DE1096463B - Verfahren zur Herstellung von festen elektrischen Widerstaenden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von festen elektrischen Draht-, Schichtoder Massewiderständen, die mit einem Überzug aus anorganischem Email, Glas oder keramischen Materialien geschützt sind.

Derartige Widerstände bestehen aus rohr- oder plattenförmigen keramischen Trägern, um die herum ein Widerstanddraht aus einer Metallegierung wie Chromnickel oder Konstanten schraubenlinienförmig gewickelt ist, wobei die Wicklung durch eine ge- ίο brannte anorganische Emailschicht geschützt ist.

Das Email wird kalt auf den Widerstand nach bekannten Tauch-, Spritz- oder Pinselverfahren aufgetragen, wobei es in Form einer feinen Suspension in verschiedenen Flüssigkeiten, wie Wasser, Terpentin i$ oder Alkohol, verwendet wird.

Nachdem die Flüssigkeit verdunstet ist, bleibt der Widerstand mit einer Schicht von pulverförmigem Email bedeckt, die dann in geeigneten Öfen, bei Temperaturen zwischen 600 und 1000° C, je nach den Eigenschaften des verwendeten Emails, gebrannt wird.

Nach den bekannten Verfahren muß, um eine genügende Verkittung und ein Haften der Emailkörper untereinander und mit der Trägeroberfläche zu erzielen, der Widerstand bei einer hohen Temperatur gebrannt werden, die nicht viel niedriger als die Schmelztemperatur des verwendeten Emails ist. Dadurch werden die im Email eingebetteten Drähte einer starken Oxydation und chemischen Korrosion ausgesetzt, wodurch Drahtunterbrechungen vorkommen, durch die Ausschußware entsteht.

Das Auftragen des Emails wurde nach den früheren Verfahren, ebenso wie das nachfolgende Brennen, mehrere Male wiederholt, weil sich eine zu dicke Schicht pulverförmigen Emails leicht vom Träger während des Brennens ablöst. Man mußte deshalb mehrere dünne Schichten aufeinander auftragen und brennen. Um dieses mehrmalige Auftragen zu vermeiden, ist nach einem bekannten Verfahren bereits vorgeschlagen worden, Schalen oder Platten aus keramischen Glasurmassen zu verwenden. Bei diesem Verfahren bleiben jedoch die vorher beschriebenen Nachteile bestehen, da die Glasurkörper bei sehr hohen Temperaturen gebrannt werden müssen.

Es sind auch Verfahren bekannt, nach denen die Schutzschichten unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und Druck aufgebracht werden. Hierbei wird die Schutzhülle einer so hohen Erwärmung ausgesetzt, daß der Hüllstoff flüssig wird, also zu schmelzen beginnt. Durch die gleichzeitige Einwirkung der Wärme und des Druckes soll dabei erreicht werden, daß die Hülle mit dem Träger des eigentlichen Widerstandsdrahtes bzw. mit dem Kern des Widerstandes schmilzt.

ver-Verfahren zur Herstellung von festen
elektrischen Widerständen

Anmelder:

S. E. C. I. Societe Elettrotecnica Chimica

Italiana S.p.A., Mailand,
und Giovanni Canegallo, Varese (Italien)

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr. jur. A. Welling

und Dipl.-Ing. L. Welling, Patentanwälte,

Köln, Lothringer Str. 81

Giovanni Canegallo, Varese (Italien),
ist als Erfinder genannt worden

Bei diesen Verfahren muß also eine erhebliche Temperatur aufgewendet werden, wodurch die Nachteile einer chemischen Beeinflussung und Veränderung des Widerstandsmaterials, wie eingangs erwähnt, bestehenbleiben. Außer daß eine Veränderung des Widerstandsmaterials durch die hohen Temperaturen eintreten kann, besteht bei der Verbindung des Trägers mit dem Hüllmaterial noch die Gefahr, daß innere Spannungen, die sich durch die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Widerstandsmaterials und des Schutzhüllmaterials ergeben, nicht ausgeglichen werden können.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die geschilderten Nachteile vermieden.

Gemäß der Erfindung werden die in an sich bekannter Weise vorgeformten Hüllteile, die die Schutzschicht bilden sollen, um den Widerstand herum angeordnet und darauf diese Teile nur bis zum Erweichen erhitzt und unter der gleichzeitigen Einwirkung eines äußeren Druckes miteinander verschweißt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also eine Verschmelzung des Hüllmaterials mit dem Kern des Widerstandes, wie sie bei dem bekannten Verfahren eintreten muß, in jedem Fall vermieden. Die Erwärmung wird nur so weit durchgeführt, daß der Hüllstoff, also das Glas oder Email od. dgl., sich während des Verfahrens unter der gleichzeitigen Einwirkung von Druck und Wärme nur plastisch verformt, aber nicht zum Schmelzen gebracht wird. Hierdurch

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legt sich die äußere Schutzhülle unter der Wärme- und der Druckeinwirkung und die dadurch erreichte plastische Verformung um den Widerstandskörper herum, ohne mit diesem eine feste Verbindung einzugehen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind gegenüber den bekannten die aufgewendeten Temperaturen wesentlich geringer, da der Hüllstoff nicht zum Schmelzen gebracht werden soll. Dadurch wird die Gefahr einer chemischen Beeinflussung und Veränderung des Widerstandsmaterials ausgeschlossen.

Dadurch, daß die Schutzhülle beim erfindungsgemäßen Verfahren lediglich am Widerstandskörper anliegt, ohne mit diesem verbunden zu sein, werden schädliche innere Spannungen, die durch die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Widerstandsmaterials und des Schutzhüllmaterials, gegebenenfalls auch des Trägermaterials, hervorgerufen werden können, vermieden.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird zwischen dem eigentlichen Widerstand und der Email- oder Glashülle eine Zwischenschicht aus feinem Pulver oder Körnern anorganischer, elektrisch isolierender Stoffe aufgebracht.

Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem der Glasur kleine Teilchen eines elektrisch leitenden Stoffes beigemischt werden, wodurch diese selbst elektrisch leitend werden.

Demgegenüber wird nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung Metallpulver der Glasur beigemischt, das jedoch nur dazu dient, die thermische Leitfähigkeit der Glasur zu erhöhen, die keinesfalls elektrisch leitend gemacht werden soll.

Die mechanische Pressung und damit die plastische Verformung der Schutzhülle aus Email oder Glas kann durch Gesenke oder ähnliche geeignete Vorrichtungen erreicht werden. Die mechanische Pressung der isolierenden Schutzhülle kann auch durch'den atmosphärischen Druck erzielt werden.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf den Widerstandskörper eine genügend starke Schicht pulverförmigen Emails aufgebracht, der so vorbereitete Widerstand in ein aus zwei Hälften bestehendes metallisches Gesenk eingebracht und dieses Gesenk anschließend in einen Ofen eingeführt, in dem es auf die notwendige Temperatur erwärmt wird.

Sobald das Email erweicht ist, drückt das Gewicht der oberen Hälfte des Gesenkes, gegebenenfalls durch äuß ere mechanische Pressung noch verstärkt, die Emailkörper zusammen. Dabei findet eine plastische Verformung des Emails statt, wobei das Email die Gestalt des Gesenkes erhält. Nach Abkühlung kann der Widerstand fertig aus dem Gesenk herausgenommen werden.

Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst Scheiben, Rohre od. dgl. oder leicht herstellbare Behälter aus Email oder Glas angefertigt. Diese Scheiben, Rohre bzw. Behälter werden an den Widerständen angebracht, erwärmt und zusammengepreßt.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Widerstand, der zwischen zwei Email- bzw. Glasscheiben angeordnet ist, in einem Gesenk, und zwar im Schnitt;

Fig. 1 a zeigt perspektivisch herausgezeichnet den Widerstand zwischen den beiden Emailscheiben gemäß Fig. 1;

Fig. 2 und 3 zeigen Widerstände ohne inneren Träger; Fig. 4 zeigt einen Schichtwiderstand, der in Schraubenlinienform um einen Keramikstab gewunden ist;

Fig. 5 zeigt den gleichen Widerstand wie Fig. 4, jedoch mit einer Schutzhülle aus Isoliermaterial;

Fig. 6 zeigt den gleichen Widerstand wie in Fig. 4 und 5 nach dem Brennen und gleichzeitigem Pressen;

Fig. 7 und 7 a zeigen einen in ein Schutzrohr eingeführten Widerstand im Längs- und Querschnitt;

Fig. 8 zeigt den Widerstand mit Schutzrohr gemäß Fig. 7, und zwar in einem Zustand, in dem er in den Ofen eingeführt werden kann, während auf das Rohr mittels einer Vakuumpumpe ein Unterdruck ausgeübt wird;

Fig. 9, 10, 11 und 12 zeigen die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge des Verfahrens für den Widerstand gemäß Fig. 8.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 1 a wird ein Widerstand R, bei dem der keramische Träger C mit einem Widerstandsdraht F umwickelt ist, zwischen zwei Email- oder Glasscheiben L₁ und L₂ geeigneter Dicke und Abmessungen angeordnet. Dann wird das Ganze in den unteren Teil 5" eines metallischen Gesenkes gelegt und auf die drei Stücke L₁, R, L₂ wird der obere Teil P des Gesenkes aufgelegt, der durch sein eigenes Gewicht, das unter Umständen durch äußere mechanische Pressung vermehrt werden kann, die drei Stücke zusammenpreßt.

Das Gesenk mit dem Widerstand wird nun in einen Ofen eingebracht bzw. auf andere Weise erwärmt. Sobald die Erweichungstemperatur des Glases oder des Emails, aus welchem die Scheiben L₁, L₂ bestehen, erreicht ist, werden sie durch den Druck des Oberteiles, plastisch verformt und füllen die ganze Form aus, wobei sie sich am Rand zusammenschließen.

Durch die mechanische Pressung kann man die plastische Verformung und den Zusammenschluß der Scheiben bei einer Temperatur erreichen, die merklich niedriger ist, als wenn man die mechanische Pressung nicht anwendet.

Nach der Abkühlung kann man den Widerstand, welcher praktisch in einer einzigen Arbeitsstufe fertiggestellt ist, herausnehmen und dann gegebenenfalls putzen und entgraten. Natürlich muß man die Temperatur, die Erwärmungsdauer, die mechanische Pressung und sonstige Einzelheiten des Verfahrens der Form des Widerstandes und den Eigenschaften des Emails bzw. des Glases experimentell anpassen.

Man kann das Verfahren auch dermaßen abändern, daß man die erste Scheibe L₁ durch Kalt- oder Warmpressen von pulverförmigemoder körnigemEmail oder Glas im Gesenk selbst anfertigt. Auf diese Scheibe wird dann der Widerstand gelegt und darauf eine Schicht von pulverf örmigem oder körnigemEmail oder Glas aufgebracht, die sodann durch den Stempel P vor und während des Erwärmens gepreßt wird.

Wenn man anstatt der zwei Scheiben ein im voraus hergestelltes Email- oder Glasrohr mit rundem oder flachem Querschnitt verwendet, dann bleibt das Verfahren dasselbe, d. h. der Widerstand wird in das Rohr eingeschoben und das Ganze wird im Gesenk angeordnet, das durch den Stempel P geschlossen wird. Durch Erwärmung wird eine plastische Verformung des Rohres erreicht, unter Anwendung eines mechanischen Druckes, wenn das Gewicht des Stempels nicht ausreicht.

Die chemischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Materialien, die man zum Schütze der Widerstände anwendet, müssen dem jeweiligen Zwecke angepaßt werden.

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Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Diese Materialien werden fein gemahlen und dann

Emails bzw. des Glases und des Trägers, auf welchem wird davon eine Suspension in Wasser, Terpentin der Widerstandsdraht gewickelt oder die leitende usw. mit einem kleinen Zusatz von Bindematerialien, Schicht aufgelegt ist, sollen einander gleich oder nur wie arabischer Gummi, natürliche und künstliche wenig verschieden sein. 5 Harze usw., zubereitet.

Der Träger, um welchen der Widerstandsdraht ge- Diese Suspension wird auf dem Widerstand nach

wickelt ist, kann aus Glimmer, Asbestpappe oder As- bekannten Verfahren, wie durch Tauchen, Spritzen bestgewebe bzw. aus Glasfadengewebe bestehen, oder und Pinseln, aufgetragen.

man kann auch dasselbe Material der Scheiben, d. h. Nach Verdunsten der Flüssigkeit werden die orga-

Email oder Glas, allein oder mit geeigneten anorgani- io nischen Stoffe durch Erwärmung vor und während schem Füllmaterial gemischt, verwenden. des beschriebenen Verfahrens entfernt, die anorga-

Das Email oder Glas der Isolierhülle kann allein nischen Körner bleiben an der Oberfläche des Wider- oder mit anderen anorganischen pulverförmigen oder Standes haften.

körnigen Füllmaterialien wie SiO₂, Magnesiumoxyd Als Beispiel ist in Fig. 4 ein Graphitmetall oder

und unter Umständen mit metallischen Pulvern zur 15 Oxydschichtwiderstand gezeigt, bestehend aus einem Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit des keramischen Träger, auf welchem eine Spirale einge-Emails und des Glases verwendet werden. schliffen ist, wobei die Länge der spiralförmigen lei-

Mit dem geschilderten Verfahren kann man natür- tenden Schicht O bedeutend vergrößert wird. Mit T lieh auch Widerstände beliebiger anderer Formen und sind die metallischen Kappen und mit F die entAbmessungen herstellen, wenn man hierzu passende 20 sprechenden Drähte bezeichnet, welche die Endverbin-Gesenke benutzt. düngen darstellen. In Fig. 5 ist derselbe Widerstand

Auf der Innenfläche des Gesenkes kann man auch im Querschnitt, mit einer Schicht aus pulverförmigem, Beschriftungen oder Zeichen anbringen, die dann auf anorganischem Isoliermaterial bedeckt, abgebildet, dem Widerstand abgedruckt werden. - Endlich ist in Fig. 6 derselbe Widerstand mit einer

Die biegsamen Widerstände, bestehend aus spiral- 25 Email- oder Glasschutzhülle nach der Erfindung abförmig auf einem Asbest- oder Glaskern einfach oder gebildet.

doppelt verflochtenen Widerstandsdrähten oder aus Auch wenn man ein Glas oder Emailrohr anwendet,

Geweben, bei welchen die Kette oder der Schuß aus innerhalb welchem ein Widerstand irgendwelcher Art, einem Widerstandsdraht oder aus einer Widerstands- d. h. ein Draht- oder Schichtwiderstand, eingeführt spirale besteht, eignen sich vorzüglich für die Isolie- 30 wurde, ist es möglich, einen geschützten Widerstand rung mit Email- oder Glasschichten nach dem oben ohne Verwendung von Gesenken und Stempeln nach beschriebenen Verfahren. dem folgenden Verfahren herzustellen.

Mit dem Verfahren kann man aber auch Email- Wie in Fig. 7 und in den folgenden Figuren darge-

oder Glaswiderstände ohne Träger zur Umwicklung stellt, wird der fertige Widerstand R mit Metallkapdes Widerstandsdrahtes herstellen, wobei der Wider- 35 pen F in das Rohr Γ eingeschoben. Die zwei Enden Standsdraht zickzackförmig zwischen zwei Email- des Glasrohres T, das länger sein muß als der Wider- oder Glasscheiben, wie in Fig. 2 angedeutet, gelegt stand R, werden durch zwei biegsame Schläuche mit wird. einer Vakuumpumpe P verbunden, die den Druck im

In Fig. 3 ist eine ähnliche Ausführung wie in Fig. 2 Innern des Glasrohres niedriger als den äußeren gezeigt, wobei der Widerstandsdraht vor der Biegung ₄₀ atmosphärischen Druck hält.

in Zickzackform spiralförmig auf einen Kern gewik- Das Rohr T mit dem Widerstand R wird bis zur

kelt wird, der nach dem Wickeln entfernt wird. Erweichungstemperatur erwärmt, indem man das

Man kann auch zwei oder mehr Widerstände, die Rohr fortschreitend in den ringförmigen Ofen iV einelektrisch getrennt oder miteinander verbunden sein führt. Mit fortschreitender Erwärmung und Erweikönnen, in dieselbe Email- oder Glasschicht einbetten. 45 chung des Rohres bewirkt der äußere atmosphärische Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Druck eine plastische Verformung der Rohrwandung, Widerstände ohne Widerstandsdraht, d. h. Graphit-, bis diese an der Widerstandsoberfläche anhaftet. Metall- oder Oxydschichtwiderstände, sowie Masse- Durch entsprechende Regulierung der Temperatur

widerstände, bestehend aus einer Mischung von pul- des Ofens N und der Einführgeschwindigkeit des Rohverförmigen anorganischen Isoliermaterialien, wie _5o res ist es möglich, den Widerstand vollständig in einer Kaolin, Tonerde, Glas und andere Silikate, mit pul- Email- oder Glashülle einzukapseln. Wenn die Ververförmigen leitenden Materialien, wie Metall, Gra- bindungsdrähte F aus einem lötfähigem Metall bestephit, Oxyd usw., die vorgebrannt und gesintert wor- hen, ist es möglich, einen luftdichten Verschluß herden sind, mit einer Email- oder Glasschutzhülle über- zustellen, und in diesem Fall ist der Widerstand vollzogen werden. 55 kommen gegen äußere Einflüsse geschützt. Um den Wenn die Materialien, die den eigentlichen Wider- fertigen Widerstand zu erhalten, muß man die beiden stand bilden, d.h. die Metalle, die Legierungen, die unverformten Rohre an den Stellen L₁, L₂ abschneiden, metallischen Oxyde, der Graphit, die Kohle usw. bei In den Fig. 8, 9 und folgenden sind die verschiededer Erweichungstemperatur des Emails oder des GIa- nen Arbeitsstufen gezeigt.

ses der Oxydation ausgesetzt sind, dann kann die Er- 60 Das soeben beschriebene Herstellungsverfahren ist wärmung und Pressung der Widerstände in geschlos- sehr gut für Graphitschichtwiderstände oder für leicht senen luftleeren oder mit neutralem Gas wie Stickstoff oxydierbare Widerstände geeignet, weil beim Arbeigefüllten Gefäßen erfolgen. ten im Vakuum eine Oxydierung vermieden wird.

Wenn man die unmittelbare Berührung des Emails Außerdem wird durch das Auftragen der Zwischenoder des Glases mit dem Widerstandsdraht oder mit 65 schicht von neutralen Materialien eine unmittelbare der leitenden Schicht, die den eigentlichen Widerstand Berührung des eigentlichen Widerstandes mit dem bildet, vermeiden will, dann wird in Ausbildung der Email oder Glas der Schutzhülle vermieden. Erfindung die Auflage einer 0,5 bis 2 mm dicken Die Widerstände nach der Erfindung unterscheiden

Schicht anorganischer Isoliermaterialien, wie SiO₂, sich von nach anderen Herstellungsverfahren herge-Magnesiumoxyd, Kaolin, Asbest usw., vorgesehen. 70 stellten Widerständen (bei welchen die unmittelbare

Berührung ,zwischen Schutzhülle und stromführendem Widerstand vermieden ist) dadurch, daß die isolierende Schutzhülle aus Glas, Email oder gesinterten keramischen Materialien in unmittelbarer Berührung mit dem eigentlichen Widerstand steht, so daß der Wert der Wärmeübergangszahl sehr hoch ist.

Auch wenn der Widerstand mit einer Zwischenschicht aus neutralen Materialien versehen ist, bleibt die Wärmeübergangszahl noch sehr hoch wegen der ausgedehnten Berührungsfläche des stromführenden Widerstandes mit der isolierenden Schutzhülle und wegen der Wärmeableitung nach außen mittels fester Stoffe.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von festen elektrischen Draht-, Schicht- oder Massewiderständen, die mit einem Überzug aus anorganischem Email, Glas oder keramischen Materialien geschützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise vorgeformte Hüllteile, die die Schutzschicht bilden sollen, um den Widerstand herum angeordnet werden und daß darauf diese Teile nur bis zum Erweichen erhitzt und unter der gleichzeitigen Einwirkung eines äußeren Druckes miteinander verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand in ein Rohr, das an beiden oder nur an einem Ende offen ist, oder in eine Büchse geeigneter Form mit einer oder mehreren Öffnungen, durch welche die Luft abgesaugt werden kann, um im Inneren einen niedrigeren Druck als außen zu haben, eingebracht wird und das Ganze sodann erwärmt wird, so daß die Rohrwände bzw. die Wände der Büchse erweichen und der äußere atmosphärische Druck die isolierende Hülle zusammendrückt.

3. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Schutzhülle aus mit pulverförmigen oder körnigen anorganischen Isoliermaterialien gemischtem Email oder Glas besteht.

4. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Email oder Glas mit pulverförmigen oder körnigen reinen Metallen oder Metallegierungen gemischt ist.

5. Elektrischer Widerstand nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Email oder Glas mit pulverförmigen

' oder körnigen anorganischen Isolierstoffen und mit pulverförmigen oder körnigen reinen Metallen oder Metallegierungen gemischt ist.

6. Elektrischer Widerstand nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem eigentlichen Widerstand und der Email- oder Glashülle eine Zwischenschicht von 0,01 bis 0,5 mm Dicke aus feinen Pulvern oder Körnern anorganischer elektrisch isolierender Stoffe aufgetragen ist.

7. Elektrischer Widerstand nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Glas- oder Emailaußenfläche Schriften, Zahlen, Zeichnungen usw. vertieft oder erhoben angebracht sind.

8. Elektrischer Widerstand nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Email oder Glas farblos oder nur leicht gefärbt und durchsichtig ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 896 386, 516 308, 033;

USA.-Patentschriften Nr. 2 623 145, 1 528 711.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1 054 520, 1 051 945.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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