eventuell erst nach einiger Zeit, zwischen die Abnahmeelektrode und die Gegenelektrode gelangt ist. Diese Übergangswiderstände beeinträchtigen dann den Trockengleichrichter nicht nur durch die an ihnen entstehende Wärme, sondern auch, indem sie als Verlustwiderstände den Wirkungsgrad des Trockengleichnchters verringern.

Weiterhin ist bekannt, daß an dem inneren Rand der Halbleiterschicht des Trockengleichnchters erhöhte Gefahr für einen elektrischen Durchschlag besteht.

Besonders gefährdet ist aber der Bereich der Überdeckung von Halbleiter und Gegenelektrode, der von der Abnahmeelektrode ebenfalls überdeckt wird. Hier kann durch einen elektrischen Durchschlag ein Kurzschluß zwischen Träger- und Abnahmeelektrode erzeugt werden, denn der beim Durchschlag übergehende Funke kann die Sperrschicht zerstören und die Abnahmeelektrode, oft mit Hilfe des Materials der Gegenelektrode, an die Trägerelektrode anschweißen. Die Aufgabe, bei Trockengleichrichtern eine von den bisherigen Mängeln freie Stromabnahme zu erhalten, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung gelöst. Die Stromabnahme erfolgt derart, daß der Kontaktdruck von der empfindlichen Sperrschicht ferngehalten wird. Auch wird jede mechanische Beanspruchung der Verbindung von Abnahme- und Gegenelektrode durch die erfindungsgemäße Ausführung vermieden. Dabei liefert die innige Verbindung von Abnahme- und Gegenelektrode einen äußerst geringen Übergangswiderstand. Die reichlich große Berührungsfläche von Abnahme- und Gegenelektrode des Trockengleichrichters gemäß der Erfindung läßt eine erhöhte Strombelastung des Trockengleichrichters zu. Eine Gefährdung der Verbindung durch beim Betrieb des Trockengleichrichters entstehende Wärme ist bei der erfindungsgemäßen Verbindung von Abnahme- und Gegenelektrode nicht mehr zu befürchten. Ebenfalls ist die Gestaltung von Isolierstück, Gegenelektrode und Abnahmeelektrode gemäß der Erfindung ein den Trockengleichrichter zerstörender, elektrischer Durchschlag praktisch ausgeschlossen. Ein elektrischer Durchschlag an der Verbindung von Abnahme- und Gegenelektrode ist zufolge der Größe der Entfernung des Randes der Abnahmeelektrode von der Trägerelektrode nicht mehr zu erwarten. Die zwischen Abnahmeelektrode und Halbleiterschicht befindliche Masse der Gegenelektrode ist durch einen elektrischen Durchschlag nämlich nicht zum Schmelzen zu bringen.

Die erfindungsgemäßen Trockengleichrichter eignen sich zum Betrieb unter Öl. Sie können auch mit einer Lackschicht zum Schutz gegen Feuchtigkeit oder Verunreinigungen überzogen werden. Die Trockengleichrichter gemäß der Erfindung zeichnen sich außerdem durch eine hohe mechanische Festigkeit aus.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Trockengleichrichters gemäß der Erfindung dargestellt. Es bezeichnet 1 die Trägerelektrode, 3 die Halbleiterschicht, 3 das zentrale, ringförmige Isolierstück, 4 die vorzugsweise aufgespritzte Gegenelektrode, 5 die Abnahmeelektrode, 6 eine zentrale Bohrung und 7 die Führungsnut des Isolierstückes 3.

Die Trägerelektrode 1 ist eine Metallscheibe, die häufig aus Leichtmetall, Aluminium u. dgl. oder aus plattiertem Eisen gefertigt wird. Auf die Trägerelektrode ι ist die Halbleiterschicht 2 aufgebracht, z. B. eine aufgedampfte Selenschicht. An der der Trägerelektrode 1 zugewandten Seite der Halbleiterschicht 2 tritt keine oder eine nur unwesentliche Sperrschicht auf.

Auf der Halbleiterschicht 2 liegt das Isolierstück 3 auf. Das Isolierstück 3 kann statt auf der Halbleiterschicht 2 auch auf der Trägerelektrode 1 unmittelbar befestigt werden. Die Halbleiterschicht 2 wird dann nur bis an das Isolierstück 3 herangeführt. Vorteilhaft ist die Befestigung des Isolierstückes 3 durch Aufkleben. Das Isolierstück 3 hat eine axiale Ausdehnung, die ein Mehrfaches, vorzugsweise das 20- bis 2oofache der axialen Ausdehnung des nicht verstärkten Teiles der Gegenelektrode 4 beträgt. Der meist beim Zusammenbau der Trockengleichrichter erzeugte Kontaktdruck wird durch das Isolierstück 3 aufgenommen und auf die Trägerelektrode 1 übertragen. Das Isolierstück 3 wird, wie in Fig. 1 gezeichnet, mit einer Führungsnut 7 ausgestattet. Die Führungsnut 7 nimmt die Trägerelektrode 1 und die Halbleiterschicht 2 oder die Trägerelektrode 1 allein auf. Mittels dieser Führungsnut 7 ist ein einfaches und festes Anbringen des Isolierstückes 3 auf der Halbleiterschicht 2 oder unmittelbar auf der Trägerelektrode 1 möglich. Die axiale Ausdehnung der Führungsnut 7 ist etwas kleiner als die axiale Ausdehnung von Halbleiterschicht 2 und Trägerelektrode 1 zusammen, wenn das Isolierstück 3 auf der Halbleiterschicht 2 aufliegt. Sie ist etwas kleiner als die axiale Ausdehnung der Trägerelektrode 1, wenn das Isolierstück 3 auf der Trägerelektrode 1 unmittelbar aufliegt. Durch diese Bemessung der axialen Ausdehming der Führungsnut 7 ist insbesondere beim Zusammenbau mehrerer Trockengleichrichter zu einer Trockengleichrichtersäule eine sehr gute Kontaktierung von der Abnahmeelektrode 5 eines Trockengleichrichters mit der Träger- iao elektrode 1 des nächstfolgenden Trockengleichnchters zu erreichen.

Die Gegenelektrode 4 und die Abnahmeelektrode 5 bilden eine Art zusammengesetzte Elektrode. An der der Gegenelektrode 4 zugewandten Seite der Halbleiterschicht 2 tritt die für die Gleichrichtenvirkung

wesentliche Sperrschicht auf. Die Gegenelektrode 4 wird so ausgeführt, daß der innere Rand der vorzugsweise aufgespritzten Gegenelektrode 4 verstärkt, aufgebracht wird. Die axiale Ausdehung des inneren, verstärkten Randes der Gegenelektrode 4 beträgt ein Mehrfaches, vorzugsweise das nahezu 20- bis 2oofache der axialen Ausdehnung des nicht verstärkten Teiles der Gegenelektrode 4. Wenn die Gegenelektrode 4 durch Aufspritzen aufgebracht wird, ist die Verstärkung des inneren Randes durch das Aufspritzen der vorgesehenen größeren Menge des Materials der Gegenelektrode 4 einfach zu erzielen. Ein für die Gegenelektrode 4 geeignetes Material ist z. B. eine bekannte Cadmium-Wismut-Zinnlegierung.

Auf dem Isolierstück 3 liegt die Abnahmeelektrode 5 mit ihrem zentralen Teil auf. Mit ihrem äußeren Rand taucht die Abnahmeelektrode 5 in den inneren, verstärkten Rand der Gegenelektrode 4 ein. Der äußere Rand der Abnahmeelektrode 5 taucht höchstens so

ao tief in den inneren, verstärkten Rand der Gegenelektrode 4, daß die Entfernung des äußeren Randes der Abnahmeelektrode 5 von der Sperrschicht größer ist als die axiale Ausdehnung des nicht verstärkten Teiles der Gegenelektrode 4. Diese Grenze der Eines tauchtiefe des äußeren Randes der Abnahmeelektrode 5 bedingt die Durchschlagssicherheit des Trockengleichrichters. Der äußere Rand der Abnahmeelektrode 5 taucht vertikal zur Gleichrichterscheibenebene in den inneren, verstärkten Rand der Gegenelektrode 4 ein.

Als Abnahmeelektrode 5 ist eine gut elastische Metallscheibe zu verwenden. Geeignetes Material zur Herstellung der Abnahmeelektrode 5 ist Federmessing, verzinktes oder vernickeltes Federeisenblech. Die Stärke der Abnahmeelektrode 5 kann beispielsweise etwa 0,2 mm betragen. Eine plastisch biegsame Metallscheibe eignet sich ebenfalls als Abnahmeelektrode 5. Die Abnahmeelektrode 5 hat neben der Elastizität bzw. Plastizität eine zum Eindrücken ihres Randes in die Gegenelektrode 4 erforderliche Steifigkeit zu besitzen.

In Fig. 2 ist zum Teil schematisch eine beispielsweise Ausführung der Abnahmeelektrode 5 perspektivisch dargestellt. Bei der nur zur Hälfte gezeichneten Abnahmeelektrode 5 wurde eine Ausführung dargestellt, bei welcher der äußere Rand der Abnahmeelektrode 5 rechtwinklig abgebogen ist, also beim fertigen Trockengleichrichter vertikal zur Gleichrichterscheibenebene in den inneren, verstärkten Rand der Gegenelektrode 4 eintaucht.

Es ist möglich, die Abnahmeelektrode 5 nur mit Teilen ihres äußeren Randes in den inneren, verstärkten Rand der Gegenelektrode 4 eintauchen zu lassen. Eine solche Ausführung wird z. B. dann erhalten, wenn der äußere Rand der Abnahmeelektrode 5 mit einer Reihe von Zähnen versehen ist. In Fig. 3 ist ein derartiges Ausführungsbeispiel der Abnahmeelektrode 5 in zum Teil schematischer Weise dargestellt. Wird eine Abnahmeelektrode 5, wie in Fig. 3 gezeichnet, für den Aufbau eines Trockengleichrichters verwendet, so tauchen beim fertigen Trockengleichrichter die Zähne der Abnahmeelektrode 5 vertikal zur Gleichrichterscheibenebene in den inneren, verstärkten Rand der Gegenelektrode 4 ein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung stellt ein Trockengleichrichter dar, bei dem der innere Rand der Gegenelektrode 4 nicht längs seiner ganzen Peripherie verstärkt ist, sondern nur an einzelnen Stellen oder Abschnitten des inneren Randes der Gegenelektrode 4. Der äußere Rand der Abnahmeelektrode 5, der — z. B. entsprechend Fig. 2 —■ glatt ist, taucht bei diesem Ausführungsbeispiel dann nur mit Teilen in die Gegenelektrode 4 ein. Die Zahl der zu verstärkenden Abschnitte des inneren Randes richtet sich nach dessen Bogenlänge. Sie wird jeweils so gewählt, daß der Bogenumfang des inneren Randes der Gegenelektrode 4 gut ausgenutzt, d. h. eine genügend große Berührfläche von Abnahmeelektrode 5 und Gegenelektrode 4 erreicht wird. Entsprechendes gilt für die Zahl der Zähne bei dem Ausführungsbeispiel der Abnahmeelektrode 5 gemäß Fig. 3. Die beiden letzten Ausführungsbeispiele der Abnahmeelektrode 5 ergeben, miteinander kombiniert, ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abnahmeelektrode 5.

Vorteilhaft wird die Abnahmeelektrode 5 angebracht, indem der äußere Rand der Abnahmeelektrode 5 bei erwärmter Gegenelektrode 4 in den inneren, verstärkten Rand eingedrückt wird. Die auf diese Weise angebrachte Abnahmeelektrode 5 ergibt eine besonders innige Verbindung von Gegenelektrode 4 und Abnahmeelektrode 5. Diese feste Verbindung sichert eine mechanisch sehr stabile Ausführung des erfindungsgemäßen Trockengleichrichters.

Alle Teile des beschriebenen Trockengleichrichters bis auf die Gegenelektrode 4, die sich radial nach innen nur bis zum Isolierstück 3 erstreckt, sind mit einer zentralen Bohrung 6 versehen. Beim Zusammenbau der Trockengleichrichter zu einer Trockengleichrichtersäule gibt diese Bohrung Raum für einen Bolzen, der die Trockengleichrichter unter dem erforderlichen Kontaktdruck zusammenhält.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Selengleichrichter mit einer Trägerelektrode und darauf aufgebrachter Selenschicht, einem auf dieser oder auf der Trägerelektrode unmittelbar befindlichen zentralen und ringförmigen Isolierstück, einer auf der Selenschicht vorgesehenen, vorzugsweise aufgespritzten Gegenelektrode und einer mit ihrem zentralen Teil auf dem Isolierstück aufliegenden scheibenförmigen federnden Abnahmeelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode insbesondere an ihrem inneren Rand derart verstärkt ist, daß die axiale Ausdehnung der verstärkten Teile ein Mehrfaches der Dicke des nicht verstärkten Teiles der Gegenelektrode beträgt und daß die Abnahmeelektrode einen vertikal oder annähernd vertikal zur Gleichrichterscheibe abgebogenen Rand besitzt, der in die verstärkten Teile der Gegenelektrode eingedrückt ist.

2. Selengleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand der Gegenelektrode nur an einzelnen Stellen oder Ab-

schnitten des Umfanges verstärkt ist, so daß die Abnahmeelektrode (5) nur mit Teilen ihres äußeren Randes in den verstärkten Teil der Gegenelektrode (4) eingedrückt ist.

3. Selengleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebogene Rand der Abnahmeelektrode (5) durch Einschnitte mit Lappen versehen ist, welche in die Verdickungen der Gegenelektrode (4) eingedrückt sind.

4. Selengleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Ausdehnung des Isolierstückes (3) ein Mehrfaches, vorzugsweise das 20- bis 2oofache der axialen Ausdehnung des nicht verstärkten Teiles der Gegenelektrode (4) beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand der Abnahmeelektrode (5) bei erwärmter Gegenelektrode (4) in den verstärkten Teil der Gegenelektrode (4) eingedrückt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 712 674; britische Patentschrift Nr. 526482; Maier, »Trockengleichrichter«, 1938, Seiten 212/213.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 705/27 10.61