DE849581C

DE849581C - Elektrischer Trockengleichrichter

Info

Publication number: DE849581C
Application number: DEI1631A
Authority: DE
Inventors: Frederic R Quinn
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1949-07-22
Filing date: 1950-07-18
Publication date: 1952-09-15
Also published as: US2541832A; GB673298A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. SEPTEMBER 1952

I 1631 VIII c 121g

Die Erfindung betrifft einen elektrischen: Trockenadler Kontaktgleichrichter, insbesondere einen' ein Metallsulfid enthaltenden Trockengleichrichter.

Sulfidgleichrichter sind zwar seit langem bekannt, aber die zur Zeit auf dem Markt befindlichen Trockengleichrichter sind meist Selen- oder Oxydgleichrichter. Die Grünide für die fehlende Durchsetzung der Sulfidtrockengleichrichter sind¹ unter anderem ihre verhältnismäßig geringe Stabilität ίο und ihre niedrige Strombeförderungskapazität sowie ihre Unfähigkeit, hohe Gegenspannungieni zu sperren.

Die Erfindung bezweckt, einen von diesen Mängeln freien Sulfidtrockenigleichrichter mit günstigen Temj^raturei^enschafteni zu schaffen, der stabil ist und bei Temperaturen bis zu 350⁰ einwandfrei arbeitet sowie verhältmsmäßig hohe entgegengesetzte Gegenspannurigen ausihält.

Der Trockengleichrichter nach der Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen durch ein stabiles Sulfidelement oder eine entsprechende Elektrode, das bzw. die aus einem gesamterten gepreßten Gemisch von wenigstens zwei Metallsulfiden besteht, von denen eines Molybdänsulfid und wenigstens ein anderes derselben ein Sulfid eines Metalls der Gruppe II des periodischen Systeme, hauptsächlich eines der Metalle Calcium, Magnesium, Cadrnium, Barium, Zink und Quecksilber ist. Zusammen mit dieser Elektrode findet eine Metallelektrode Verwendung, die aus Molybdän besteht oder damit überzogen ist.

Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise in

schematischer Schnittdarstellung einen Trockengleichrichter nach, der Erfindung.

Gemäß der Zeichnung ist eine aus Molybdän, bestehende oder mit einer Molybdänschicht überzogene Elektrode ι in Draht- oder Stabform z. T. in das eine Ende eines damit zusammenarbeitenden Elementes 2 eingebettet, das ein gesintertes gepreßtes Gemisch von Metallsulfiden darstellt. Der in den Körper 2 eingebettete Teil des Drahtes ι ist von ίο einer Schicht 3 von Molybdänsulfid umgeben, d!ie mit ihr ein unsymmetrisches Element bildet.

Der Draht 1 stellt die eine Elektrode oder Anschlußklemme für den zugeführten Wechselstrom und ein in das entgegengesetzte Ende des Körpers 2 eingebetteter Draht 4 die zweite Anschlußklemme dar. Dieser Draht 4 oder mindestens der mit dem Sulfidkörper 2 in Berührung befindliche Teil seiner Oberfläche besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer Legierung, die die Eigenschaft bat, nur in einem beschränkten Ausmaß mit dem Schwefel in Reaktion zu treten, so daß sich auf der Oberfläche ein dünner, beständiger Film von Metallsulfid bildet, der während der Benutzung und des Arbeiten« des Gleichrichters eine weitere Reaktion· zwischen dem Aniscblußdrabt 4 und dem im Körper 2 vorhandenen freien Schwefel verhindert. Beispiele von für diesen Zweck geeigneten Metallen und Legierungen sind Platin, Chrom, Nickel, Nickellegierungen, wie z.B. die unter der Bezeichnung. »Nichrom« oder »Chromaloy« im Handel erhältlichen Legierungen, Aluminium, Wolfram und mit Thorium überzogenes Wolfram.

