DE3134586C2 - Verfahren zur Herstellung von Schichtwiderständen mit stabförmigen Trägerkörpern - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung hochspannungsfester Widerstände beschrieben, die eine Grenzspannung von wenigstens 2000 V besitzen und durch Tauchen mit einer Widerstandsschicht überzogen, bekappt und mit einer Umhüllung versehen werden. Speziell wird dabei eine kolloidales Metalloxid als elektrischen Leiter enthaltende Widerstandspaste durch Zugabe eines als Verdünnungsmittel dienenden Aromaten in eine bei Raumtemperatur tixotrope Glasurmasse überführt, worauf die Tixotropie durch Bewegung der Glasurmasse aufgehoben wird und in diese Glasur bei Raumtemperatur stabförmige Keramikkörper getaucht werden, die vorgetrocknet und schließlich in einem Einbrennofen gebrannt und dann zu Einzelkondensatoren verarbeitet werden.

Description

a) Es wird als Masse eine Widerstandspaste ausgewählt, die als kolloidales, leitfähiges Material Metalloxid ίο enthält,

b) es wird als Verdünnungsmittel eine die Widerstandspaste in eine bei Raumtemperatur thixotrope Widerstandspaste überführende aromatische Verbindung zugegeben,

c) die thixotrope Widerstandspaste wird für die Dauer des Tauchvorgangs durch Bewegung in einen nichtthixotropen, tauchfähigen Zustand überführt und gehalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxid Rutheniumoxid und als Verdünnungsmittel Toluol verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandspaste als Verdünnung etwa 15 bis 20 Gew.-% Toluol zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Widerstandspaste zur fiüi HC^-LrUHg ucT t iilXGij OpiS uürCti ixuiiTCii, wiiipünipCn, oCiiiVingCIi CucT uüFCu Siit ariuSreS, uic" Ci tOi ucTiiCu€ Bewegung der Widerstandspaste hervorrufendes Verfahren beseitigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der tauchfähigen Widerstandspaste bei Raumtemperatur im Bereich von 150 bis 200 cP liegt

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als stabförmige Trägerkörper Keramikstäbe in polierter, jedoch ansonsten unbehandelter Form verwendet werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtwiderständen, insbesondere von Hochohmwiderständen, bei dem stabförmige Trägerkörper zur Bildung einer Widerstandsschicht in eine Masse getaucht werden, die als Bestandteil ieitfähiges Material in kolloidaler Form enthält, anschließend getrocknet, dann im Einbrennofen gebrannt, bekappt und mit einer Umhüllung versehen werden.

Hochspannungsfeste Widerstände sowie Höchstohmwiderstände werden insbesondere in Hochspannungsgeräten als Schutzwiderstände und Strombegrenzer eingesetzt Von diesen Widerständen wird gefordert, daß sie im Störungsfall unbedingt hochspannungsfest sind. Außerdem dürfen derartige Widerstände nur einen geringen Temperaturkoeffizienten besitzen.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE-OS 19 03 925 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine inerte Trägerflüssigkeit mit einem Gemisch aus Metall und Metalloxyd zu einer als Tauchmasse dienenden Widerstandspaste vermengt. Die Widerstandspaste wird in einem anschließenden Verfahrensschritt gemahlen, um eine Teilchengröße von weniger als 5 Micron für alle Feststoffe und jegliche während der Mischstufe gebildeten Agglomerate zu gewährleisten. Dadurch soll eine gleichmäßige Verteilung des als Ieitfähiges Material"dienenden Gemisches aus Metall und Metalloxid innerhalb der Widerstandspaste erreicht werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Widerstandspaste auf den stabförmigen Trägerkörpern eine Tendenz zum Verlaufen zeigt, sobald sie beim Trocknungs- und Brennprozeß einer Temperaturerhöhung ausgesetzt ist. Eine ungleichmäßige Dickeverteilung der erstarrten Widerstandspaste wirkt sich ungünstig aus auf die Hochspannungsfestigkeit des fertigen Widerstandes.
Aus der DE-PS 6 28 267 ist ein Verfahren zur Herstellung von Widerständen bekannt, mit dem zur Erreichung

so einer gleichmäßigen Schichtdicke der durch Tauchen auf einen Trägerkörper aufgebrachten kolloidales Metall enthaltenden Widerstandspaste in Längsrichtung des Trägerkörpers Massenkräfte wie z. B. magnetische Kräfte zur Anwendung gebracht werden, die derart an dem feinverteilten Metall angreifen, daß die Schicht gleichmäßig auscinandergezogen und insbeondere eine Tropfenbildung vermieden wird. Dieses bekannte Verfahren erfordert eine Einzelbehandlung der Widerstände und ist damit nicht geeignet zur Erzielung hoher Stückzahlen pro Zeiteinheit.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung von Schichtwiderständen zu schaffen, das es gestattet, hochspannungsfeste Widerstände in einem breiten ,Wertebereich auf wirtschaftliche Weise zu fertigen.
Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch folgende Verfahrensschritte:

Es wird als Masse eine Widerstandspaste ausgewählt, die als kolloidales, Ieitfähiges Material Metalloxid enthält, es wird als Verdünnungsmittel eine die Widerstandspaste in eine bei Raumtemperatur thixotrope Widerstandspaste überführende aromatische Verbindung zugegeben und die thixotrope Widerstandspaste wird für die Dauer des Tauchvorgangs durch Bewegung in einen nichtthixotropen, tauchfähigen Zustand überführt und gehalten.

Aufgrund dieser Verfahrensschritte gelingt es, gleichmäßige, beim Lagern und Trocknen nicht verlaufende Widerstandspastenschichten und schließlich fertige Widerstände zu erhalten, welche die Forderungen hinsichtlich der hohen Grenzspannung erfüllen, einen sehr geringen Temperaturkoeffizienten besitzen, in einem weiten Wertebereich bis über 150 ΜΩ hinaus gefertigt werden können und auch bei einfacher Umhüllung gegen

Feuchtigkeit stabil sind. Das Verfahren eignet sich auch sehr gut zur Automation und damit zur Erzielung hoher Stückzahlen pro Zeiteinheit.

Vorzugsweise wird eine als kolloidales Metalloxid Rutheniumoxid enthaltende Widerstandspaste und als Verdünnungsmittel Toluol verwendet, das der Widerstandspaste in einer Menge von 15 bis 20 Gew.-% als Verdünnung zugegeben wird.

Es ist überraschend, daß auf diese Weise eine bei Raumtemperatur thixotrope tauchfähige Widerstandspaste erhalten wird, da bei Verwendung eines zur jeweiligen Widerstandspaste zugehörigen Verdünnungsöls und bei entsprechender Temperaturerhöhung einer auf diese Weise hergestellten Tauchmasse keine brauchbare Beschichtung von stabförmigen Trägerkörpern erzielt wird. Nur durch komplizierte Handhabung kann nämlich bei einer auf diese Weise hergestellten tauchfähigen Paste eine Sackbildung der verflüssigten Paste am Stab to verhindert werden. Eine Massenfertigung von Widerständen wäre auf diese Weise nicht möglich.

Im Gegensatz dazu kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Raumtemperatur getaucht werden, und dabei ergibt sich eine Beschichtung der stabförmigen Trägerkörper, die keinerlei Tendenz zum Verlaufen zeigt und eine sehr gleichmäßige Dicke besitzt

Wesentlich ist auch, daß vor der Durchführung der Tauchvorgänge die Thixotropie der tauchfähigen Wider-Standspaste aufgehoben wird. Eine kolloidale Widerstandspaste wird dann als thixotrop bezeichnet, wenn die Kolloidteilchen durch polare Ladungsträger in einer ruhenden Lösung einen energieärmeren, geordneten Zustand einnehmen. Durch Bewegung der Lösung, z. B. durch Rühren, Umpumpen, Schütteln oder Schwingen kann die Thixotropie aufgehoben und die Widerstandspaste dann tauchfähig gemacht werden.

Die Viskosität «ier tauchfähigen Widerstandspaste liegt bei Raumtemperatur im Bereich von 150 bis 200 cP. Die Messung erfoigt dabei mit einem Viskosimeter Haake VTOi.

Als Trägermaterial für die Schichten aus Widerstandspaste eignet sich besonders die K70-Keramik, die nach dem Polieren nicht weiter behandelt werden muß und sich besser schleifen läßt als beispielsweise die harte Al₂O₃-KeTOnUk. Bei der K70-Keramik handelt es sich um Steatit

Um eine wirtschaftliche Fertigung in großen Stückzahlen zu ermöglichen, kann es von Vorteil sein, eine Vielzahl von keramischen, stabförreSgen Trägerkörpern mit einer Stirnfläche mit einer Säulenhorde za verkleben, wobei der Durchmesser der einzelnen Säulen kleiner als der Stabdurchmessei gewählt wird und die Stäbe gemeinsam und senkrecht bis zur angegebenen Stirnseite getaucht werden. Die Verwendung von einen kleineren Durchmesser als die Stäbe besitzenden Trägersäulen stellt dabei sicher, daß Adhäsionskräfte den Meniskus der Oberfläche der Widerstandspaste nicht zu einer größeren Oberfläche hin beben können und somit eine einwandfreie Beschichtung der stabförmigen Keramikträgerkörper über deren gesamte Länge sichergestellt wird.

Im Zusammenhang mit dem zur Befestigung der Keramikträgerkörper an der Säulenhorde verwendeten Kleber ist darauf zu achten, daß dies'=·" Kleber einerseits die notwendige Festigkeit, andererseits aber auch die erforderliche Temperaturbeständigkeit besitzt, da dieser Kleber auch den erhöhten Temperaturen beim anschließenden Trocknungsvorgang sowie beim Brennen der Glasur standhalten muß.

Die Trocknungstemperatur liegt zweckmäßigerweise etwa im Bereich vonl40°C, und zwar während einer Dauer von 15 Minuten. Das Brennen der Widerstandspaste wird vorzugsweise in einem Durchlaufofen während einer Zeitspanne von etwa 40 Minuten bei einer Temperatur von etwa 850⁰C durchgeführt, fcObei diese Temperatur, die beispielsweise etwa 10 Minuten eingehalten wird, entsprechend einem symmetrisch verlaufenden Brennprofil mit einer Anstiegszeit von etwa 20 Minuten und einer Abfallzeit von ebenfalls etwa 20 Minuten erreicht wird.

Die nach dem Bekappen der einzelnen Widerstände erhaltenen Grundwerte schwanken in einem gewissen Bereich. Die Endwerte werden dann durch Wendelung auf einem Schleifautomaten vorzugsweise mitteis einer SiC-Scheibe hergestellt. Da die aufgebrachten Schichten von Widerstandspaste abriebfest sind, entfällt eine Behandlung mit Vor- oder Tauchlack. Von der aufzubringenden Umhüllung muß lediglich eine einwandfreie Oberfläche gefordert werden, was keine Schwierigkeit bereitet, da — wie erwähnt — die Widerstände weder vor- noch tauchlackiert werden. Auch eine von der Umhüllung geforderte Festigkeit gegenüber einer Durchschlagspannung von beispielsweise größer 500 V läßt sich problemfrei erreichen.

Als tauchfähige Widerstandspasten gemäß der Erfindung sind beispielsweise folgende Cermet-Widerstandspasten geeignet:

Fa. Heraeus: Heraprint Reihe 4000 von 1 kΩ... 1 ΜΩ

Heraprint Reihe 800 von 100kO...lMO

Fa.Du Pont: Serie Birox Reihe 1600 von ^Ω.,.ΙΜΩ

Serie Birox Reihe 9500 von 10 kΩ... 1 ΜΩ

Serie Birox Reihe4900 von 100kΩ...

F&Plessey: SerieXRS 10ΙίΩ... IQQkSl und 1 ΜΩ bO

Als Beispiel wird im folgenden die Herstellung einer Tauchmasse aus Birox 1651 von 100 kΩ angegeben:
Die vorhandene Cermetpaste enthält 24 Gewichtsprozent Verdünnungsöl. Um daraus eine tauchfähige Masse mit thixotropen Eigenschaften herzustellen, werden 15 Gewichtsprozent Toluol (/7 = 0,87) bei Raumtemperatur zugegeben. Die Tauchmasse muß anschließend etwa 20 Minuten gut vermischt werden. Oberprüft wird die Tauchmasse mit einem Viskosimeter Haake VTOl, wobei der Viskositätswert bei Raumtemperatur zwischen 150 bis 200 cP liegen muß.
Die Schichtdicke der erhaltenen Widerstandsglasur nach dem Brennen beträgt ungefähr 0,02 mm. Von Bedeu-

tung ist dabei, daß trotz der vorgenommenen Verdünnung mit Toluol der Flächenwiderstandswert erhalten bleibt.

Die bei Raumtemperatur getauchten Keramikstäbe werden bei 140⁰C etwa 15 Minuten vorgetrocknet und bei 850° C im Durchlaufofen etwa 40 Minuten gebrannt, wobei während der ersten 20 Minuten die Temperatur 5 auf den Maximalwert ansteigt, diese Maximaltemperatur etwa 10 Minuten beibehalten wird und dann wiederum in einem Zeitraum von etwa 20 Minuten ein Abfall auf die Ausgangstemperatur erfolgt

Nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Hochohm- und Höchstohmwiderstände besitzen eine Grenzspannung von wenigstens 2000 V und sind damit optimal in Hochspannungsgeräten als Schutzwiderstände und Strombegrsnzer verwendbar.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schichtwiderständen, insbesondere von Hochohmwiderständen, bei dem stabförmige Trägerkörper zur Bildung einer Widerstandsschicht in eine Masse getaucht werden, die als Bestandteil leitfähiges Material in kolloidaler Form enthält, anschließend getrocknet, dann im Einbrennofen gebrannt, bekappt und mit einer Umhüllung versehen werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: