DE1132633B - Widerstandselement fuer hohe Betriebstemperaturen - Google Patents
Widerstandselement fuer hohe BetriebstemperaturenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandselement für hohe Betriebstemperaturen.
Bekannt sind für diesen Zweck mit aufgewickelten Metalldrähten oder -bändern versehene Widerstandselemente,
die zwar gute Stabilität bei genauer Kontrollmöglichkeit der Widerstandstoleranzen aufweisen;
infolge des verhältnismäßig geringen ohmschen Widerstandes der hierfür benutzten Metalle und der Mindestgröße
des aus diesem gefertigten Drahtes bzw. Bandes ist jedoch der Widerstandsbereich erheblich
begrenzt. Weiterhin erfordert die Verformung von gewickelten Widerständen bei bestimmten Anwendungen
durch Biegen und Umformen ein entsprechend verformbares Kernmaterial, das zwar für
Betrieb bei normalen Temperaturen geeignet ist, bei in verschiedenen Verwendungsgebieten auftretenden
höheren Temperaturen jedoch mit einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften verknüpft ist.
Auch hat man durch Spritzen und Aufdampfen auf nichtleitende Trägerwerkstoffe aus leitenden Metallen
mit verhältnismäßig niedrigen ohmschen Widerstandswerten, wie Gold, Platin usw., dünne Filme niedergeschlagen,
deren Dicke nur etwas über der Molekulargröße des Metalls bei höheren Widerstandswerten
liegt, die aber, auf verhältnismäßig dicken Trägern aufgetragen, einer Zerstörung durch mechanische
Beanspruchungen und Abrieb ausgesetzt sind.
Höheren ohmschen Widerstand als die genannten Metalle weisen für billige Widerstände auf nichtleitenden
Unterlagen aufgebrachte Schichten aus Borkohlenstoff und anderen Kohlenstofformen auf; jedoch
schließen veränderliche und ungünstige Temperatur- und Spannungs-Widerstandskoeffizienten sowie
zahlreiche Oberflächenunregelmäßigkeiten der mit derartigen Niederschlagen versehenen Elemente ihre
Verwendung für veränderbare Widerstände aus.
Weiterhin ist bekannt, in auf hochschmelzenden Tragkörpern dünn aufgetragenen Glasur- und Emaillezwischenschichten
als Bindermaterialien kristalliner Struktur durch Erhitzen in einer unbedingt neutralen
Atmosphäre Leiter- oder Halbleiterteilchen, wie von Eisen, aus Kohlenstoff od. dgl., einzulagern, um diese,
da sie nicht aus einem Edelmetall bestehen, vor Oxydation zu schützen. Auch wurden zur Fertigung von
elektrischem Widerstandsmaterial in Form von leitenden Stäbchen und Fäden geformte Gemenge von
Platin oder seinen Salzen und kieselsäurehaltigen Stoffen in Gegenwart gasförmiger oder fester Reduktionsmittel
bis zum Schmelzen unter Bildung einer leitenden chemischen Verbindung des Platins, nämlich
Platinsilicium, erhitzt.
Man hat auch für über 300° C liegende Betriebs-
Widerstandselement
für hohe Betriebstemperaturen
für hohe Betriebstemperaturen
Anmelder:
Beckman Instruments, Inc.,
Fullerton, Calif. (V. St. A.)
Fullerton, Calif. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin-Grunewald, Auguste-Viktoria-Str. 65
Berlin-Grunewald, Auguste-Viktoria-Str. 65
Thomas M. Place sen., Newport Beach, Calif.,
und Thomas M. Place jun., Costa Mesa, Calif.
und Thomas M. Place jun., Costa Mesa, Calif.
(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
temperaturen bestimmte elektrische Widerstände durch Tränken poröser Keramikträger mit Metallsalzen
und deren Spaltung zwecks Ablagerung des entsprechenden Metalls innerhalb der Keramik, gegebenenfalls
unter Berührung mit heißen reduzierenden Gasen, ohne Bildung einer glasigen Phase hergestellt
oder Mischungen aus Metall beliebiger Feinheit und Fremdkörpern, wie Quarz u. dgl., unter
Zuschlag eines Flußmittels geschmolzen und nach Vermählen, Verpressen zu Formkörpern gebrannt.
Bei anderen bekannten elektrischen Widerständen wird ein keramischer Träger an der Oberfläche zunächst
mit einer aus Bor oder einer seiner Verbindungen erzeugten dünnen Glasur- oder Emailschicht
überdeckt, auf der dann eine zweite, leitende Schicht, insbesondere aus Kohlenstoff niedergeschlagen wird.
Auch hat man zur Erzeugung leitender oder halbleitender Schichten auf Trägerkörpern in der Art von
Metallglasuren bzw. -emaillen im Schmelzfluß unzersetzbare borsaure oder kieselsaure Verbindungen von
Metallen, wie von Kupfer, Blei oder Silber, aufgebracht und diese gegebenenfalls durch Einwirkung
chemischer Mittel, wie z.B. Schwefelverbindungen, ganz oder teilweise in andere Metallverbindungen
umgewandelt.
Die Erfindung betrifft ein Widerstandselement für hohe Betriebstemperaturen, das aus einer hochtemperaturbeständigen,
elektrisch nichtleitenden Unterlage besteht, auf die eine aus einem Edelmetall und
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einem elektrisch nichtleitenden Bindematerial bestehende Schicht aufgebracht ist. Die Erfindung besteht
darin, daß die Schicht aus einer geschmolzenen Mischung aus Glas und einem Edelmetall mit höherem
Schmelzpunkt als dem des Glases besteht und daß das Metall in feiner Verteilung in elementarer
Form in einem Anteil von bis zu 16% enthalten ist. Hierbei bleibt in der glasigen Phase das Edelmetall,
gleichmäßig verteilt, als solches erhalten. Dies ergesinterte oder geschmolzene Tonerden und Zirkonporzellane
genannt.
Die elektrisch leitenden Elektroden 12,13 bestehen aus der üblichen Ausführung und können hergestellt
werden, indem eine der bekannten leitenden Silberoder anderen Metallpasten auf die Widerstandsmaterialschicht
aufgetragen und die Einheit gebrannt wird, wobei sich die Paste zu einer Metallschicht umwandelt,
die mit der Widerstandsschicht fest verbun-
möglicht die Herstellung von Widerständen mit einem io den ist. Danach können an die Elektroden Drähte,
umfassenden Bereich von Widerstandswerten unter entsprechender Variierung des Anteilverhältnisses
von Metall zu Glas. Dabei wird auf die geeignete Unterlage in üblicher Weise durch Siebdruck aus dem
Gemisch eine Schicht aufgetragen, die verhältnismäßig dick ist und deren Dicke daher nicht genau
kontrolliert zu werden braucht. Dies steht einwandfrei im Gegensatz zu den herkömmlichen Filmwiderständen,
bei denen durch Aufdampf- oder ähnliche Techniken aus dem Widerstandsmaterial ein sehr
dünner Film aus im wesentlichen reinen Metall erzeugt wird. Bei solchen Ausführungen haben geringe
Schwankungen in der Filmdicke größere Änderungen im Gesamtwiderstandswert zur Folge.
etwa durch Anklemmen oder Anlöten, angeschlossen werden. Andererseits können die Anschlußdrähte in
Form von Draht oder Band in Nuten oder Öffnungen in der Basis 11 vor dem Aufbrennen der Schicht 10
eingelegt werden, so daß der Draht oder das Band in die Schicht 10 hineinragt und beim Aufbrennen mit
dieser verbunden wird.
Die Schicht 10 besteht aus einer geschmolzenen Mischung von Glas und Edelmetall, wobei je nach
ao Wunsch Spuren gewisser anderer Materialien zugesetzt werden können. Das Glas verschmilzt beim Erhitzen
auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des beigemischten Metalls zu einer glatten,
kontinuierlichen und glasigen Phase. Es hat sich
Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Wider- 25 gezeigt, daß ein keramisches Glas für diesen Zweck
Standes liegt in seiner Stabilität auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen. Der Widerstand ist
hochbeständig gegenüber Temperaturschwankungen und besitzt einen vorherbestimmbaren Widerstandstemperaturkoeffizienten;
er ist hart, dauerhaft, beständig gegen atmosphärische wie auch mechanische Abnutzungen, d. h. unempfindlich gegen Nässe,
Feuchtigkeit und Schwammbildung und widerstandsfähig gegenüber Stoß, Vibration u. dgl.
geeignet ist, wobei für die Verwendung im Rahmen der Erfindung Bleiborsilikate bevorzugt werden. Die
besondere Zusammensetzung des verwendeten Glases ist bei der praktischen Durchführung der Erfindung
nicht kritisch, und es können bei der Zusammensetzung der Gläser zahlreiche Änderungen vorgenommen
werden, um die Schmelztemperatur, den Koeffizienten thermischer Expansion, die Fließfähigkeit,
die Löslichkeit usw. zu ändern, wodurch das
Die Zeichnung und die Beschreibung zeigt und be- 35 Produkt eine besondere, gewünschte Eigenschaft erschreibt
bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin- hält. Die Zusammensetzung der beiden bei der prakdung,
die jedoch nur der Erläuterung und als Beispiel
dienen. In den Zeichnungen ist
dienen. In den Zeichnungen ist
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die für
Drehpotentiometer geeignet ist,
Fig. 2 eine andere perspektivische Darstellung einer
weiteren Ausführungsform, die für lineare Potentiometer wie auch für Festwiderstände geeignet ist,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit biegsamen Anschlußdrähten
zum Einbau in eine elektrische Schaltung tischen Durchführung der Erfindung verwendeten
Glassorten wird nachstehend als Beispiel gegeben, darf jedoch keineswegs als Einschränkung angesehen
werden.
Glas Nr. 1
Bleimennige 74,1
Zinkoxyd 5,4
Borsäure 15,9
Flint 13,4
Bleioxyd 0,722
Zinkoxyd 0,050
Boroxyd 0,090
Kieselsäure 0,134
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, die als Knopfwiderstand verwendet
werden kann.
Bei dem Aufbau der Fig. 1 ist eine Schicht 10 aus Widerstandsmaterial auf eine Basis 11 aufgebrannt,
wobei an jedem Ende der Schicht 10 die Elektroden 12, 13 zum Anschluß an eine elektrische Schaltung
vorgesehen sind. Dieses Widerstandselement kann als Festwiderstand benutzt oder, mit einem drehbaren
Kontaktarm versehen, als Drehpotentiometer verwendet werden. Die Basis 11 kann aus jedem geeigneten,
elektrisch nichtleitenden Material bestehen, das den beim Aufbrennen des Widerstandsmaterials
auftretenden erhöhten Temperaturen widersteht. Für diesen Zweck sind verschiedene keramische Materialien
geeignet, vor allem solche, die eine glatte, feingefügte Oberfläche besitzen und die gegen Feuchtigkeit
oder andere Flüssigkeiten undurchdringlich sind. Als Beispiele von zum Formen der Basis 11
vorzuziehenden Materialien seien Steatit, Fosterit, Glas Nr. 2
Bleimennige 67,3
Zinkoxyd 5,4
Borsäure 17,7
Ultrox 3,8
Flint 15,1
Bleioxyd 0,6570
Zinkoxyd 0,0540
Boroxyd 0,0898
Kieselsäure .... 0,1749
Zirkonoxyd ... 0,0239
Obwohl das Glas nach irgendeinem der üblichen Verfahren hergestellt werden kann, ist anzustreben,
daß es so homogen wie möglieh ist. Ein Verfahren zum Herstellen eines Glases umfaßt das gründliche
Durchmischen einer Menge trockener Rohmaterialien, das Schmelzen der Mischung in keramischen Tiegeln
zu einem klaren flüssigen Glas, das Abschrecken des geschmolzenen Glases durch Eingießen in kaltes
Wasser, das Trocknen des resultierenden zersprengten Glases und das Zerbrechen und darauffolgende
Zermahlen zu einem sehr feinen Pulver, dessen Teilchen kleiner sind als die, die durch ein Sieb mit
ungefähr 130 Maschen pro laufendem Zentimeter
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hindurchgehen. Die in der Widerstandsmischung ent- stimmt werden, da die Heizeigenschaften der einhaltenen
Edehnetalle (oder das Metall) reagieren und zelnen Brennöfen schwanken. Der Zeit- und Tempeoxydieren
nicht. Der Ausdruck »reagiert nicht« be- raturkreislauf des Brennens ist im übrigen nicht
deutet, daß das Metall mit den anderen Bestandteilen kritisch, und ein Fachmann der keramischen Technik
der Mischung weder bei Raumtemperatur noch bei den 5 kann eine Anzahl geeigneter Brennverfahren auserhöhten
Temperaturen reagiert, die zum Herstellen probieren.
des gleichförmigen, glasigen Widerstandselementes Nachstehend wird ein geeignetes Brennverfahren
erforderlich sind. Der Ausdruck »oxydiert nicht« be- beschrieben. Die Basis mit der Widerstandsschicht
deutet, daß das Metall bei diesen erhöhten Tempe- wird in den Brennofen gelegt und die Temperatur auf
raturen in normaler Atmosphäre nicht oxydiert. Der- io 540° C bei einer Steigerung von ungefähr 205° C
artige Edelmetalle sind Gold, Silber, Palladium, pro Stunde erhöht. Diese Temperatur von 540° C
Platin, Rhodium und Iridium. Diese Zusammenstel- wird für ungefähr 30 Minuten gehalten, um das
lung darf jedoch nicht als endgültig angesehen wer- Entfernen aller flüchtigen und organischen Mateden,
da weitere Metalle mit den gleichen Eigen- rialien aus der Mischung sowie eine gleichförmige
schäften bekannt sind, die bei der praktischen Durch- 15 Verteilung der Wärme durch die Basis und die
führung der Erfindung verwendet werden können Schicht zu sichern, bevor das Glas zu schmelzen be-
und zur Klasse der Edelmetalle gehören sollen. ginnt. Danach wird die Temperatur des Brennofens
Nach dem einen Verfahren der Zubereitung des in einem Ausmaß von 95° C pro Stunde auf 810° C
erfindungsgemäßen Widerstandsmaterials werden der erhöht. Die Temperatur wird 30 Minuten lang auf
Glasbinder, das oder die Metalle sowie weitere Be- 20 810° C gehalten, um eine gleichmäßige Wärmeverteistandteile,
die in gewissen Verwendungsbereichen lung zu sichern, wonach der Brennofen sich auf
verwendet werden können, in bestimmten Anteilen Raumtemperatur durch normale Abstrahlung abzusammengemischt
unter Zusetzen eines flüchtigen kühlen darf.
oder verdampfbaren flüssigen Trägers, wobei eine Dieser besondere Brennzyklus wird bei einer Glasgleichförmige Mischung anzustreben ist. Das Glas 25 mischung verwendet, die aus 20% Glas Nr. 1 und
und/oder das Metall kann der Mischung in feinzer- 80 % Glas Nr. 2, wie oben beschrieben, besteht. Der
teilter Form oder als große Teilchen zugesetzt wer- Brennzyklus und die Temperatur können innerhalb
den, wobei die Mischung in einer Kugelmühle oder eines weiten Bereiches je nach den Erfordernissen der
einer ähnlichen Einrichtung zu einer feingemahlenen verschiedenen Glaszusammensetzungen und der ver-Mischung
vermählen wird. Es ist anzustreben, daß 30 schiedenen Brennöfen verändert werden,
die festen Teilchen der Mischung eine Siebgröße be- Nach dem Abkühlen der Einheit ist die Widersitzen,
die geringer ist als die, die durch ein Sieb mit Standsmaterialschicht an der Basis in Form einer
ungefähr 130 Maschen pro laufendem Zentimeter glatten, schwarzen und glasigen Schicht fest angehindurchgeht.
Der benutzte besondere flüssige Träger bracht, die genau die Gestalt aufweist, in der sie auf
ist bei der Herstellung der Mischung nicht kritisch, 35 die Basis aufgetragen wurde. Danach können, wenn
wobei als Beispiele für geeignete flüchtige Träger gewünscht, Elektroden und Anschlußdrähte, wie be-Toluol,
Xylol, Öl, klare Lackmischungen, Isopropyl, reits beschrieben, angebracht werden, wonach der
Alkohol und sogar Wasser genannt seien. Die Mi- Bauteil für den Einbau in eine elektrische Schaltung
schung wird zur Bildung der Schicht 10 auf die fertig ist.
Basis 11 durch irgendein geeignetes Verfahren, wie 40 Es hat sich gezeigt, daß das Zusetzen von Prozent-Aufpinseln,
Aufsprühen, oder im Siebdruckverfahren bruchteilen oder Spurenmengen eines oder mehrerer
aufgetragen. Die der Mischung zugesetzte Menge feuerfester Metalloxyde, allgemein als Opaleszenzverflüssigen
Trägers ist so zu bemessen, daß diese die stärker bekannt, zur Glas-Metall-Mischung den Kongeeignete
Viskosität für das zum Auftragen der taktwiderstand zwischen beweglichen Kontakten und
Mischung auf die Basis benutzte Verfahren erhält. 45 der Oberfläche der verfestigten Glas-Metall-Mischung
Nach dem Auftragen der Schicht auf die Basis läßt herabsetzt. Werden keramischen Gläsern Opaleszenzman
beide in einem Warmluftstrom für kurze Zeit verstärker in kleinen Prozentsätzen hinzugefügt, so
trocknen. Danach werden die Basis und die Schicht haben diese die Eigenschaft, sich gleichmäßig als
in einem Brennofen gebrannt, der aus einem der kolloidale Teilchen oder Flocken zu verteilen, wenn
üblichen keramischen Brennöfen bestehen kann und 50 das Glas geschmolzen und darauf abgekühlt wird,
vorzugsweise elektrisch erzeugte Hitze verwendet, da wobei eine gleichmäßigere Verteilung der Metallderartige Brennöfen eine reinere Atmosphäre er- teilchen in dem Widerstandsmaterial bewirkt wird,
zeugen. Als Beispiel für solche Opaleszenzverstärker seien Der Zweck des Brennens ist die Verfestigung des genannt: Zinnoxyd, Antimonoxyd, Zirkonerde, Mo-Glases
zu einer gleichförmigen Glasphase, wobei die 55 lybdänoxyd und Chromoxyd. Dementsprechend wird
Metallteilchen in der Glasphase gleichmäßig verteilt bei der praktischen Durchführung der Erfindung, obsind,
ohne daß die Metallteilchen geschmolzen und wohl für deren Wirksamkeit nicht wesentlich, vorgeohne
daß in der Oberfläche der Schicht Blasen oder zogen, Prozentbruchteile eines oder mehrerer Opa-Poren
erzeugt werden. Die Temperatur, bei der die leszenzverstärker der Glas-Metall-Mischung zuzu-Schicht
und die Basis gebrannt werden, ist insofern 60 setzen, besonders dann, wenn das Widerstandskritisch,
als bei einem Brennen bei zu niedriger Tem- element in einem Potentiometer Verwendung finden
peratur keine gleichförmige Glasphase mit der harten soll.
glatten Oberfläche erhalten wird, während beim Es hat sich gezeigt, daß der Zusatz eines Prozent-Brennen
mit zu hoher Temperatur Blasen oder Poren bruchteiles eines keramischen Flußmittels mit niedrierzeugt
werden und die Metallteilchen sich zusam- 65 gern Schmelzpunkt, wie Wismutoxyd, Molybdänoxyd
menballen. Die Brenntemperatur hängt von dem be- oder Vanadiumoxyd, zur Glas-Metall-Mischung eine
sonderen verwendeten Glas und von dem besonderen Adhäsion der Metallteilchen an den Glasteilchen bei
Brennofen ab und kann nicht immer im voraus be- Temperaturen bewirkt, die unterhalb des Erweichungs-
punktes des Glases liegt, und einer Zusammenballung
der Metallteilchen entgegenwirkt, wenn die Brenntemperatur ansteigt. Dementsprechend wird bei der
praktischen Durchführung der Erfindung, obwohl für deren Wirksamkeit nicht wesentlich, vorgezogen, der
Metall-Glas-Mischung einen Prozentbruchteil oder Spurenmenge eines keramischen Flußmittels mit niedrigem
Schmelzpunkt zuzusetzen.
Die Glas-Metall-Mischung, die ein Widerstandsmaterial der Erfindung bildet, besteht vorwiegend aus
Glas mit einem verhältnismäßig kleinen Zusatz von Metall. Die besonderen, bei einem bestimmten
Widerstandselement verwendeten Anteile hängen von dem gewünschten Widerstandswert ab. Jedoch beträgt
bei fertigen Widerstandselementen der Anteil des Metalls bis zu 16 Gewichtsprozent. Der bevorzugte
Bereich, in den die meisten erfindungsgemäßen Widerstandselemente fallen, liegt bei 91 bis 98 Gewichtsprozent
Glas und 2 bis 9 Gewichtsprozent MetalL Die Widerstandsmerkmale einer besonderen
Mischung werden durch Herstellen und Prüfen eines aus der Mischung bestehenden Widerstandselementes
ermittelt, wonach Änderungen des Widerstandes durch Ändern der verwendeten Anteile vorgenommen
werden können.
Verschiedene elektrische Merkmale des Widerstandsmaterials können durch Verwenden verschiedener
Edelmetalle und verschiedener Mischungen von Edelmetallen in dem Widerstandsmaterial beeinflußt
werden. Die elektrischen Eigenschaften der in dem verfestigten Glas verteilten Metalle entsprechen etwa
den elektrischen Eigenschaften derselben Metalle, die diese bei der Verwendung als massive metallische
Leiter besitzen. Legierungen von Platin mit Rhodium und von Gold mit Rhodium ergeben einen kleineren
Bereich von ohmschen Widerstandswerten bei positiven Temperaturkoeffizienten pro Widerstandseinheit.
ίο Gold, Platin und Rhodiumlegierungen ergeben einen
kleinen Bereich ohmscher Widerstandswerte bei kleineren positiven Temperaturkoeffizienten pro
Widerstandseinheit. Gold, Palladium und Rhodiumlegierungen ergeben einen größeren Bereich von
Widerstandswerten, die bei steigendem Prozentsatz von Palladium größer werden. Die Temperaturkoeffizienten
pro Widerstandseinheit verlaufen von niedrigen positiven zu hohen negativen Werten bei
steigenden Palladiumprozentsätzen. Der Zusatz von Silber zu diesen Legierungen verändert gewöhnlich
die Temperaturkoeffizienten pro Widerstandseinheit in Richtung negativer Werte.
Obwohl zur Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstandselementes zahllose Materialkombinationen
verwendet werden können, werden die nachstehenden angeführt, da sie den Bereich von Mischungen
erläutern, der in den Rahmen der Erfindung fallen soll.
1 I 2 | 97,401 2,251 0,065 0,281 |
3 | 4 | Mischung Nr. 5I6I7I8I9 |
97,164 1,875 0,627 0,042 0,208 0,042 0,042 |
92,750 2,598 4,190 0,058 0,289 0,058 0,058 |
92,918 2,260 3,655 0,051 0,761 0,253 0,051 0,051 |
91,633 2,246 3,601 0,050 2,120 0,250 0,050 0,050 |
10 | |
Glas | 95,507 2,850 1,623 0,027 |
93,331 4,981 1,461 0,042 0,182 |
95,82 1,76 2,10 0,04 0,20 0,04 0,04 |
91,672 3,000 4,801 0,066 0,331 0,066 0,066 |
84,578 2,451 2,317 0,048 10,264 0,242 0,048 0,048 |
|||||
Gold ......... Platin Palladium Rhodium . Silber Wismutoxyd ... Zinnoxyd Chromoxyd ... |
Die Ausgestaltung der Widerstandsmaterialschicht, die auf die Basis aufgetragen wird, hängt von dem
Widerstandsmerkmal der verwendeten besonderen Mischung und von dem gewünschten Gesamtwiderstand
des fertigen Widerstandselementes ab. Der aus der Widerstandsschicht bestehende ringförmige Streifen
10 in der Fig. 1 kann beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 12,7 : 38,1 mm haben. Die Stärke
der Widerstandsschichten beträgt einen Bruchteil eines Millimeters, wobei der bevorzugte Bereich zwischen
0,0127 und 0,076 mm liegt. Bei den meisten der gegenwärtig hergestellten Widerstandselementen
liegt die Stärke in der Größenordnung von 0,0254 mm. Da die Widerstandsschicht im Vergleich zu den aufgespritzten
und aufgedampften metallischen Filmen bei einigen Widerständen eine beträchtliche Dicke
besitzt, ist die Überwachung der Dicke bei dem erfindungsgemäßen Widerstand viel weniger kritisch.
Bei dem fertigen Widerstandselement sind die
amorphen Metallteilchen in dem verfestigten Glas gleichmäßig verteilt und bilden einen halbleitenden
Pfad durch das Widerstandsmaterial. Die innerhalb des Widerstandsmaterials auftretenden genauen elektrischen
Erscheinungen sind noch nicht völlig bekannt. Dem Anschein nach besitzen die Metallteilchen
voneinander einen Abstand oder berühren sich leicht, wodurch ein hoher Widerstand erzeugt wird. Es ist
bekannt, daß eine Erhöhung des Prozentsatzes an Metall in der Mischung eine Herabsetzung des Gesamtwiderstandes
zur Folge hat, was auf eine Verminderung des Abstandes zwischen den Metallteilchen
und eine Vergrößerung der Anzahl der Teilchen, die sich gegenseitig berühren, zurückgeführt werden
kann.. Es wurde vermutet, daß der Widerstand der Schicht darauf beruht, daß die Teilchen voneinander
einen Abstand besitzen, der kleiner ist als die Wellenlänge ernes Elektrons, und daß, wenn der Abstand
zwischen den meisten der Teilchen diesen Wert übersteigt, die Schicht zu einem Nichtleiter wird, während
diese zu einem Leiter mit einem Widerstand von im wesentlichen Null wird, wenn die meisten der Teilchen
miteinander Kontakt haben.
Nach einem anderen Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Widerstandsmaterials kann das
Metall (oder die Metalle) mit dem feingemahlenen Glasbinder vermischt werden, wobei die Metalle in
der Form von löslichen Metallverbindungen auftreten, die durch erhöhte Temperatur zerlegt werden können.
Die Metallverbindung (oder Verbindungen) wird in einem geeigneten Lösungsmittel, etwa in einem der
ätherischen Öle, gelöst und mit dem zerpulverten Glas zur Herstellung einer gleichmäßigen Mischung
vermischt oder vermählen. Der bei dem früher offenbarten Verfahren beschriebene flüchtige, flüssige
Träger wird in diesem Falle gewöhnlich nicht benötigt, da das Lösungsmittel für die Metallverbindungen
dazu dient, die Mischung fließfähig und zum Auftragen auf die Basis geeignet zu machen. Ein wichtiges
Merkmal solcher Metallverbindungen ist darin zu sehen, daß das Metall in kolloidaler Form anwesend
ist, so daß, wenn die Basis zusammen mit der aufgebrachten Widerstandsschicht gebrannt wird, um
das in der Mischung vorhandene organische Material auszutreiben, die Metallverbindungen zersetzt werden
unter Hinterlassung eines Rückstandes von molekulargroßen Metallteilchen, die in der Schicht gleichmäßig
verteilt sind. Als lösliche Metallverbindungen, wie oben beschrieben, sind Verbindungen von Metallen
mit organischen Stoffen, wie Metallresinate oder -abietate, vorzuziehen.
Die zuweilen in dem Widerstandsmaterial der Erfindung verwendeten Metalloxyde, wie Wismutoxyd,
Zinnoxyd und Chromoxyd, können gleichfalls der Mischung in Form von löslichen Metallverbindungen,
wie nachstehend beschrieben, zugesetzt werden. Bei der Zersetzung der Metallverbindungen werden die
Metalle in Oxyde umgewandelt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens
zum Herstellen des erfindungsgemäßen Widerstandsmaterials kann dieses in großen Mengen zubereitet
und für unbestimmte Zeit gespeichert werden, um für die Herstellung einer gewünschten Anzahl von
Widerstandselementen je nach Erfordernis verwendet zu werden. Nach diesem Verfahren wird der Glasbinder,
das Metall (oder die Metalle) sowie Metalloxyde, wenn solche verwendet werden, gemischt oder
zusammen mit den Edelmetallen vermählen, wobei die oxydierbaren Metalle in Form von löslichen
Metallverbindungen anwesend sind. Das Mischen wird so gründlich durchgeführt, daß jedes Glasteilchen
von den Metallösungen befeuchtet ist. Diese Mischung wird nach und nach auf annähernd 370° C
unter beständigem Umrühren erhitzt, um die flüchtigen und organischen Materialien aus der Mischung
zu entfernen, die Metallverbindungen zu zersetzen und um die oxydierbaren Metalle zu oxydieren. Das
entstandene trockene Material wird zu einem feinen Pulver zermahlen und bei ungefähr 455° C kalziniert.
Das Produkt wird zu einem feinen Pulver zermahlen, vorzugsweise mit einer Teilchengröße von weniger als
solchen, die durch ein Sieb mit 13 Maschen pro laufendem Millimeter hindurchgehen, wobei ein trockenes
Material erzeugt wird, das aus sehr kleinen Glasteilchen besteht, die mit einer extrem dünnen Schicht
aus Metall und Metalloxydteilchen überzogen sind. Diese Mischung kann für unbegrenzte Zeit ohne Veränderung
oder Schlechtwerden gespeichert und in kleinen Mengen zur Herstellung einer begrenzten Anzahl
von Widerstandselementen verwendet werden.
Sollen Widerstandselemente unter Verwendung des nach dem vorstehenden Absatz hergestellten Materials
erzeugt werden, so wird dieses trockene Pulver mit einem geeigneten flüssigen Träger unter Bildung
einer fließfähigen Zusammensetzung gemischt, die auf die Basis aufgetragen werden kann. Danach wird die
Basis zusammen mit der aufgetragenen Schicht in derselben Weise, wie oben beschrieben, gebrannt und
die gleichförmige Phase verfestigten Glases erzeugt.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Widerstandselementes, bei der
eine Widerstandsmaterialschicht 15 auf eine rechteckige Basis 16 aufgetragen ist, wonach die Elektroden
17, 18 an den Enden der Schicht 15 hinzugefügt werden. Diese Ausführungsform der Erfindung ist
besonders für lineare Potentiometer geeignet.
Nach der Fig. 3 dient ein Röhrchen 20 als Basis für eine Schicht 21 aus Widerstandsmaterial, wobei
die an den Enden des Röhrchens 20 angebrachten zylindrischen Elektroden 22, 23 über die Enden des
Röhrchens und die Schicht 21 hinausragen. Um die Elektroden 22, 23 sind die biegsamen Anschlußdrähte
24, 25 herumgewunden und an die Elektroden angelötet.
Die Fig. 4 zeigt einen knopf ähnlichen Festwiderstand mit einer auf eine Basis 29 aufgebrannten
Schicht Widerstandsmaterial 28, wobei die Elektroden 30, 31 an diametral gegenüberliegenden Stellen
der Schicht 28 aufgebrannt und die biegsamen Anschlußdrähte 32, 33 an die Elektroden 30 bzw. 31 angelötet
sind. Die Materialien, aus denen die Widerstände der Fig. 2, 3 und 4 bestehen, und die Herstellungsverfahren
sind die gleichen, wie bei der Fig. 1 beschrieben, und die verschiedenen Widerstände
unterscheiden sich nur äußerlich.
Claims (10)
1. Widerstandselement für hohe Betriebstemperaturen mit einer hochtemperaturbeständigen,
elektrisch nichtleitenden Unterlage, auf die eine aus einem Edelmetall und einem elektrisch nichtleitenden
Bindematerial bestehende Schicht aufgebrannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht aus einer geschmolzenen Mischung aus Glas und einem Edelmetall mit höherem Schmelzpunkt
als dem des Glases besteht und daß das Metall in feiner Verteilung in elementarer Form
in einem Anteil von bis zu 161Yo enthalten ist.
2. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht
mehrere Edelmetalle, die mit den übrigen Bestandteilen des Gemisches nicht reagieren, enthält.
3. Widerstandselement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der
Anteile des Metalls oder der Metalle zum Glas etwa 2 bis 9 Gewichtsprozent zu 91 bis 98 Gewichtsprozent
beträgt.
4. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetallteilchen
in der Glasphase kolloide oder molekulare Abmessungen besitzen.
5. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial
weniger als 1 Gewichtsprozent eines keramischen Flußmittels mit niedrigem Schmelzpunkt,
wie von Wismutoxyd, Molybdänoxyd oder Vanadiumoxyd, und/oder weniger als 0,5 Gewichtsprozent
eines Opaleszenzverstärkers, wie von Zinnoxyd, Antimonoxyd, Zirkonoxyd, Molybdänoxyd
oder Chromoxyd, gleichmäßig verteilt, in der Glasphase enthält.
6. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht
eine Dicke von vorzugsweise etwa 0,0127 bis 0,076 mm hat.
209 618/269
7. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Widerstandselementes nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet
durch Bereiten einer viskosen Mischung aus einem flüchtigen, flüssigen Träger und
aus pulverigen Glasteilchen sowie aus zumindest einem Edelmetall mit einem höheren Schmelzpunkt
als dem des Glases, Aufbringen der Mischung als Schicht auf einem Trägerkörper, Erhitzen
der Schicht auf eine Zwischentemperatur zwecks Entfernen der darin enthaltenen flüchtigen
und organischen Stoffe, weiteres Erhitzen der Schicht auf eine vorbestimmte Temperatur, die
zumindest so hoch wie der Schmelzpunkt des Glases, jedoch niedriger als der Schmelzpunkt der
Metalle ist, wobei eine gleichmäßige glasige Phase mit glatter Oberfläche und mit in ihr gleichmäßig
verteiltem Metall erzeugt wird, und Abkühlen der Schicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle, die Flußmittel wie
auch die Opaleszenzverstärker in Form von Lösungen von metallorganischen Verbindungen zugesetzt
werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallorganischen Verbindungen
Metallresinate sind.
10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Zwischenstufen: Erhitzen
der Mischung zwecks Entfernen des in ihr enthaltenen flüchtigen und organischen Materials
unter Erzeugung einer trockenen Mischung, Vermählen dieser trockenen Mischung zu einem
Pulver, Erhitzen des Pulvers zwecks Kalzinierung, Vormahlen des kalzinierten Produktes zu feinem
Pulver und Vermischen des feinen Pulvers mit einer flüchtigen Flüssigkeit unter Bildung einer
zweiten viskosen Mischung zur Erzeugung einer Schicht.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 882445, 872 089,
643;
643;
deutsche Patentanmeldung S 25541 VTIId/21c
(bekanntgemacht am 19. 2.1953);
(bekanntgemacht am 19. 2.1953);
österreichische Patentschrift Nr. 137 832.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 20» 618/265 6.62
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US646888A US2950995A (en) | 1957-03-18 | 1957-03-18 | Electrical resistance element |
GB2314957A GB849305A (en) | 1957-08-13 | 1957-07-22 | Electrical resistance element and method of making same |
DEB45690A DE1132633B (de) | 1957-08-13 | 1957-08-13 | Widerstandselement fuer hohe Betriebstemperaturen |
CH4953857A CH367229A (de) | 1957-08-13 | 1957-08-17 | Elektrisches Widerstandselement und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEB45690A DE1132633B (de) | 1957-08-13 | 1957-08-13 | Widerstandselement fuer hohe Betriebstemperaturen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1132633B true DE1132633B (de) | 1962-07-05 |
Family
ID=6967704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1132633B (de) |
GB (1) | GB849305A (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1496531B1 (de) * | 1965-04-28 | 1971-03-25 | Glaverbel | Verfahren zur herstellung von aus glas und metallteilchen bestehenden gesinterten koerpern unter verwendung von reduzierfaehigen metallverbindungen sowie gesinterter koerper |
DE3101015A1 (de) * | 1980-01-21 | 1981-12-17 | Carrier Corp., 13221 Syracuse, N.Y. | "cermetwiderstand und verfahren zu seiner herstellung" |
DE9102576U1 (de) * | 1991-03-05 | 1991-05-23 | Hella KG Hueck & Co, 4780 Lippstadt | Widerstands-/Sensoranordnung |
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-
1957
- 1957-07-22 GB GB2314957A patent/GB849305A/en not_active Expired
- 1957-08-13 DE DEB45690A patent/DE1132633B/de active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB849305A (en) | 1960-09-21 |
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