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Elektrischer Widerstand Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
Widerstände und Widerstandselemente dafür. Insbesondere betrifft die Erfindung ein
verbessertes Widerstandselement und Widerstände, in die solche Elemente eingebaut
sind, für elektronische Anwendungszwecke.
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Für viele Zwecke werden üblicherweise Widerstände im Bereich von o,
i bis io M S2 benötigt. Für besondere Anwendungsfälle werden jedoch Widerstände
von mehreren hundert M ,P benötigt. Unter der Bezeichnung »hohe Widerstandswerte«
oder »hohe Werte« sollen im nachfolgenden Widerstandswerte im Bereich von o, i M
S2 bis zu einigen hundert M Q verstanden werden. Für Rundfunk- und ähnliche Zwecke
sind zur Zeit verschiedene Arten von Widerständen auf dem Markt. Ihnen allen haften
jedoch gewisse Nachteile an, die ihren erfolgreichen Einsatz bei modernen elektronischen
Geräten einschränken. In der Elektroindustrie besteht ein ständiges Bedürfnis für
Widerstände, die einen hohen und konstanten Widerstandswert besitzen, wirklich rauschfrei
sind, einen kleinen, vorzugsweise positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes
haben und gleichzeitig von gedrängter Bauart und leicht zu handhaben sind. Soweit
bekannt, ist zur Zeit kein Widerstand verfügbar, der allen diesen Erfordernissen
im vollen Umfang Rechnung trägt.
Das Hauptziel der Erfindung besteht
in der Schaffung eines verbesserten Widerstandselementes, mit dessen Hilfe sich
Widerstände bauen lassen, die eine verbesserte Arbeitsweise besitzen und den Erfordernissen
der Elektroindustrie vollkommener entsprechen als die zur Zeit bekannten Widerstände.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Widerstandselement
zu schaffen, mit dessen Hilfe sich Widerstände von hohem Wert, hoher Konstanz und
wirklicher Rauschfreiheit bauen lassen.
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Die Erfindung will einen Metallschichtwiderstand schaffen, der von
gedrängter Bauart ist und gleichzeitig hohe Konstanz in Verbindung mit einem niedrigen
Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweist.
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Weiter will die Erfindung ein Widerstandselement schaffen, mit dessen
Hilfe man einen Widerstand von hohem Wert bekommen kann, ohne zu dem Hilfsmittel
des Einschleifens einer Wendel Zuflucht nehmen zu müssen.
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Im Verlauf ausgedehnter Untersuchungen zur Lösung aller dieser Erfordernisse
wurden Versuche mit Widerstandselementen durchgeführt, die aus Metallüberzügen bestanden,
welche auf isolierende Träger aufgebracht waren. Dabei stellte sich heraus, daß
mit sehr dünnen Metallüberzügen zwar hohe Widerstandswerte erreichbar waren, die
Widerstandswerte aber nicht konstant waren, während verhältnismäßig dicke Metallüberzüge
zwar die erforderliche Konstanz aufwiesen, aber nicht die Erreichung hoher Widerstandswerte
möglich machten, es sei denn, daß solche Widerstandselemente eine Länge besaßen,
die zu elektronischen Zwecken weniger geeignet war.
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Das durch die Erfindung zu lösende Problem bestand deshalb darin,
ein Widerstandselement zu schaffen, dessen Stromleitungsweg ausreichend dick war,
um die Konstanz des Widerstandswertes zu gewährleisten, gleichzeitig aber auch in
ausreichender Länge hergestellt werden konnte, um dem fertigen Widerstand einen
hohen Wert zu verleihen, ohne daß der Widerstand selbst infolgedessen zu umfangreich
oder lang wurde.
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Im Lauf der angestellten Untersuchungen wurde gefunden, daß man ein
brauchbares Widerstandselement bekommt, wenn man einen Faden, Strang oder eine Faser
aus nichtleitendem Werkstoff mit einem verhältnismäßig dicken Überzug aus einem
bestimmten Metall oder bestimmten Metallen versieht. Der Werkstoff, aus dem der
Faden, Strang oder die Faser besteht, wird hierbei so ausgewählt, daß der Metallüberzug
eingebrannt werden kann. Der Werkstoff des Fadens, des Stranges oder der Faser soll
ferner eine ausreichende Biegsamkeit und Festigkeit besitzen, so daß er auf Kerne
oder Körper von kleinem Durchmesser, beispielsweise etwa 6 mm gewickelt werden kann,
wie man solchen Körper gewöhnlich für Kleinwiderstände verwendet. Auf diese Weise
erhält man einen Widerstand von gedrängter Bauart und handlicher Größe, der einen
konstanten und hohen Widerstandswert besitzt. Ein erfindungsgemäßes elektrisches
Widerstandselement ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Faden,
Draht, Strang oder einer Faser aus einem nichtleitenden, hitzebeständigen, anorganischen
Werkstoff besteht, der vorzugsweise eine ausreichende Biegsamkeit und Festigkeit
besitzt, so daß er auf einen Kernkörper aufgewickelt werden kann, und auf dessen
Außenfläche ein festhaftender, verhältnismäßig dicker Überzug oder eine ebensolche
Schicht eingebrannt ist, der oder die ausschließlich oder vorwiegend aus einem Metall
oder einer Metallegierung aus der Elementen-Gruppe besteht, die Gold, Platin sowie
Gold-Platin-Legierungen umfaßt.
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Unter »hitzebeständigem Werkstoff« wird ein Werkstoff verstanden,
der Brenntemperaturen von wenigstens q00° C aushält; unter einem »verhältnismäßig
dicken Überzug« oder einer »Überzugsschicht« wird ein filmartiger Überzug oder eine
Überzugsschicht mit- einem Widerstandswert von ro bis rooo Ohm pro Quadrat verstanden.
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Zweckmäßig wird als Werkstoff für den Faden, Strang oder die Faser
Glas oder ein glasähnlicher Werkstoff benutzt, vorzugsweise wird Glas verwendet.
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Besteht die überzugsschicht aus einer Gold-Platin-Legierung, so ergibt
eine solche Legierung mit einem Goldgehalt von 8o °/o ausgezeichnete Ergebnisse.
Ein Widerstand aus einer solchen Legierung weist einen hohen spezifischen Widerstand
und einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes auf.
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Dem Gold oder Platin oder beiden Metallen-können auch, wenn es erwünscht
ist, innerhalb des leitenden Überzugs weitere Metalle zugesetzt werden: Die Erfindung
umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandselementes,
das darin besteht, daß man auf die Oberfläche eines Fadens, Stranges oder einer
Faser aus einem nicht leitenden, hitzebeständigen, anorganischen Werkstoff, z. B.
Glas, einen Überzug aus einer Lösung aufträgt, in der eine Gold- oder Platinverbindung
oder eine Mischung von Gold- und Platinverbindungen gelöst ist und im Anschluß daran
den so überzogenen Faden, Strang oder die Faser erhitzt, um dadurch die Metallverbindung
oder -verbindungen zu zersetzen 'und den dadurch entstehenden Metall- oder Legierungsüberzug
fest darauf zu fixieren.
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Die erfindungsgemäß zur Anwendung gelangende Lösung kann beispielsweise
aus einer Mischung einer Gold- und/oder Platinverbindung und eines Zellulosederivates
bestehen, die in einem geeigneten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gelöst
sind, dem zweckmäßigerweise ein Haft- oder Flußmittel zugesetzt sein kann. Befriedigende
Ergebnisse hat beispielsweise eine Lösung von Platinchlorid, Wismutchlorid und Nitrozellulose
in einem Lösungsmittelgemisch aus Aceton und Alkohol ergeben, die beim Brennvorgang
einen Platinüberzug ergibt.
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Ein niedrigerer Temperaturkoeffizient als der, den man mit einem Überzug
aus Platin allein erhält, kann erhalten werden, wenn man eine Lösung
benutzt,
die aus beliebigen Sulforesinaten von Gold und Platin (im Verhältnis von 4 Teilen
Gold zu i Teil Platin) und einem beliebigen Wismutresinat in einem Lösungsmittelgemisch
aus ätherischen ölen besteht.
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Das Überziehen des Fadens, Stranges oder der Faser erfolgt zweckmäßigerweise,
indem man den Faden durch ein Bad zieht, das aus der gewünschten Überzugslösung
besteht oder indem man den Faden über ein Kissen laufen läßt, das mit der Überzugslösung
durchtränkt ist.
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Es folgen einige Beispiele für Überzugslösungen, wie sie zur Herstellung
erfindungsgemäßer Widerstandselemente benutzt werden können, indem man sie zum Überziehen
einer Glasfaser benutzt und diese anschließend erhitzt, so daß die organischen Bestandteile
verbrennen und ein festhaftender Überzugsfilm aus Gold, Platin oder einer Gold-Platin-Legierung
auf der Faser verbleibt. Natürlich sollen diese Beispiele keine Beschränkung der
Erfindung bedeuten. Beispiel I Platinchlorid . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 0/0 Alkohol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8% Nitrozellulose .
. . . . . . . . . . . . . . . . 8% Aceton . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 76% Beim Brennvorgang ergibt diese Lösung eine Überzugsschicht aus Platin.
Beispiel II Gold (als ein Sulforesinat) ..... 7,00/0 Rhodium (als ein Sulforesinat)
. , o,i 0/0 Wismut (als ein Resinat) ...... o,2 % Terpentinöl . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 43,00/' Lavendelöl . . . . . . . . . . . . . . . . . . i8,o %
Nitrobenzol . . . . . . . . . . . . . . . . . . i0,0110 Colofonium . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 21,70/0 Diese Lösung ergibt beim Brennvorgang eine Überzugsschicht
aus Gold. Beispiel III Gold (als ein Sulforesinat) ..... 5,6% Platin (als ein Sulforesinat)
.... 440/0 Rhodium (als ein Sulforesinat) . . o, i 0/0 Wismut (als ein Resinat)
...... o,2 0/0 Terpentinöl . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43,o O/0 Lavendelöl
. . . . . . . . . . . . . . . . . . i8,o % Nitrobenzol . . . . . . . . . . . . .
. . . . . io,o % Colofonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21,70/0 Diese Lösung
ergibt beim Brennvorgang eine Überzugsschicht aus einer Gold-Platin-Legierung.
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Wenn es gewünscht ist, kann die Auftragung der Überzugslösung je nach
der gewünschten endgültigen Dicke und dem Widerstandswert des Metallüberzuges ein
oder mehrere Male wiederholt werden.
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Bei der Herstellung von Widerständen von hohem Wert unter Benutzung
eines erfindungsgemäßen Widerstandselementes wird dieses auf einem Isolationskörper
von vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt aufgebracht bzw. aufgewickelt, obwohl
selbstverständlich auch andere Querschnitte benutzt werden können.
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Auf diese Weise wird infolge der außerordentlichen Querschnittsverringerung
des Leitungsweges ein Widerstand von hohem Wert in handlicher Größe erhalten.
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Zweckmäßigerweise kann das Verfahren in Form eines fortlaufenden Prozesses
ausgeführt werden, indem man einen endlosen Faden oder eine Faser durch die Metallisierungslösung
von Gold, Platin oder Gold und Platin hindurchzieht, den so überzogenen Faden durch
einen Ofen laufen läßt, in welchem die organischen Bestandteile der Überzugsschicht
fortgebrannt werden und ein festhaftender Überzug aus dem Metall oder der Metalllegierung
auf dem Faden zurückbleibt, und den so metallisierten Faden schließlich auf eine
Spule oder Trommel aufwickelt.
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Zur Herstellung eines Widerstandes unter Benutzung des erfindungsgemäßen
Widerstandselementes wird der metallisierte Faden oder die metallisierte Faser in
der erforderlichen Länge. von der Trommel abgezogen und auf einem Isolationskörper,
der beispielsweise aus einem geeigneten Keramikwerkstoff besteht, aufge-,vickelt,
worauf die Außenanschlüsse in üblicher Weise hergestellt werden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer Ausführungsweise
soll im nachfolgenden beispielsweise auf die schematische Zeichnung Bezug genommen
werden. In dieser bedeuten Fig. i einen teilweise fertiggestellten Widerstand von
hohem Wert nach der Erfindung, Fig. 2 den fertiggestellten Widerstand und Fig. 3
ein Verfahren zur Herstellung des metallisierten Fadens oder Faser, der das Widerstandselement
bildet.
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Gemäß Fig. i besteht der Widerstand aus einem Körper i aus keramischem
Werkstoff, auf dem ein Widerstandselement in Form eines Glasfadens 2 aufgewickelt
ist, der zuvor erfindungsgemäß metallisiert ist. Auf den beiden Enden des Körpers
i sitzen Kappen 3, an denen die freien Enden 4 des metallisierten Glasfadens 2,
beispielsweise durch Löten, befestigt sind, wie bei 5 angedeutet. Die üblichen Zuführungsdrähte
6 sind an die äußeren Enden der Kappen 3 bei 7 angelötet, um den Widerstand in eine
elektronische Schaltung einbauen zu können.
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Der fertiggestellte Widerstand wird mit einer Lackschicht 8 aus Silikonharz
(Fig. 2) oder einem anderen geeigneten hitze- und feuchtigkeitsbeständigen Lack
von guten Isolationseigenschaften überzogen.
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Wie leicht ersichtlich, hängt der Widerstandswert des fertiggestellten
Widerstandes von einer ganzen Anzahl von Faktoren ab, beispielsweise der Gesamtlänge
der Wicklung, der Steigung der Wicklung und der Dicke der überzugsschicht des Metallen
oder der Legierung. Beispielsweise kann ein
Widerstand mit metallisiertem
Glasfaden nach der Erfindung und einem Wert von i M S2 folgende Zusammensetzung
haben: Glasfaden . . . . . . . . . . . . 0,025 mm Widerstand des Metallüberzuges
. . . . . . . . . . . . ioo Ohm/Quadrat Widerstand von i cm Länge des metallisierten
Fadens 12 5oo S. erforderliche Länge für den Widerstand von i M,Q . 80o mm Kernkörper
. . . . . . . . . . q. mm o Windungszahl . ........ 63 Steigung der Wicklung
... o,i mm Länge einer Windung .... 12,7 mm Ein anderer Widerstand
nach der Erfindung mit einem Widerstandswert von io M d2 kann wie folgt aufgebaut
sein: Glasfaden . . . . . . . . o,o25 mm C@ Widerstand des Metallüberzuges . . .
. . . . . . 300 Ohm/Quadrat Widerstand von i cm Länge des metallisierten
Fadens 37 500 S2 erforderliche Fadenlänge für einen Widerstand von
ioMSZ ........ ...... 266o mm Kernkörper . . . . . . . . . . . . . 6,35 mm
Windungszahl . ....... 133
Steigung der Wicklung . , GI mm Länge einer Windung
. . . . 2o mm In Fig.3 ist beispielsweise in schematischer Form die Herstellungsweise
eines erfindungsgemäßen Widerstandselementes dargestellt. Gemäß dieser Figur ist
auf eine Spule oder Trommel 9 ein Glasfaden io von bestimmter Länge aufgewickelt.
Der Faden io wird von der Trommel 9 abgezogen und läuft durch ein Paar aüfeinanderliegender
Filzkissen ii und 12 hindurch, die in einem die betreffende Metallisierungslösung
1q. enthaltenden Behälter 13 untergebracht sind, wobei das Kissen ii zum Teil in
diese Lösung eintaucht. Wenn der Glasfaden io aus dem Behälter 13 austritt, ist
er mit einem dünnen Überzug der Metallisierungslösung bedeckt. Er läuft dann in
einen Muffelofen 15 mit einem elektrischen Widerstandsheizkörper 16; hier wird der
überzogene Faden zuerst auf eine Temperatur von q.5o bis 55o° C erhitzt, wobei diese
Temperatur im einzelnen von der besonderen Zusammensetzung des den Faden bildenden
Glases abhängt. Die Erhitzung hat den Zweck, die organischen Bestandteile der Überzugslösung
fortzub-rennen und aus dem in der Lösung enthaltenen Metall einen festhaftenden
Metallüberzug zu bilden, der dann ausgeglüht wird, worauf der so metallisierte und
gebrannte Faden io aus dem Ofen austritt und auf eine Trommel 17 aufgewickelt wird.
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Es versteht sich von selbst, daß der Schutzumfang der Erfindung elektrische
Widerstände einschließt, die ein Widerstandselement nach der Erfindung .enthalten.