DE893989C - Verfahren zum Anschluss einer elektrischen Verbindungsleitung an eine aus einem niedrigschmelzenden Material bestehende Elektrode eines Sperrschichtgleichrichters mittels eines leitenden Haftmittels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung einer guten elektrischen Verbindung mit der Elektrode eines Sperrschichtgleicihrichters und auf die Sperrschichtgleiehrichter, die mit einem nach diesem Verfahren erhaltenen elektrischen Anschluß versehen sind.

Die in der Technik meist verwendeten Sperrschichtgleicihrichter, wie Selengleichrichter und Kupferoxydgleichrichter, besitzen im allgemeinen eine aus gut leitendem Werkstoff bestehende sogenannte Gegenelektrode. Zwecks Erzielung eines innigen Anschlusses wird diese Elektrode meist als eine sehr dünne Schicht von z. B. ioo Mikron in

flüssigem Zustand aufgebracht, wozu am einfachsten eine -niedrigschmekende Legierung verwendet werden kann. Diese Legierung wird z. B. durch Spritzen aufgebracht.

Die Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dieser gut leitenden Elektrode bietet deshalb Schwierigkeiten, weil die dünne Schicht dieser ao Elektrode leicht beschädigt wird und sich die Eigenschaften des Gleichrichters dadurch verschlechtern. Bei Verwendung eines federnden Druckkontaktes z. B. besteht die Gefahr der Beschädigung und des Durchschlages an den unter Druck stehenden Kontaktstellen.

Es wurde vorgeschlagen, - eine dünne biegsame Folie oder einen entsprechenden Draht als Stromabnehmer zu verwenden, die bzw. der metallisch mit der Elektrodenschicht verbunden ist. Dazu wird der Werkstoff der Elektrode selbst als-Lötmittel verwendet.

Bei der Durchführung einer solchen metallischen Verbindung wird also z. B. mittels 'eines Lötkolbens das unter dem Kontaktende des Zufuhrleiters liegende ίο Elektrodenmaterial zum Schmelzen gebracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezweckt, eine Verbindungsweise zu schaffen, die in der Massenherstellung mit geringerer Gefahr der Beschädigung der darunterliegenden Sperrschicht an der • 5 Befestigungsstelle durchführbar ist. Dieses. Verfahren wieist das Kennzeichen auf, daß die Menge und die Art des Haftungsmittels entsprechend der Art der Unterschicht an der Befestigungsstelle so gewählt sind, daß die bei der Befestigung auf die ze Unterschicht übertragene Menge an Wärmeenergie nicht ausreichend ist, um die Eigenschaften' der Sperrschicht an der Befestigungsstelle wesentlich, zu beeinträchtigen. '

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also vermieden, daß an der Verbindungsstelle dem Material der Elektrode, falls es an dieser· Stelle bereits zum Schmelzen gebracht wird, in solchem Maße Wärme zugeführt wird, daß sich auch die Qualität der Sperrschicht an dieser Stelle wesentlieh verschleohtert. Ein gutes Maß dafür ist, daß das sogenannte Formierungsverfahren nach erfolgter-Befestigung nicht von neuem angewendet werden braucht.

Bei einem solchen an sich bekannten Formielängsverfahren wird die Zelle während einiger Zeit elektrisch stark belastet, wodurch die Qualität der Sperrschicht verbessert wird. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich nun, daß es nicht erforderlich ist, ein solches vollständiges 4-0 Formierungsverfahrien noch anzuwenden, nachdem die Befestigung des Zuführungsleiters zustande gekommen ist. ■ - ■ -*■"■" --· -^;-

An Hand der Zeichnungen, in der- verschiedene Ausführungsbeispiele, der Erfindung dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. ι stellt eine Ausführungsform dar, bei der das Ende des Zuführungsleiters derart ausgebildet ist, daß beim Eintauchen in geschmolzenes Lötmaterial eine Menge dieses Lötmaterials in flüssigem Zustand festgehalten wird, welche Menge zur Durchführung der Verbindung ausreicht, jedoch andererseits im geschmolzenen Zustand nur soviel Wärmeenergie enthält, als gerade für die Durchführung der Verbindung genügt. Fig. 2 bezieht sich auf eine Ausführungsform, bei der ein Zuführungsleiter, der die erforderliche Menge niedrigschmelzendes Lötmaterial an der Befestigungsstelle enthält, auf die Gleichrichterelektrode aufgestellt wird, worauf eine leicht- zu dosierende Wärmezufuhr, z. B/ mittels Heißluft, stattfindet, wodurch das Lötmateriai gerade zum ■ Schmelzen gebracht wird, ohne da^:ß^;ein Überschuß an Wärmeenergie zugeführt wird.

Fig. 3 dient zur Erläuterung einer Ausführungsform, bei der als Verbindungsmittel ein leitender Kitt oder Lack verwendet wird, der in flüssigem Zustand vorzugsweise mit einer die_ Umgebungstemperatur nicht wesentlich übersteigenden Temperatur aufgebracht wird und an Luft erhärtet.

Fig. 4 zeigt das Ergebnis eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens, nach dem wenigstens an der Verbindungsstelle des Zuführungsleiters, vor dessen Befestigung, eine Schicht aufgebracht wird, welche aus leitendem Material besteht, das gewünschtenfalls einen höheren Schmelzpunkt als das Material der Elektrode besitzt, wobei der Schmelzpunkt des Materials der Schutzschicht und die Auftragungsweise,, z. B. durch Spritzen, derart gewählt sind, daß die Sperrschicht an der Befestigungsstelle intakt bleibt.

Fig. i· a -zeigt einen Zuführungsleiter 1 mit einem aufgearbeiteten Kontaktende 2, bei dem dieses Aufarbeiten durch Biegung des dünnen, biegsamen Drahtes 1 in Form einer flachen Spirale erhalten ist. Aus dem in etwas größerem Maßstab gezeichneten Durchschnitt nach Fig.-1 b ist ersichtlich, daß diese Spirale, nachdem sie in geschmolzenes Lötmaterial getaucht worden ist, eine Menge 3 dieses Materials festhält. Während dieses Material sich noch in geschmolzenem Zustand befindet, wird der Zuführungsleiter 1 auf die Elektrodenschicht 4 des Sperrgleichrichters aufgesetzt, wie aus der Draufsicht in. Fig. ι c ersichtlich ist. Der in Fig. 1 b im Durchschnitt dargestellte Sperrschichtgleic'hrichter ist aus einer Aluminiumträgerplatte 5, auf der sich eine Selenschicht 6 befindet, aufgebaut. Zwischen ■ der Trägerplatte 5 und der Selenschicht 6 können sich noch eine oder mehrere Haftungsschichten, z. B. zunächst Zink und dann Kohle befinden, während sich zwischen den Schichten 6 und 4 (den Elektroden) eine Sperrschicht befindet. Die Haftungsschichten und die Sperrschicht sind aber wegen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Für die Elektrode 4 und das Lötmaterial 3 können die ■gleichen Stoffe verwendet werden. Beide können z.B. aus einer bei gut ioo° schmelzenden Legierung von Zinn,. Wismut und Cadmium bestehen. Gegebenenfalls kann für das Material 3 eine bei etwas höherer Temperatur schmelzende Legierung verwendet werden, sobald der Zuführungsdraht 1 mit dem Material 3 auf der Elektrode 4 aufgesetzt ist, wird das Material der letzteren Elektrode oberflächlich zum Schmelzen gebracht und es entsteht eine innige Verbindung. Weii das Material 3 eine beschränkte Menge an Wärmeenergie enthält, bleibt die Sperrschicht unter der Elektrode 4 an der Verbindungsstelle völlig unversehrt und es tritt keine Beschädigung auf.

Wird ein Stromabnehmer von anderer Form, z. B. ein biegsamer Metallstreifen verwendet, so kann das Ende desselben mit Hilfe von Durchlöcherungen aufgearbeitet und im übrigen auf ähnliche Weise verfahren werden.

Bei dieser Ausführungsform ist bereits erkennbar, daß gleichzeitig- der Vorteil erhalten wird, daß dieses Befestigungsverfahren bei Sperrschichtgleich-

richtern von geringen Abmessungen leicht Anwendung finden kann. Der gleiche Vorteil ergibt sich audh bei den im nachfolgenden zu besprechenden Ausfuhrungsbeispielen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist schematisch in Draufsicht ein Gleichrichter dargestellt, dessen entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. ι bezeichnet sind. Als Stromabnehmer 7 ist hier ein Streifen verwendet, der am Ende eine Durchlöcherung 8 aufweist. Ein solcher Streifen kann wieder auf die oben beschriebene Weise in Lötmaterial eingetaucht und auf die Elektrode 4 aufgesetzt werden. Die Figur zeigt nun, daß man hier das Verbindungsmaterial zunächst

'5 erhärten lassen und später durch Heißluftzufuhr aus einem Lötrohr 9 zum Schmelzen bringen kann. Dies hat den Vorteil, daß Folien verwendet werden können, die von vornherein in großer Menge vorbereitet und mit Lötmaterial versehen sind. Bei dieser Ausführungsform ist z. B. ein Lötmaterial verwendet, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Material der Elektrode 4 besitzt.

Eine solche Heißluftzufuhr ist auch bei den an Hand der Fig. 1 beschriebenen Verfahren anwendbar, falls das Lötmaterial so weit abgekühlt ist, daß zwar noch keine Härtung eingetreten ist, sondern die Menge Wärmeenergie trotzdem nicht genügt, um die Oberfläche der Elektrode 4 an der Verbindungsstelle zum Schmelzen zu bringen. Der Heißluftstrom gibt dann zu diesem Zweck eine zusätzliche Wärmezufuhr.

In Fig. 3 ist wieder ein am Ende aufgearbeiteter Stromabnehmer 10 dargestellt. Als Verbindungsmittel ist hier ein leitender Lack oder Kitt 11 verwendet. Dieses Material wird z. B. durch Mischung von 100 ecm Chlorgummilack und 30 g feingemahlenem Graphit erhalten.

Das Material 11 wird aufgetragen, nachdem der Stromabnehmer 10 auf die Elektrode 4 aufgesetzt ist. Der leitende Kitt wird auf sie aufgedrückt. Bei Verwendung eines leitenden Lacks kann derselbe leicht über die ganze Oberfläche der Elektrode 4 ausgestrichen werden, wodurch eine noch bessere Stromabfuhr entsteht. Letzteres Verfahren ist auch in Verbindung mit den an Hand der übrigen Figuren beschriebenen Ausführungsformen anwendbar. Da ein solcher Kitt im allgemeinen noch einenziemlich hohen Widerstand aufweist, ist dieses Verfahren hauptsächlich für Zellen von geringer Leistung von Bedeutung, bei denen die Stromabnahme in der Größenordnung von Milliamperen liegt.

Die aufgearbeiteten Kontaktenden der in diesen Ausführungsbeispielen beschriebenen Zuführungsleiter sind ebenfalls verwendbar, wenn das Verbindungsmaterial auf andere Weise, z. B. durch Spritzen, aufgetragen wird. Durch diese Öffnungen wird dann die Verbindung zwischen der gespritzten, durch diese Öffnungen hindurchdringenden Schicht und der Elektrode 4 hergestellt.

Der Durchschnitt nach Fig. 4 a mit der zugehörigen Draufsicht nach Fig. 4b zeigt, daß die Elektrode 4 des Gleichrichters in dieser Ausführungsform an der Verbindungssteile, vor der Befestigung des Zufuhrstreifens 13, mit einer Schutzschicht 12 versehen ist. Für die Schicht 12 kann ein Werkstoff mit einem höheren Schmelzpunkt als das Material der Elektrode 4 verwendet werden, wenn bei der Auftragungsweise entsprechend dem Prinzip der Erfindung dafür Sorge getragen wird, daß die Sperrschicht unversehrt bleibt. Das Auftragen, dieser Schutzschicht kann z. B. durch Spritzen erfolgen. Infolge des höheren Schmelzpunktes hat man den Vorteil, daß die Verbindung mit dem Streifen 13 auch mittels eines bei höherer Temperatur schmelzenden Lötmaterials hergestellt werden kann. Es entsteht hierdurch eine kräftige Lötverbindung, so daß dieses Verfahren insbesondere bei schwer belasteten Gleichrichtern angebracht ist. Die ' Gefahr des Losschmelzens der Verbindung bei hohen Betriebstemperaturen ist nämlich geringer. Wenn man diese Eigenschaft nicht braucht, so kann die Deckschicht auch aus einem niedriger schmelzenden Werkstoff angefertigt werden, wodurch auch die Befestigung bei niedrigerer Temperatur erfolgen kann und die Gefahr der Beschädigung der Sperrschicht also· noch weiter abnimmt.

Wird die Schutzschicht 12 über die ganze Oberfläche der Elektrode 4 ausgedehnt, so wird noch ein weiterer Vorteil erhalten. Wie bereits in der Einleitung bemerkt wurde, muß die Elektrode 4 im allgemeinen als eine dünne Schicht aufgetragen werden, u. a. weil zum Erhalten eines innigen Kontaktes und für die Qualitäten der Sperrschichtlegierungen, die bei niedriger Temperatur, z. B. bei ioo°, schmelzen, dünne Schichten sich als am geeignetsten erwiesen haben. Wenn diese Legierungen in Form einer dicken Schicht aufgetragen werden, entstehen Schwierigkeiten bei hoher Belastung des Gleichrichters; das Material wird dann flüssig und zieht sich in Tropfen zusammen oder fließt weg. Biei Verwendung von dünnen Schichten wurde gefunden, daß der Gleichrichter gegen eine solche Überlastung beständig ist. Wird nun eine Deckschicht aus einem Werkstoff verwendet, der erst bei höherer Temperatur schmilzt, z.B. 130 oder 150⁰, so bleibt diese Schicht bei einer Gleichrichtertemperatur von z.B. iio° unverletzt. Es ergibt sich, daß hierdurch die Gefahr der Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Gleichrichters bei Überlastung vermindert ist.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken des vorliegenden Verfahrens wird diese Schicht eine solche Stärke haben, z. B. ¹Z₁₀ mm, daß mit ihr leicht ein Lötkontakt hergestellt werden kann, ohne daß die Wärme so weit durchdringt, daß das Material der eigentlichen Elektrode 4 an der Sperrschichtseite zum Schmelzen gebracht wird.

Insbesondere bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 2 und 4 kann die bereits dosierte Menge an Wärmeenergie in der Auswirkung auf die Sperrschicht noch weiter dadurch beschränkt werden, daß diese Wärme, nachdem an der Verbindungsstelle das erforderliche Fließen des Materials eingetreten ist, wieder so schnell wie möglich abgeführt wird. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß

sofort nach dem Fließen auf die Verbindungsstelle ein Metallstempel aufgesetzt wird, der eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und !gleichzeitig den Kontakt während der Erhärtung andrückt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Herstellung der Verbindung durchzuführen, während eine Spannung an der Zelle liegt. Diese kann z. B. mittels des. zu verbindenden Zufuhrleiters· selbst oder mittels des oben genannten Stempels angelegt" ίο werden.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zum Anschluß einer elektrischen Verbindungsleitung an eine aus einem niedrig-

   »5 schmelzenden Werkstoff bestehende Elektrode eines Sperrschichtgleichrichters mittels eines leitenden Haftungemittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge und die Art des Haftungsmittels entsprechend der Art der Unterschicht an der

   Befestigungsstelle so gewählt sind, daß die bei der Befestigung auf die Unterschicht übertrageneMenge an Wärmeenergie nicht ausreicht, um die Eigenschaften der Sperrschicht an der Befestigungsstelle wesentlich zu beeinträchtigen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktende des Zuführungsleiters derart ausgebildet" ist, daß beim Eintauchen in geschmolzenes Lötmaterial eine Menge dieses Lötmatsrials in flüssigem Zustand festgehalten wird, welche Menge für die Herstellung der Schweißverbindung ausreicht, jedoch andererseits in geschmolzenem Zustand nur soviel Wärmeenergie enthält, als gerade für die Durchführung der Befestigung ausreicht.
3. 3. Verfahren nach einem der-vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,' daß als Zuführungsleiter ein Organ verwendet wird, dessen Kontaktende aufgearbeitet ist, z. B. die Form eines spiralförmig gewundenen Drahtes besitzt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuführungsleiter, der die erforderliche Menge an niedrigschmelzendem Lötmaterial an der Befestigungsstelle enthält, auf die Gleichrichterelektrode aufgestellt wird, worauf eine leicht zu dosierende Wärmezufuhr, z. B. mittels Heißluft, stattfindet, wodurch das Lötmaterial gerade zum Schmelzen gebracht wird, ohne daß ein Überschuß an Wärmeenergie zugeführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch !gekennzeichnet, daß wenigstens an der Verbindungsstelle des Zuführungsleiters, vor der Befestigung desselben, eine Schicht aufgetragen wird, welche aus leitendem Material 'besteht, das gewünschtenfalls einen höheren Schmelzpunkt als das Material der Elektrode besitzt, wobei der Schmelzpunkt 'des Materials der Schutzschicht und die Auftragungsweise, z. B. durch Spritzen, so gewählt sind, daß die Sperrschicht an der Verbindungsstelle unversehrt bleibt.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem der Zuführungsleiter auf die-Befestigungsstelle aufgesetzt und an dieser Stelle das Elektrodenmaterial geschmolzen ist, ein Stempel auf die Befestigungsstelle aufgesetzt wird, mittels dessen die Wärme so schnell wie möglich wieder abgeführt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung erfolgt, während die Zelle unter Spannung steht, wobei als Zuführungsleiter der zu befestigende Leiter oder der nach Anspruch 6 aufgesetzte Stempel benutzt wird.
8. 8. Sperrschichtgleichrichter mit einem Anschlußkontakt für den Zuführungsleiter, der nach dem in einem der vorhergehenden Ansprüche angegebenen Verfahren hergestellt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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