Zur Erzielung eines stabilen, insbesondere gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Trockengleichrichters ist es wesentlich, daß das dem Körper 2 bildende Gemisch von Sulfiden, ein Sulfid eines Metalls der Gruppe II des periodischen Systems enthält. Wie sich gezeigt hat, weisen Gemische von einem oder mehreren solchen Sulfiden und von Molybdänsülfid eine außerordentlich günstige Zeit- und Temperaturbeständigkeit auf, und die aus derartigen Gemischen bestehenden Gleichrichter können über lange Zeitperioden bei Raumtemperatur oder l>ei erhöhten Temperaturen¹ ohnie Verschlechterunig durch Freiwerden von Schwefel arbeiten. In der Regel wird man die weniger teuren Calcium- oder Cadmiumsuinde für den Gleichrichter nach der Erfindung bevorzugen.

Von den mit den verschiedenen Metallen der Gruppe II des periodischen Systems gebildeten Sulfiden scheint Calciumsulfid der beste Binder mit Cadmium zu sein, das in dieser Hinsicht gleich nach Calcium komirot. Auch besitzt Calciuimsulfid den Vorzug, daß es einen verhältnismäßig konstamten Widerstands-Temperaturkoeffizienten innerhalb des Temperaturbereiches aufweist, in welchem die bisher vorhandenen Gleichrichter zu arbeiten haben. Cadmiumsulfid hat ebenfalls einen, praktisch konstanten Widerstands - Temperaturkoeffiziemten für diesen Temperaturbereich. Von den übrigen Sulfiden scheint Magnesiumsulfid eine bessere Bindewirkung als Barium- oder Zinksulfid zu zeigen. Die Sulfidgemische können auch zwei oder mehr Sulfide der Metalle der Gruppe II des periodischen Systems, z. B. ein Gemisch von Calciumsulfid und Quecksilbersulfid, enthalten.

Zur praktischen Herstellung von Gleichrichtern nach der Erfindung kann man im einzelnen so verfahren, daß man fein verteiltes Molybdändisulfid und das oder die Sulfide von Metallen der Gruppe II des periodischen Systems¹ in den gewünschten Mengenverhältnissen miteinander mischt und das Gemisch in die gewünschte Form oder Gestalt, z. B. zum zylindrischen Körper 2, preßt. Das Molybdänelement und der z. B. aus Nickel bestehende Awschlußdraht 4 werden in die Enden des Sulfidkörpers 2 bei dessen Pressung eingebettet oder sonstwie damit im Berührung und Verbindung gebracht.

Die bei der Ausführung der Erfindung zu verwendenden 'Sulfidgemische können beispielsweise 5 bis 50 °/o Molybdändisulfid und 2 bis 10 °/o freien Schwefel sowie als Rest zu 100 °/o ein oder mehrere Sulfide von Metallen der Gruppe II des periodischen Systems enthalten. Das Molybdändisulfid wird vorzugsweise in Mengen von 25 bis 50 % an>gewendet, da sich gezeigt hat, daß Trockengleichrichter mit diesen Gemischen einen Mindestvorwärtswiderstand aufweisen. Beispielsweise hat sich für ein aus einem Gemisch von 30 °/o Molybdändisulfid, 10 °/o Schwefel und¹ 60 % Calciumsulfid gepreßtes Element ein Vorwärtewiderstand von etwa 2 Ohm ergebem, während bei einem aus nur 5 % Molybdändisulfid, 10 °/o Schwefel und als Rest zu 100 °/o aus Calciumsulfid Ijestehenden gesinterten Gemisch hergestellten Element der Vorwärtswiderstand 500 Ohm beträgt. Wenn die Gemische mehr als 50 °/o Molybdänsulfid enthalten, kann ein geringes Abblättern oder eine Schichtbildung des- gepreßten Gemischkörpers auftreten.

