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Präzisionswiderstand mit kleiner Temperaturabhängigkeit seines Widerstandswertes
und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Präzisionswiderstand
mit kleiner Temperaturabhängigkeit seines Widerstandswertes, der insbesondere als
niederoluniger Nebenwiderstand für elektrische Meßgeräte oder auch als Normalwiderstand
für Kompensatoren Verwendung finden soll.
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Derartige Widerstände sind, wie F i g. 1 zeigt, grundsätzlich aus
in erforderlicher Anzahl vorhandenen Widerstands elementen 1, im allgemeinen Widerstandsstäben,
aufgebaut, die aus einem Widerstandsmaterial mit möglichst verschwindender Temperaturabhängigkeit
seines Widerstandswertes, wie beispielsweise Manganin, bestehen. Diese Widerstandselemente,
die beispielsweise auch die Form eines Bleches haben können, sind mit ihren Enden
in Ausnehmungen in zwei Stromzuführungen2 und 2' eingelötet, die aus einem den elektrischen
Strom gut leitenden Material, im allgemeinen Kupfer, bestehen und nicht unbedingt
die in Fig.l gezeigte Form eines Winkels zu haben brauchen. Die Stromzuführungen
tragen die Anschlußmittel 3,3' für die Stromleitungen 4,4' sowie die Anschlußmittel
5 und 5' zum Abgriff der an dem Widerstand gewonnenen Meßspannung.
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Da eintderartiger Präzisionswiderstand also nicht nur aus Material
besteht, dessen Temperaturabhängigkeit seines Widerstandswertes vernachlässigbar
klein ist, sondern die Stromzuführungen 2, 2' einen relativ großen Temperaturkoeffizienten
ihres Widerstandswertes besitzen, sind bereits Maßnahmen zur Verringerung bzw. zum
Ausschalten des Einflusses der Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes dieser
Teile auf die an den Anschlußmitteln 5, 5' abgegriffene Meßspannung vorgeschlagen
worden. Der Vorschlag läuft darauf hinaus, die Mittel zum Abgriff der Meßspannung
mit entsprechend gewählten Punkten der Stromzuführungen leitend zu verbinden.
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Bei Präzisionswiderständen mit mehreren Widerstandselementen sollen
gemäß dem älteren Vorschlag die zum Abgriff der Meßspannung gewählten Punkte auf
den sich gegenüberstehenden Oberflächen der Stromzuführungen im Bereich der mittleren
Widerstandselemente liegen.
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Zur Erläuterung möge Fig.2 dienen, in der die bereits in Fig. 1 vorhandenen
Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Man erkennt, daß die Mittel zum
Abgriff der Meßspannung Potentialleitungen 6,6' enthalten, die etwa im Bereich der
mittleren der Widerstandselemente 1 mit den inneren Oberflächen der Stromzuführungen
2, 2' leitend verbunden und an die mittels Isolierscheiben 7, 7' elektrisch isoliert
auf den Stromzuführungen angeordneten eigentlichen Mittel 5, 5' zum Abgriff der
Meßspannung geführt sind.
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Bei diesem Vorschlag wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß
der über die Anschlußmittel 3,3' zugeführte Strom als eingeprägter Strom unabhängig
von Schwankungen des Widerstandswertes des Präzisionswiderstandes konstant ist und
demgemäß nach den Gesetzen der Stromverteilung eine Verkleinerung des durch eines
oder mehrere der Widerstandselemente 1 fließenden Stromes bei einer Temperaturänderung
eine entsprechende Vergrößerung des Stromes durch die übrigen Widerstandselemente
zur Folge haben muß. Es gibt dann genau eine Stelle für die Anordnung der Potentialleitungen
6,6' auf den Innenflächen der Stromzuführungen 2,2', an denen eine von Temperatureinflüssen
unabhängige Spannung abgegriffen werden kann.
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Es hat sich nun gezeigt, daß auch in dieser Weise aufgebaute Präzisionswiderstände
in vielen Fällen nicht die erwünschte Temperaturunabhängigkeit ihres Widerstandswertes
aufweisen. Die im Rahmen der Erfindung, die sich mit diesem Problem befaßt, angestellten
Überlegungen und Untersuchungen haben zu der Erkenntnis geführt, daß die mangelnde
Temperaturkonstanz ihre Ursache in den in F i g. 1 mit 8 bezeichneten Lötwülsten
hat, die aus einem elektrisch gut leitenden Material, im allgemeinen Silber, bestehen
und deren Widerstandswert daher ebenfalls stark temperaturabhängig ist. Diese Lötwülste
aus elektrisch sehr gut leitendem Material stellen einen Nebenschluß parallel zu
einem mehr oder weniger großen Teil des jeweiligen Widerstands elementes 1
dar
und beeinflussen die Größe der abgegriffenen Meßspannung in Abhängigkeit von der
jeweiligen Temperatur.
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Man könnte nun daran denken, gemäß dem an Hand der Fig.2 beschriebenen
älteren Vorschlag die Punkte für den Abgriff der Meßspannung so zu wählen, daß auch
der Einfluß der Temperaturabhängigkeit des durch die Lötwülste 8 gebildeten Nebenschlusses
mitberücksichtigt wird. Diese Maßnahme ist aber praktisch nicht durchführbar, da
ein derartiger Abgleich des Präzisionswiderstandes nach Messungen im fertigen Zustand
vorgenommen werden muß, denn die Stärke der Lötwülste und damit ihr Einfluß auf
die abgegriffene Meßspannung ist starken Schwankungen unterworfen und abhängig von
den Abmessungen der Widerstandselemente.
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Andererseits könnte man die Lötwülste nachträglich entfernen. Auch
diese Methode ist aber in der Praxis nicht durchführbar, zumal die Präzisionswiderstände
in der Regel mehrere Widerstandselemente enthalten und man daher an einzelnen Lötstellen
nicht herankommt.
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Da eine Silberwulst von etwa 1 mm Länge und 0,2 mm Dicke an jedem
Stabende bei Widerstandsstäben mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von
35 mm bei 250 C Übertemperatur eine zusätzliche Widerstandszunahme von nicht weniger
als etwa 0,10/o bewirkt, also der Präzisionswiderstand die Bedingungen der Klasse
0,05 allein infolge des Einflusses der Lötwülste nicht erfüllt, besteht Bedarf nach
einer Konstruktion für einen Präzisionswiderstand, bei der mit in der Praxis vertretbarem
Aufwand der nachteilige Einfluß der Lötwülste auf die Temperaturkonstanz des Widerstandswertes
beseitigt werden kann.
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Diese Aufgabe löst ein Präzisionswiderstand der beschriebenen Art
mit dem Kennzeichen, daß die Enden der Widerstandselemente in die Ausnehmungen unter
Zwischenfügung je eines flanschartigen Teiles eingesetzt sind, in das das jeweilige
Ende lötwulstfrei eingelötet ist und das seinerseits in die jeweilige Ausnehmung
eingelötet ist.
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Bildet man die flanschartigen Teile als hülsenartige Zwischenstücke
aus, so besteht ein einfaches, die Entfernung der Lötwülste auf den Widerstandselementen
ermöglichendes Verfahren darin, daß zunächst die Enden des jeweiligen Widerstandselementes
in die zugeordneten hülsenartigen Zwischenstücke eingelötet, darauf die entstandenen
Lötwülste durch ein spanabhebendes Arbeitsverfahren entfernt und dann die hülsenartigen
Zwischenstücke mit den Widerstandselementen in die Ausnehmungen in den Stromzuführungen
eingelötet werden. Gemäß diesem durch die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglichten
Herstellungsverfahren werden also die Lötwülste vor dem Zusammenbau des Präzisionswiderstandes
ohne Behinderung durch die anderen Widerstandselemente mittels eines üblichen spanabhebenden
Arbeitsverfahrens, bei stabförmigen Widerstandselementen durch Abdrehen, entfernt.
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Sind dagegen die flanschartigen Teile Bestandteile der Widerstandselemente,
indem sie durch Verdikkungen an den Enden der Widerstandselemente gebildet sind,
so braucht keine Lötwulst entfernt zu werden.
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Die im Bereich der Ausnehmungen in den Stromzuführungen auftretenden
Lötwülste haben insbesondere dann keinen Einfluß auf die Temperaturkon-
stanz der
abgegriffenen Spannung, wenn man dafür sorgt, daß die mit den zugeordneten Widerstandselementen
in Verbindung stehenden Bereiche der flanschartigen Teile innerhalb der jeweiligen
Stromzuführungen liegen. Dies läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen,
daß die flanschartigen Teile auf ihrer aus der jeweiligen Stromzuführung herausragenden
Stirnfläche eine entsprechend bemessene Senkung besitzen.
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Um sicherzustellen, daß die flanschartigen Teile in definiertem Maß
in die Ausnehmungen hineinragen, wird ferner vorgeschlagen, diese Teile mit einem
auf ihrem äußeren Umfang befindlichen Bund zu versehen, der auf der Oberfläche der
jeweiligen Stromzuführungen aufliegt.
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Die Senkung an dem hülsenartigen Zwischenstück kann in vorteilhafter
Weise während des bereits erwähnten spanabhebenden Arbeitsverfahrens zur Entfernung
der Lötwülste hergestellt werden. Weiterhin ist es zweckmäßig, bei demselben spanabhebenden
Arbeitsverfahren zugleich diejenige Oberflächenschicht des jeweiligen Widerstandselementes
zu entfernen, in die möglicherweise elektrisch gut leitendes Material - Lot - hineindiffundiert
ist.
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Um eine Beeinflussung der Lötverbindung zwischen Widerstandselement
und hülsenartigem Zwischenstück beim Einlöten des Zwischenstückes zu vermeiden,
wird man für den erstgenannten Lötvorgang ein Lot mit höherer Schmelztemperatur
als für das Einlöten der hülsenartigen Zwischenstücke in die Ausnehmungen in den
flanschartigen Stromzuführungen verwenden.
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Zur Herstellung eines Präzisionswiderstandes mit besonders kleiner
Temperaturabhängigkeit seines Widerstandswertes ist es zweckmäßig, gemäß dem an
Hand der F i g. 2 beschriebenen älteren Vorschlag die Meßspannung an entsprechend
gewählten Punkten der Innenflächen der Stromzuführungen 2, 2' ab zugreifen und durch
Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion, d. h. durch Einsatz der flanschartigen
Teile 9, auch den schädlichen Einfluß des Temperaturganges des Widerstandswertes
des Lötmittels zu berücksichtigen.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion soll an Hand der F i g. 3 und 4
näher erläutert werden.
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Fig. 3 zeigt ein in diesem Ausführungsbeispiel stabförmiges Widerstandselement
1, dessen Enden 1' und 1" in hülsenartige Zwischenstücke 9 eingelötet sind. Die
Lötung erfolgt in üblicher Weise nach einem Verfahren der Hartlötung.
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Die hülsenartigen Zwischenstücke tragen jeweils einen Bund 10, der
sich, wie Fig.4 erkennen läßt, auf die innere Oberfläche der jeweiligen Stromzuführung
legt und dadurch die Tiefe des Eindringens des hülsenartigen Zwischenstückes 9 in
die Ausnehmung 11 definiert festlegt.
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Wie insbesondere F i g. 4 zeigt, besitzen die hülsenartigen Zwischenstücke
10 jeweils eine Senkung 12, so daß sich der in Verbindung mit dem Widerstandselement
1 befindende Bereich 13 der hülsenartigen Zwischenstücke unterhalb der als Äquipotentialfläche
für die abgegriffene Meßspannung anzusehenden inneren Oberfläche der Stromzuführung
2 - und entsprechend auf der anderen Seite der Stromzuführung 2' - befindet. Dadurch
ist sichergestellt, daß sich in Reihe mit oder parallel zu den Enden der Widerstandsstäbe
bzw. Teilen davon kein Kupfer innerhalb des von den Mitteln zum Abgriff der Meß
spannung
eingeschlossenen eigentlichen Meßwiderstandes befindet.
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An den Stellen 14 ist eine dünne Oberflächenschicht, in die möglicherweise
Lot hineindiffundiert ist, abgedreht.
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Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So können die Widerstandselemente eine von der Stabform abweichende
Gestalt besitzen; sie können aus jedem geeigneten Widerstandsmaterial bestehen,
wie auch die Stromzuführungen nicht unbedingt aus Kupfer gefertigt zu sein brauchen.
Statt des Bundes 10 können geeignete Anschläge Verwendung finden. Die Senkung 12
kann auch eine von der in den Figuren dargestellten Kegelform abweichende Gestalt
besitzen.
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Weiterhin kann, wie F i g. 5 zeigt, das hülsenartige Zwischenstück
durch eine Verdickung an den Enden der Widerstandselemente gebildet und damit Bestandteil
des jeweiligen Widerstandselementes sein.
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Auch bei dieser Lösung, die vornehmlich bei Widerstandsstäben von
Bedeutung ist, wird zweckmäßigerweise dafür gesorgt, daß die Senkung mit ihrem Grund
innerhalb der jeweiligen Stromzuführung liegt.
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Der erfindungsgemäße Präzisionswiderstand läßt sich als Nebenwiderstand
für Präzisionsmeßinstrumente, Zähler und als Strommeßnormalwiderstand für Kompensatoren
od. dgl. verwenden.