DE2348946B2 - Rohrförmiger Kaltleiterwiderstand - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kaltleiterwiderstand, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Einen derartigen Kaltleiterwiderstand zeigt die DT-AS 19 47 799. Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Kaltleiterwiderstände auf der Basis des Bariiimtitanats. dotiert z. B. mit Antimon und gegebenenfalls Kupfer, bekannt. Zur Verschiebung des Temperaturbereiches, in dem das für einen Kaltleiterwiderstand charakteristische steile Ansteigen des Widerstandswertes mit zunehmender Temperatur des Kaltleiterwiderstandsrnaterials auftritt, ist es bekannt dem Bariumtitanat Strontium für eine Verschiebung zu niedrigen Temperaturen oder Blei für eine Verschiebung zu höheren Temperaturen als Substitution zuzugeben. Ein derartiger Kaltleiterwiderstand mit mindestens einem sperrschichtfreien Kontakt ist z. B. aus der DT-AS 11 23 019 bekannt. In der DT-OS 14 65 349 werden Maßnahmen zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit von rohrförmigen Kaltleiterwiderständen angegeben. Aus der DT-PS 9 29 350 sind sebräuchliche Materialien für keramische Kaltleiter mit einem großen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswertes bekannt.
Kaltleiter sind nicht nur als temperaturabhängige Widerstände verwendet worden, sondern finden auch an Stelle des Widerstandsmaterials eines elektrischen Heizkörpers Verwendung. Dabei hat ein solcher Kaltleiter-Heizkörper den Vorzug, daß sich seine Temperatur bei Stromdurchfluß wegen der starken Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes selbst stabilisiert Derartige Verwendungen sind z. B. aus der DT-AS 11 47 699 und der US PS 35 82 968 und aus der Veröffentlichung der Fa. Valvo. »Technische Informationen für die Industrie«, H. 50, August 1963 bekannt

Bekanntermaßen bereitet die Kontaktierung von KaJtleitermaterial Schwierigkeiten, wobei sich die Kontaktierung mit unedlen Metallen wie Aluminium, Chrom und Nickel als brauchbar erwiesen hat um das Auftreten von Sperrschichteffekten zu vermeiden. Bariumtitanat von Kaltleitern ist η-leitend. Wenn das Kaltleitermaterial positiv gepolt und ein damit in Verbindung stehendes Edelmetall negativ gepolt wird, kommt es an der Grenzfläche zwischen Bariumtitanat und Edelmetall zu einer Ladungsträgerverarmungszone und damit zum Aufbau einer Sperrschicht Diese Sperrschicht kann aber bei entgegengesetzter Polung durch Überfluten mit negativen Ladungsträgern unwirksam gemacht werden. Dementsprechend ist bereits vorgeschlagen worden, ein Gleichrichter-Bauelement aus kaltleitendem Bariumtitanat herzustellen.

Als sperrfre.e und lötbare Kontaktierungen werden z. B. Schichtfoigen aus Aluminium und Silber oder aus Indium oder Indium-Gallium und Silber (siehe z. B. DT-AS 14 90 713) verwendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen als elektrischen Widerstand oder als Heizelement, insbesondere zur Beheizung durchströmender Flüssigkeiten oder Gase, verwendbaren Kaltleiter der eingangs genannten Art anzugeben, der in einfacher Weise herstellbar ist und bei dem im Betrieb mit elektrischer Gleichspannung kein störender Sperrschicht-Effekt auftritt. Dabei soll der Kaltwiderstand klein sein, und der Widerstand soll als Heizkörper möglichst große Leistung abgeben können.

Diese Aufgabe wird durch einen wie eingangs angegebenen Kaltleiterwiderstand gelöst, der erfindungsgemäß gekennzeichnet ist. wie dies im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben ist. Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Auch in Durchlaßrichtung wird bei einem nicht sperrschichtfrei kontaktierten Kaltleiter noch ein relativ hoher Sperrschicht-Widerstandsanteil, vorzugsweise bei kleinen elektrischen Feldstärken im Kaltleitermaterial, gemessen. Dieser Umstand ist zweckmäßigerweise bei der Bemessung der Wandstärke eines wie erfindungsgemäß ausgebildeten und kontaktierten KaItleiterröhrchens zu berücksichtigen.

Für ein Kaltleitermaterial mit einem Kaltwiderstand von 10 Ω · cm wurden für die Wandstärke des rohrförmigen Körpers die nachstehend definierten Dickenwerte abhängig von der angelegten Spannung ermittelt, die z. B. bei 1 Volt 10 cm, bei 3 Volt 1 cm und bei 10 Volt 0,2 cm betragen. Dabei ist dieser Dickenwert eine definierte Größe, bei der der bei den angegebenen Spannungen in Flußrichtung noch auftretende Sperrschicht-Widerstand gerade etwa gleich dem über diese Dicke auftretenden Kaltleiterwiderstand im kalten Zustand ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß bei einer Betriebsspannung von z. B. 3 Volt bei einer Kaltleiterdicke von I cm der in Flußrichtung noch auftretende Sperrschicht-Widerstand gerade etwa gleich dem Kaltwiderstand des Kaltleitermaterials ist wenn dieses Material sperrschichtfrei, z. B. mit Aluminium oder Indium als erster Schicht, kontaktiert wäre.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß das Aufbringen der für Kaltleiter üblichen sperrschichtfreien Kontaktierung mit ?. B. Indium oder Aluminium als

erster Schicht im Innern eines vorzugsweise engen Röhrchens fertigungsmäßig wenigstens nur unter Schwierigkeiten durchführbar ist weil diese Kontaktmaierialien durch Aufreiben oder durch Aufdampfen {oder vergleichbare Verfahren) aufzubringen sind. Dagegen läßt sieb eine Kontaktierung mit Einbrennsilber oder -gold einer Tinktur auch im Innern von Röhrchen, wie dies von Röhrchenkondensatoren aus Titanat- Keramik her bekannt ist. ohne besondere Schwierigkeiten fertigungsmäßig durchführen. Die Erfindung sieht dementsprechend vor. einen für den Betrieb mit elektrischer Gleichspannung vorgesehenen rohrförmigen Kaltleiter auf der Innenseite mit Einbrennsilber oder -gold in für beispielsweise Titanat-Keramikkondensatoren üblicher Weise zu versehen und auf der Außenseite eine Kontaktierung anzuwenden, wie sie für Kaltleiter als sperrfreie Kontaktierung bekannt und geeignet ist und mit Indium. Indium-Gallium. Nickel oder Aluminium z. B. üblich ist. Es kann die Außenseite des Röhrchens vorteilhafterweise auch mit Chrom-Silber oder mit Chrom-Gold als aufzubringender Schichtfolge kontaktiert werden. Hierfür eignet sie·« insbesondere die Anwendung einer sehr dünnen, insbesondere ungefähr 300 A dicken Chromschicht als erster Schicht auf dem Bariumtitanat unter der Silber- oder Goldkontaktierung. Eine solche sperrschichtfreie Kontaktierung auf der Außenseite mit der angegebenen Chromschicht, die auch als Haftgrund wirkt, und darauf befindlicher Silber- oder Goldschicht als Kontaktbelegung hat sich auch als besonders lötfest erwiesen.

In der Figur ist als ein Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes, mit 1 bezeichnetes Kaltleiterröhrchen dargestellt Auf der Innenseite des Röhrchens befindet sich bei entsprechender Polung sperrend wirkende Kontaktierungsmetallisierung 2. Auf der Außenseite 3 ist eine für Kaltleiter übliche sperrschichtfreie Kontaktierung 4 aufgebracht Beide Kontaktierungen werden je nach technischem Anwendungen mit entsprechenden Anschlußverbindungen versehen, die vorzugsweise angeiötet werden. Ein solcher rohrförmiger Widersland mit Elektroden auf den Mantelflächen innen und außen hat relativ kleinen Widerstand und kann mit niedriger elektrischer Gleichspannung auf stabilisierte Temperatur gebracht werden.

Ein derartiger Kaltleiierwiderstand in Rohrform eignet sich insbesondere für die Beheizung von durchströmenden Flüssigkeiten, wobei sich das Rohr in einem mit entsprechendem Innendurchmesser versehenen Leitungsrohr befindet durch das hindurch die Flüssig keit strömt Es können auch Gase in der Weise beheizt werden. Der Vorzug der Verwendung von Kaltleitermaterial ist daß dieses sich auf eine für das Material vorgegebene Temperatur stabilisiert Dies ist insbesondere von Interesse, wenn Gase oder Flüssigkeiten, wie z. B. Benzin, zu beheizen sind, bei denen eine Überhitzung auf jeden Fall vermieden sein muß. Das Kaltleiterröhrchen kann von dem zu beheizenden Medium allseitig umströmt sein oder es kann der Durchfluß des Mediums auch auf den Rohrinnenquerschnitt oder auf das Äußere des Rohres beschränkt sein. Die Rohrform ermöglicht bei relativ niedrigen elektrischen Spannungen, z. B. bei 6 und 12 Volt, die Erzeugung relativ hoher Wärmeleistung, z. B. von etwa 100 Watt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. ZyUnderförmiger KalUeiterwiderstand mit Kontaktierung auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten, wobei die Kontaktierung auf mindestens einer dieser beiden Seiten sperrschichtfrei ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiterwiderstand ein rohrförmiger Körper (1) ist, bei dem die Rohrinnenseite mit einer für die Kontaktierung auf Titanat-Keramik an sich bekannten Einbrennmetallisierung (2) versehen ist und bei dem die Rohraußenseite (3) eine an sich für Kaltleiter bekannte sperrschichtfreie Kontaktierung (4) hat. und daß die Wandstärke des rohrförmigen Körpers wenigstens so groß gewählt ist. daß der bei einer vorgegebenen Betriebsspannung in Flußrichtung noch auftretende Sperrschichtwiderstand kleiner als der Kaltwiderstand für diese Wandstärke ist. wobei für den Kaltwiderstand ein solcher Wu rt zugrunde getegt ist der bei der Betriebsspannung and dieser Wandstärke im Falle einer sperrschichtfreien Kontaktierung beider gegenüberliegenden Flächen auftreten würde.

2. Kaltleiterwiderstand nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine Einbrennmetallisierung mit Silber verwendet ist.

3. Kaltleiterwiderstand nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet daß eine Einbrennmetallisierung mit Gold verwendet ist.

4. Kaltleiterwiderstand nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die sperrschichtfreie Kontaktierung eine Schichtfolge aus Chrom und Silber oder Gold vorgesehen ist, wobei die Chromschicht auf dem Kaltleitermaterial aufliegt und eine Dicke von wenigstens etwa IW Ä hat.