Die Elemente werden nach dem Pressen bei einer erhöhten Temperatur von etwa 500 bis 8oo° gesintert. Die Sinterung hat außer der Erzielung eines festeren und dichteren Gemischkörpers auch noch den weiteren Zweck, ein Element zu erhalten, bei dem der Widerstand in der einen Richtung im Verhiältnis zum Widerstand in der anderen Richtung gering ist. Beispielsweise hat ein Element mit 3,2 mm Durchmesser und mit einem Abstand von etwa 6,5 mm zwischen den; eingebetteten Enden der Molybdän- und) Nickelamschlußdirähte bei, niederen Temperaturen, z. B. bei Raumtemperatur, einen hohen Widerstand in der Größenordnung von 20 000 bis 30 000 Ohm in beiden Richtungen. Die gleichen Widerstandseigenschaften haben Elemente, die bei weniger als 500⁰ gesintert sind.

Wird das gleiche Element dagegen bei einer Temperatur von mehr als 500⁰, vorzugsweise bei wenigstens 6oo°, während 1 bis 2 Stunden gesintert, so -zeigt sich, daß sein Widerstand in der Molybdän-Nickel-Richtung niedrig ist und bei Zimmertemperatur etwa 2 Ohm beträgt, während sein Widerstand in der Gegenrichtung sogar höher als vor der Sinterung liegt. Der wichtigste Vorteil des Sintern» ist somit die Erzielung eines Elemenr tes, dasi eine genau bestimmte und ausgeprägte leichrichteirwiirkung hat und dabei ein Mindestmaß

art Verformungsarlxnt erfordert. Da diese günstigen Widerstaiwlseigenscbaften des gesinterten Körpers in dem fertigen Produkt verbleiben, so erhält man eine verl>esserte Spannungsregelung, und ein lielastunigswiderstand ist nicht erforderlich.

Die Formgebung gemäß der Erfindung schließt zweckmäßig eine Polarisatiomsbehandlunig ein, bei der man einen Gleichstrom durch das Element unter Benutzung des Molybdändrahtes ι als Kathode hindurchschickt. Während dier Polarisierung wird das Element vorzugsweise auf einer erhöhten Temperatur gehalten, die so gewählt wird, daß sein Widerstand in der Stromdurchgangsricbtung miedirig, etwa in der Größenordnung von einigen wenigen Ohm ist. Die Mindesttemperatur wird sieb dabei von etwa 250° l>ei Sulfidkörpern mit ungefähr 5 °/o Molybdänsulfid bis zu wenigstens 350⁰ ändern, wenn dor Molybdänstilfidlgehalt des Sulfidgemisches 50 °/o beträgt.

Bei der Polarisationsbehandlung wird ein Gleichstrom von entsprechend hoher Stromdichte, ζ. B. von etwa 0.8 bis 32 Ampere auf den Quadratzentimeter, durch das Element bei erhöhter Temperatur geleitet, wodurch der freie Schwefel in dem gepreßten und gesinterten Körper 2 auf dem eingel >etteteni Teil der Molybdänelektrode 1 niedergeschlagen wird, so daß eine Schicht 3 aus Molybdänsulfid entsteht. Dutrch diese Ausnutzung aller freien Schwefel ionen wird ein stabiles Element geschaffen, dessen Leitfähigkeit nur oder hauptsächlich elektronisch statt sowohl ionisch als auch, elektronisch ist. Das um den Molybdänleiter 1 herum gebildete Molybdänsulfid stellt eine gute e'lektrische und mechanische Bindung zwischen der Elektrode 1 und dem Körper 2 dar. LJm eine ähnliche Bindung zwischen dem Leiter oder Anschlußdiraht 4 und dem Körper 2 zu erreichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zu irgendeinem Zeitpunkt während des Polarisationsvorganges den Strom für eine kurze Dauer umzukehren, um auf dem Leiter 4 eine dünne Schicht von Metallsulfid, z. B. von Nickelsulfid, im Falle eines aus Nickel bestehenden Leiters 4 aufzulxiuen.

Der so erhaltene Gleichrichter besteht aus einem Molybdänelement i, dem Sulfidgemischelement 2 und der Zwischenschicht aus Molybdänsulfid 3. Dieses Gebilde läßt den Strom in der Richtung vom Molybdän zum Metallsulfid fließen, stellt jedoch eine S[>erre von hohem Widerstand für den Elektronennuß l>ei umgekehrtem Strom dar. Wenn der Molybdänsulfidgehalt des Körpers 2 gering ist, arbeitet der Gleichrichter bis zu einer Temperatur von 250⁰ zufriedenstellend, und wenn der Körper 2 aus einem an Molybdämsulfid reichen Gemisch besteht, steigt die zulässige Höchsttemperatur auf 350⁰. Auch ist ein erfindungsgemäß ausgeführter Trockengleichrichter imstande, hohe Spannungen in der Nähe von 80 bis 90 Volt und höhe Stromdichten von etwa 8 Ampere auf den Quadiratzentimeter auszuihalten.

Die Gleichrichter nach der Erfindung unterscheiden sich von den bisher bekannten Sulfidgleichrichtern auch dadurch, daß bei ihnen die Richtung des Stromflusses vom Molybdän- zum Metallsulfid, bei den gebräuchlichen Sulfidgleichrichtern dagegen vom Metallsulfid zum Metall verläuft.

Statt eines Molybdändrahtes kamn man auch ein Metallelement von anderer Form verwenden. Beispielsweise kann das Molybdänelement die Form einer Platte oder Kappe erhalten, die mit dem Sulfidelement durch Pressen oder durch sonst eine aus der Gleich richterteebnik an sich bekannte Maßnahme in Verbindung gebracht wird. Auch die Form des Sulfidgemischkörpers kann je nach den Erfordernissen des Einzelfalles beliebig gewählt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Trockengleichrichter mit anr einanderliegenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daiß eines dieser Elemente (1) aus Molybdän besteht oder damit überzogen ist, während sich das andere EJement (2) aus einem Gemisch von Metallsulfiden aus Molybdän/-sulfid und wenigstens einem Sulfid eines Metalls der Gruppe II des periodischen Systems zusammensetzt.

2. Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Molybdänelement (1) eine Schicht (3) aus Molybdänsulfid vorgesehen ist.

3. Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Gruppe II Calcium ist.

4. Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Gruppe II Cadmium ist.

5. Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Gruppe II Zink ist.

6. Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Molybdän bestehende Element (1) das eine elektrische Anschluß glied der Anordnung bildet und in das das andere EIement (2) bildende Metallsulfidgemisch eingebettet ist, und daß ein zweites Anschlußglied (4) mit dem Element (2) ebenfalls durch Einbettung in/ dieses in Berührung steht.

7. Gleichrichter nach Anspruch 6, dadurch ge- no kennzeichnet, daß der eingebettete Teil des zweiten elektrischen) AnscMaßgliedies (4) an seiner Oberfläche mit einem Metallsulfidüberzug versehen ist.

8. Gleichrichter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite elektrische Anschlußglied (4) aus Nickel oder einer Legierung auf Nickelgrundlage besteht.

9. Verfahren zur Herstellung von Trockenh gleichric'htern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von Metallsulfiden', das Molybdänsulfid und ein Sulfid eines Metalles der Gruppe II des periodischen Systems und eine kleine Menge Schwefel enthält, mit dem Molybdänelemerit (1) zusammengepreßt und alsdann bei einer Tempe-

ratur von mindestens 500⁰ einer Sinterung unterworfen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dSaß ein Sulfidgemisch aus 5 bis 50 °/o Molybdänsulfid, 2 bis 10 ^e/o Schwefel und einem Sulfid eines Metalls der Gruppe II des periodischen System« Verwendung findet.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsulfidgemisch auch mit einem Anischlußglied' (4) zusammengepreßt wird, das aus einem mit dem freien Schwefel reagierenden Metall besteht, so daß das Anschlußglied bei der Sinterung mit einem Sulfidfilm überzogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man durch das gesinterte Sulfidigemisch einen Gleichstrom leitet und dadurch auf dem Molybdänelement eine polarisierende Schicht aus Molybdänsulfid erzeugt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das gesinterte Sulfidgemisch während des Stromdurchganges auf einer erhöhten Temperatur hält.

14. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom während des Polarisierungsvorganges umgekehrt wird, so daß auf dem metallischen Anscblußglied (4) der Sulfidfilm entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen