DE2340170A1

DE2340170A1 - Hochohmiger widerstand fuer gleichstrom-hochspannungsschaltungen

Info

Publication number: DE2340170A1
Application number: DE19732340170
Authority: DE
Inventors: Youchi Matsuda; Yasushi Saito; Nobuhiko Shito; Hiroshi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-08-09
Filing date: 1973-08-08
Publication date: 1974-02-28
Also published as: DE2340170C3; US3813631A; DE2340170B2; GB1404694A

Description

οίρ·. .τα Π. ί-j :..: u". τ 2 ser*.

Dr.-$n;j. F:. O — : - Γ Ζ Jr. β Mönchen 22, SUinedorfetr, Μ

81-21.208Ρ(21.2Ο9Η) 8. 8. 1973

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Hochohmiger Widerstand für Grleichstrom-Hoehspannungs-

schaltungen

Die Erfindung bezieht sich auf einen hoehohmigen Widerstand für Gleichstrom-Hochspannungsschaltungen.

Für ffieichstrom-Hochspannungsquellen, wie sie beispielsweise für Elektronensonden-Hikroänalysatoren, Massenspektrometer oder Elektronenmikroskope benötigt werden, ist eine hohe Stabilität erforderlich. In solchen Hochspannungsversorgungssehaltungen werden hoehohmige Widerstände als Vergleichswiderstände verwendet und auf der Hochspannungsseite der Energieversorgung angeordnet, speziell wenn die Hochspannung mit Hilfe einer Widerstandsteilung gemessen wird. Ein solcher Vergleichswiderstand wird allgemein in Verbindung mit einem Meßwiderstand mit weit geringerem Widerstandswert verwendet, der zur Anzeige der Spannungsteilung dient, wobei die Energieversorgungsspannung auf der Basis der ermittelten Spannung gesteuert wird, wodurch ein stabiler Hochspannungsausgang erhalten werden kann.

Diese beiden für die Widerstandsteilung verwendeten Widerstände geben Anlaß zu Rauscherscheinungen wie einem ther-

81-(POS 31038) NoHe

409809/0910

mischen Rauschen, Stromrauschen und verschiedenen anderen Fluktuationserscheinungen, die infolge der Anlegung der Hochspannung extern induziert werden können. Infolge eines solchen Rauschens und der auf Spannungs- oder Temperaturänderungen zurückgehenden Drift treten in starkem Maße unerwünschte Schwankungen am (Gleichstrom)-Hochspannungsausgang auf. Es ist daher sehr wichtig, die von diesen Widerständen erzeugten verschiedenen Rauschanteile zu unterdrücken, um den Hochspannungsausgang zu stabilisieren.

Meßwiderstände, die in Energieversorgungsschaltungen der oben beschriebenen Art verwendet werden, haben allgemein einen mittleren Widerstandswert und an sie wird eine niedrige Spannung angelegt. So ist beispielsweise die an einem solchen Widerstand angelegte Spannung geringer als 100 V und der V/iderstandswert desselben liegt in der Größenordnung von 0,1 bis 1 MXl. 2s wird also leicht ein Meßwiderstand erhalten, dessen Rauschpegel in der Größenordnung von 0,1 μΥ/Ύ liegt. Ferner ist infolge der Tatsache, daß die an den Meßwiderstand angelegte Spannung recht niedrig ist, das elektrische PeId um den Widerstand schwach und derselbe kann leicht elektrostatisch abgeschirmt werden. Ein extern induziertes Rauschen kann somit ausreichend unterdrückt werden.

An Vergleichswiderstände wird dagegen allgemein eine Hochspannung von 50 bis 200 kV angelegt und sie haben hohe ffiderstandswerte von 500 bis 2000 Mil, damit der elektrische Verlust möglichst gering bleibt. Herkömmliche Widerstände dieser Art bestehen allgemein im wesentlichen aus einem spiral- oder schraubenförmig auf der Oberfläche eines stabförmigen Trägers aus hochtemperaturbeständigem elektrisch isolierenden Material gebildeten Widerstandsfilm aus Kohle oder

403809/0910

Metall. Entsprechend der derzeitigen Technik zur Erzeugung gedruckter Schaltungen und den Eigenschaften von Widerstandsmaterialien ist es jedoch schwierig, einen spiralförmigen Widerstandsfilm von geringer Streifenbreite und engem Abstand zwischen den Streifen zu erzeugen, was zwangsläufig zu großen, sperrigen Widerständen, führt. Wenn ein stabförmiger Träger aus hochtemperaturfestern elektrisch isolierenden Material für die Erzeugung eines Widerstandsfilms mit einem Widerstandswert von 1000 MAnach der derzeitigen Technik zur Erzeugung gedruckter Schaltungen verwendet wird, erhält man recht lange Widerstände von größenordnungsmäßig 40 bis 50 cm Länge. In Anbetracht der anzulegenden Hochspannung müssen Widerstände dieser Art ausreichend isoliert sein und zur Ausschaltung nachteiliger Störwirkungen wird eine Isolation wie isolierendes ölimprägniertes Papier um den Widerstand gewickelt. Eine solche Isolation führt zwangsläufig zu einem sperrigen Widerstand .

Im übrigen wird zur Erzielung der richtigen Spannung am Hochspannungsausgang ein sehr genauer Widerstandswert für den Widerstand gefordert. Ferner soll die Feldverteilung bei Widerständen dieser Art möglichst gleichmäßig sein, insbesondere da an diese eine Hochspannung angelegt wird. Im Falle von Widerständen mit einem so hohen Widerstandswert ist es jedoch nicht leicht, den vorausgesetzten Wert exakt zu erreichen. Gemäß herkömmlicher Praxis zur Einstellung des Widerstandswertes auf den erforderlichen Wert wird ein Teil des Widerstandsfilms weggeschnitten oder unter kontinuierlicher Messung des Widerstandswertes ein elektrisch leitender Überzug aufgebracht. Eine solche Art der Einstellung des Widerstandswertes erhöht die Herstellungskosten erheblich und es ist außerdem sehr schwer, so hohe Widerstände wie etwa 1000

409809/09 10

exakt zu messen. Es war daher bislang nicht möglich, solche Widerstände mit gewünschtem Widerstandswert verläßlich und auf relativ einfache, billige Weise zu erzeugen.

Ziel der Erfindung ist daher ein hochohmiger Widerstand für Grleichstrom-Hochspannungsschaltungen, der kleiner ist als die bisherigen und einen exakten Widerstandswert besitzt. Weiteres Ziel ist ein solcher Widerstand, der ohne Ausbildung irgendeines wesentlichen Rauschpegels arbeiten kann. Ferner wird eine hohe dielektrische und mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit gewünscht sowie eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes. iJin noch weiteres Ziel der Erfindung ist ein hochohmiger Widerstand für Gleichstrom-Hochspannungssehaltungen, dessen Widerstandswert leicht eingestellt werden kann und dessen Qualitätskontrolle während des Herstellungsprozesaes leicht erreichbar ist.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervorgehen, die auf die angefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein beim hochohmigen Widerstand gemäß der Erfindung angewandtes Filmwiderstandselement;

Fig. 2 eine Aufsicht auf den zur Einstellung des Yfiderstandswertes dienenden Abschnitt des Filmwiderstandselementes gemäß Fig. 1 (in stärkerer Vergrößerung);

Fig. 3 und 4 Aufsichten auf Varianten des in Fig. 1 gezeigten Filmwiderstandselementes;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen hochohmigen Widerstand gemäß der Erfindung, der durch Verbindung (in Eeihe)

609809/0910

einer Mehrzahl von Pilmwiderstandselementen, wie sie in den Pig. 1, 3 oder 4 gezeigt werden und Vergießen der Anordnung mit einem haftfähigen warmhärtenden Harz erhalten wird und

!ig. 6 und 7 Längsschnitte durch hochohmige Widerstände gemäß der Erfindung, die durch Abschirmungsmittel elektrostatisch abgeschirmt sind.

Gemäß der Erfindung wird ein hochohmiger Widerstand vorgesehen, der durch Verbindung einer Mehrzahl von Pilmwiderstandselementen erhalten wird, wie sie in den Pig. 1, 3 oder 4 gezeigt sind? diese werden in Reihe miteinander verbunden und die gesamte Anordnung mit einem haftfähigen warmhärtenden Harz, wie in Eig. 5 gezeigt ist, vergossen.

Zur Bildung des im Eahmen der Erfindung benutzten PiImwiderstandselementes wird eine flache Unterlage aus einem hochtemperaturfesten und elektrisch isolierenden Material verwendet. Eine solche flache Basisplatte ist in der Weise vorteilhaft, daß ein präziser Druck selbst mit der derzeitigen Drucktechnik aufgebracht und mithin ein Widerstandsfilm mit maximalem Widerstandswert auf der Oberfläche der Basisplatte durch bestmögliche Oberflächenausnutzung gebildet werden kann. Die Größe des hochohmigen Widerstandes kann daher infolge der Tatsache auf ein Minimum reduziert werden, daß der Widerstand swert des Widerstandsfilms auf jeder Basisplatte erhöht und die Zahl der zur Bildung des gewünschten Gesamtwiderstandswertes erforderlichen Basisplatten bestmöglich geringgehalten werden kann.

Gemäß der Erfindung wird der Widerstandsfilm auf einer Seite der Basisplatte gebildet. Obgleich der Widerstandsfilm auf beide Flächen der Basisplatte aufgedruckt werden könnte, bestehen Schwierigkeiten in der Vermeidung von Beschädigungen der auf die entgegengesetzten Oberflächen der Basisplatte

^: 409809/0910

aufgedruckten Widerstandsfilme und es ist auch vom Fertigungsstandpunkt aus betrachtet schwierig, unerwünschte Fluktuationen des Widerstandswertes zu eliminieren.

Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Filmwiderstandselement hat einen Widerstandswert in der Größenordnung von einigen zehn Megohm und ist mit einer Hehrzahl von zumindest zu einem Ende des Widerstandsfilms benachbarten Anschlüssen zur Einstellung des Widerstandswertes, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, versehen. Mögliche Schwankungen oder Variationen des Wid erstandswertes während der fertigung und die erforderliche Präzision des Widerstandswertes werden von vornherein in der Weise berücksichtigt, daß die Einstellung bzw. Justierung des Widerstandswertea allein durch Auswahl eines dieser Anschlüsse erreicht werden kann, ohne daß irgendeine Präzisionsbearbeitung wie Zurechtschneiden des Films oder Auftragen von leitenden Überzügen erforderlich wäre.

Dies ist ein bedeutsamer Vorteil, da der Widerstandswert des einzelnen Filmwiderstandselementes praktisch sehr leicht kontrolliert werden kann. Wenn also eine Mehrzahl solcher Filmwiderstandselemente in einer Anzahl in Reihe miteinander verbunden werden, die den gewünschten Gesamtwiderstandswert des (zu erzeugenden) hochohmigen Widerstandes für ffleichatrom-Hochspannungsschaltungen (nachfolgend der Einfachheit halber nur als "hochohmiger Widerstand" bezeichnet) liefert, können der gewünschte Widerstandwert mit hoher Genauigkeit erhalten und die Fertigungskosten stark reduziert werden.

Das rührt daher, daß die - wie oben beschrieben - in der Größenordnung von einigen zehn Megohm liegenden Widerstands-

409809/0910

werte der einzelnen Filmwiderstandselemente exakt gemessen werden können. Eine einfache Addition der Widerstandswerte der einzelnen den hochohmigen Widerstand bildenden Filmwiderstands elemente liefert dann den gewünschten Gesamtwiderstandswert mit hoher Präzision.

Ferner wird durch die Bildung des hochohmigen Widerstandes aus Filmwiderstandselementen mit im vorgeschriebenen Bereich ,kontrolliertem Widerstandswert eine gleichmäßige Feldverteilung erreicht. Ein hochohmiger Widerstand mit Bereichen möglicher Feldverdichtung ist rauschanfällig gegen von außen induziertes Rauschen und neigt zu dielektrischen Durchschlägen.

Eine praktische Form des gemäß der Erfindung verwendeten Filmwiderstandselementes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.

Eine leitfähige Paste aus Pd-Ag-G-las wurde auf eine Oberfläche einer elektrisch isolierenden Unterlage 1 aus Aluminiumoxid mit einer Größe von 50 mm χ 50 mm χ 0,6 mm zur Bildung einer Mehrzahl von Anschlüssen 2, 3 und 4, wie in Fig. 1 gezeigt ist, aufgedruckt und gebrannt. Danach wurde eine EuOg Paste durch Siebdruck auf die gleiche Seite der Basisplatte 1 aufgedruckt und unter Bildung eines Widerstandsfilms 5 aus einer Mehrzahl von Streifen auf der Unterlage 1 in der in Fig. 1 gezeigten Art etwa 10 Minuten lang bei etwa 800⁰C gebrannt .

Die Breite der den Widerstandsfilm 5 bildenden Streifen lag bei etwa 0,5 mm und die Gesamtlänge des Widerstandsfilms 5 bei etwa 2 m, so daß an dieses Filmwiderstandselement eine Spannung von 10 kV angelegt werden konnte.

409809/0910

Für die Begrenzung des Widerstandswertes des Pilmwiderstand selementes auf einen vorbestimmten Bereich wurden unter Berücksichtigung der möglichen Variationen des Widerstandswertes während der Fertigung und der geforderten Präzision des Widerstandswertes fünf Justieranschlüsse 4 vorgesehen, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Die Differenz zwischen den Widerstandswerten der mit benachbarten Justieranschlüssen 4 verbundenen Filmteile betrug etwa 1 MXI. Von diesen fünf Anschlüssen 4
wurde dann der am meisten geeignete Anschluß ausgewählt und
mit dem Anschluß 3 durch einen aufgelöteten Weichkupferdraht mit einem Durchmesser von 0,4 mm verbunden unter Erzielung
des gewünschten Widerstandswertes von 40 MiI für das FiImwid erstand selement.

In dieser Weise erhaltene Filmwiderstandselemente hatten einen Wider st andswert von 40 UO. + 3 Mil und die Ausschußrate war niedriger als 1 $. Die Fertigungskosten konnten infolge
der Tatsache, daß die Justierung des Widerstandawertes im
Vergleich zu den bekannten Verfahren der Justierung solcher
Filme durch Schneiden oder Auftragen von leitfähigen Überzügen auf einfachere V/eise erreicht werden konnte, stark reduziert werden.

Ohne die Anschlüsse zur Einstellung bzw. Justierung des V/iderstandswertes lag der Prozentsatz der Elemente mit Widerstand swerten innerhalb des Bereichs von 40 MJI+_ 3 MfI in der Segend von 50 ^c/o_t und es ergab sich eine außerordentlich schlechte Ausbeute, wenn nicht eine Nachbearbeitung wie Beschneiden des Films angewandt wurde.

Bei den Filmwiderstandselementen gemäß Fig. 1 sind fünf Justieranschlüsse 4 an einem Ende des Widerstandsfilms 5 zur Einstellung des v/iderstandswertes vorgesehen. Diese Justier-

409809/0910

anschlüsse 4 können auch, wie in Fig. 3 oder 4 gezeigt ist, an den entgegengesetzten Enden des Widerstandsfilms 5 verteilt und in beliebig wählbarer Anzahl vorgesehen werden. Ferner können die Verbindungsanschlüsse 2 und 3 des Pilmwiderstandselementes auf der hochtemperaturbeständigen isolierenden Basisplatte 1, die in Fig. 1 an diagonal entgegengesetzten Stellen angeordnet gezeigt werden, an anderen Stellen vorgesehen werden und sie sind in keiner Weise auf die in Fig. 1 gezeigte An-Ordnung beschränkt. Diese Anschlüsse 2 und 3 können auf der gleichen Seite des Filmresistorelementes angeordnet und wie in fig. 3 und 4 gezeigt ist, auch nicht speziell vorgesehen werden.

Es ist klar, daß ein durch Bildung eines spiral- oder schraubenförmigen Widerstandsfilme auf einem einzelnen stabförmigen Träger aus elektrisch isolierendem Material erhaltenes Filmwiderstandselement bei Verwendung zum Aufbau eines hochohmigen Widerstandes mit einem hohen Widerstandswert von mehr als 500 Eil unmöglich in der* in Fig. 5 gezeigten Anordnung verwendet werden kann, bei der eine Mehrzahl von flachen Widerstands element en zur Bildung eines hochohmigen Widerstandes übereinandergelagert oder geschichtet angeordnet wird.

Nach dem Stande der Technik wird vielmehr der stabförmige Träger (und die "Wicklung") verlängert, was den Widerstand insgesamt unhandlich und die Ermittlung des Gesamtwiderstandswertes problematisch macht. Würde man in gleicher Weise wie nach dem Stande der Technik bei der ebenen Ausbildung'des Widerstandselementes eine Erhöhung des Widerstandes durch Vergrößerung der isolierenden Basisplatte und Verlängerung des aufgetragenen Filmstreifens vorsehen, würde man auf Schwierigkeiten hinsichtlich der Qualitätskontrolle der isolierenden

409809/0910

Basisplatte selbst stoßen. Auch bei einem stabförmigen Träger von größeren Abmessungen treten Schwierigkeiten hinsichtlich der Qualitätskontrolle des Isolierkörpers auf.

Die Erzeugung von hochohmigen Widerständen von spiral- oder schraubenförmigen !Cyp ist im übrigen wirtschaftlich ungünstig, da ein geringfügiger Defekt des Widerstandselementes die Betriebscharakterxstik des hochohmigen Widerstandes beeinträchtigen und ein fehlerhafter Abschnitt nicht ohne weiteres durch ein neues Element ersetzt werden kann.

Bs wird in mannigfacher Hinsicht bevorzugt, daß das Filmwiderstandselement bei dem erfindungsgemäßen Hochohmwiderstand eine Grrö'ße in der Gegend von 50 mm χ 50 mm, wie vorstehend besehrieben, hat. Eine isolierende Basisplatte, die frei von jeglicher Krümmung und Unebenheit ist, wird speziell benötigt, wenn der Widerstandsfilm durch Drucktechnik gebildet wird. Bei isolierenden Basisplatten mit einer Größe, die über der beschriebenen liegt, besteht eine Neigung zum Auftreten von Krümmungen oder "Verwerfungen.

Der Widerstandswert in der Gegend von einigen zehn Megohm wird auch hinsichtlich der Isolierung besonders bevorzugt, da die Stärke des an jedes Widerstandselement angelegten Feldes in der Gegend Von 10 bis 20 kV liegt, wenn eine Mehrzahl solcher Widerstandselemente zur Bildung eines hochohmigen Widerstandes, wie weiter unten beschrieben ist, verwendet wird.

Für den Widerstandsfilm sind zahlreiche Lluster möglich, jedoch ist das in den Fig. 1 bis 4 gezeigte in der Weise am idealsten, daß die Basisplattenoberfläche am besten ausgenutzt werden kann, die elektrischen Anschlüsse leicht ausgeführt

409809/091Ö

werden können und die elektrische JTeldverteilung im Widerstandselement gleichmäßig ist.

Das die Basisplatte des erfindungsgemäß angewandten lilmwiderstandselementes bildende hochtemperaturfeste und elektrisch isolierende Material kann beispielsweise Aluminiumoxid, Steatit, Mullit., Porsterit, Berylliumoxid oder Quarzglas sein, die Temperaturen von mehr als 100O⁰G aushalten können. Geeignete Materialien für den Widerstandsfilm können beispielsweise durch eine Mischung von Pulvern von Glas und einer widerstandsbildenden Substanz wie einer Pd-Ag^- Misehung, BuO₂J einer RuOp-Ag-Verbindung oder -Kombination oder 21p°3 sein. Diese Mischung wird durch Vermischen der Pulver zusammen mit einer geeigneten Flüssigkeit wie einem organischen Lösungsmittel und Äthylcellulose hergestellt. Die Paste wird durch Vermischen und Durcharbeiten der obigen Materialien erhalten. Das Widerstandsfilmmuster kann durch Aufdrucken der Paste auf die isolierende Basisplatte in einer Dicke von 10 bis 30 μ z.B. durch Siebdruck und Brennen der Paste bei etwa 600 bis 900⁰G für etwa 5 bis 20 Minuten erhalten werden. Vorzugsweise haben die Streifen des Widerstandsfilms eine Breite in der Gegend von 0,5 nun und benachbarte Streifen des Widerstandsfilms einen Abstand von etwa 0,5 mm, wenn man die Präzision des Siebdrucks berücksichtigt.

iiJine Mehrzahl von in oben beschriebener Weise erhaltenen i'ilmwiderstandselementen wird in der erforderlichen Anzahl zur Bildung des gewünschten Gesamtwiderstandswertes, wie in Pig. 5 gezeigt ist, in Reihe miteinander verbunden und die gesainte Anordnung mit einem haftfähigen warmhärtenden Harz oder einer Harzzusammensetzung vergossen. Das für das Vergießen benutzte Harz muß so beschaffen sein, daß es die "Sprödigkeit" der isolierenden Basisplatte des tfiderstands-

A09809/0910

elementes überdeckt und eine befriedigende Haftfähigkeit besitzt und beim Vergießen keine Fehler einschließlich von Lücken oder Hohlräumen auftreten.

Warmhärtende Harze sind für diesen Zweck geeignet. Beispielsweise kann eine Kombination eines Epoxyharzes vom alicyclischen, Bisphenol- oder Novolaktyp mit einem Härtungsmittel wie einem Säureanhydrid oder einer Aminoverbindung verwendet werden. Zu bevorzugten Epoxyharzen vom alicyclischen Typ gehört Vinylcyclohexendiepoxid, zu bevorzugten Epoxyharzen vom Bisphenoltyp Bisphenol-A-diglycidyläther und zu bevorzugten Epoxyharzen vom Hovolaktyp Kresol-Novolak und Phenol-Novolak. Zu bevorzugten Säureanhydridhärtungsmitteln gehört Tetrahydrophthalsäureanhydrid und zu bevorzugten als Härter verwendeten Aminoverbindungen gehören Tetraäthylenpentamin, Diaminodiphenylmethan und Diäthyltetramin.

Infolge der vom Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem anhaftenden warmhärtenden Harz und dem Filmwiderstandselement herrührenden Spannungen können Schäden an der isolierenden Basisplatte und Risse im gehärteten Harz auftreten. TJm dies zu vermeiden, können dem Harz mehr als 1000 Gewicht steile eines anorganischen Füllstoffs mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 1 χ 10~v°^G pro 100 Gewichtsteile des haftfähigen warmhärtenden Harzes zugemischt werden. Dieser anorganische Füllstoff kann beispielsweise durch Zirkoniumoxid, Kieselsäure oder Silicate, Quarz oder Aluminiumoxid mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 1000 μ gebildet werden. Es wurde sichergestellt, daß in der gehärteten Harzzusammensetzung keine Hisse entstehen und die isolierende Unterlage nicht zerstört oder beschädigt wird, und zwar selbst bei der Durchführung von Wärmeschockprüfungen unter sehr strengen Bedingungen, wenn der Unter-

409809/0910

schied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der isolierenden Unterlage und demjenigen des gehärteten Harzes durch entsprechende Auswahl geringer als 1 χ 10"V⁰C ist.

Zur Erzielung einer solchen Differenz im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen isolierender Basisplatte und gehärtetem Harz sollten mehr als 1800 Gewichtsteile des anorganischen Püllstoffs zu 100 G-ewichtsteilen des haftfähigen warmhärtenden Harzes zugemischt werden. Eine Zumischung von mehr als 2500 Gewichtsteilen des anorganischen Füllstoffs zu besagtem wa riahärtend en Harz ist jedoch im Hinblick auf Schwierigkeiten beim Vergießen unerwünscht.

Eine Schutzschicht, die durch einen dünnen Glasüberzug gebildet werden kann, wie bei 6 in fig. 1 angedeutet ist, wird vorzugsweise zur Abdeckung des Widerstandsfilms 5 auf dem Pilmwiderstandselement derart vorgesehen* daß der Widerstandsfilm während 4er Verarbeitung oder .beim Vergießen nicht beeinträchtigt wird. Der Glasüberzug kann durch Auftragen einer niedrigschmelzenden Glaspaste (beispielsweise einer Glaspaste «jf 8185 von duFont, USA) und Brennen der Paste bei etwa 500⁰G für etwa 1 Minute erhalten werden. Der Glasüberzug ist vorzugsweise 10 bis 10Ou dick.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Pig. 5, 6 und 7 beschrieben.

Ausführungsart 1

Eine Glaspaste, wie oben besehrieben, wurde auf ein PiImwid er Standselement mit einem Wi der standswert von 40 JIfI, wie in Pig. 1 gezeigt ist, unter Bildung einer Glasschutzschicht

A09809/0910

-H-

von 25 ju Dicke aufgetragen, welche die gesamte ,Oberfläche des FilmwiderStandselementes mit Ausnahme der Anschlußbereiche abdeckte. 25 solcher Ülmwiderstandselemente wurden in einer festen Anordnung mit vorbestimmtem Abstand, wie in Pig. 5 gezeigt ist, angeordnet und in Reihe jeweils miteinander verbunden durch Verbindung der Anschlüsse mit Hilfe von aufgelöteten Weichkupferleitungen 7 mit einem Durchmesser von 0,4 mm. Dann wurde ein Paar äußerer Anschlußklemmen 9 und 9' aus Messing an den entgegengesetzten Enden der in Eeihe miteinander verbundenen ffilmwiderstandselemente befestigt unter Erzielung einer Anordnung mit einem Gesamtwiderstand von 1000 Mil.

Diese Anordnung wurde dann mit einer Epoxyharzzusammensetzung mit den in Tabelle 1 angegebenen Mischungsanteilen vergossen und die Harzzusammensetzung bei etwa 120⁰C etwa 16 Stunden lang gehärtet zur Erzielung eines hochohmigen Widerstandes gemäß der Erfindung. Dieser hochohmige Widerstand hatte Außenabmessungen von etwa 70 mm χ 70 mm χ 250 mm.

409809/0910

Tabelle 1

Zu sammenset zung	Mischungsanteile (Gew.-teile)
Vinyleyelohexendiepoxyharz (von Nippon Hitrogen Company, "GH 206«, Epoxyäquivalent = 75)	100
Zirkoniumoxidfüllstoff, Teil chendurchmesser unter 400 ^u (von Osaka Zircon Company)	2300
MethyItetrahydrophthaisäurean- hydrid (von Hitachi Chemical Company, Säureanhydridhärter "NH-200", tJäureanhyd rid äquivalent = 122)	89
2-Athyl-4-methyl-imidazol (von Tore Company, Härtungsbe schleuniger ^ΜΕΙί-24")	3

Beim Vergießen der Anordnung mit der Epoxyharzzusammensetzung können die Filmwiderstandseiemente durch Lehren in einer vorbestimmten Position gehalten und die Epoxyharzzursaimnensetzung in solcher üenge eingegossen werden, daß die Lehren nicht in die Vergußmasse eingebettet werden. ITach einem Yorhärten bei etwa 80⁰C für etwa 2 Stunden und Entfernung der Lehren kann weitere Epoxyharzzusamiaensetzung in einer solchen iienge nachgegossen werden, die zu einer vollständigen Versiegelung der ülmwiderstandselemente in der Harzmasse führt, wonach die Anordnung zur vollständigen Aushärtung der Epoxy-

409809/0910

harzzusammensetzung 16 Stunden lang auf etwa 12O⁰C erwärmt wird. Statt des vorstehend beschriebenen zweistufigen Grießverfahrens können die Filmwiderstandselemente durch Lehren gestützt werden, die aus der zu vergießenden Bpoxyharzzusammensetzung bestehen und die gesamte Anordnung kann zusammen mit diesen Lehren mit der Epoxyharzzusamruensetzung vergossen werden.

Der lineare Ausdehnungskoeffizient der isolierenden Unterlagen aus Aluminiumoxid des hoehohmigen Widerstandes liegt bei 0,8 χ 10~v°^ö» während derjenige der gehärteten Epoxyharzzusammensetzung gemäß Tabelle 1 bei 1,2 χ 10 7⁰C liegt und es ergibt sich somit nur eine sehr geringe Differenz von 0,4 χ 10 /G. Bs ist danach klar, daß der hochohmige Widerstand gemäß der Erfindung in seiner Bauweise kompakt ist und eine hohe dielektrische Festigkeit sowie hohe mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit besitzt.

Die Feldverteilung zwischen den Anschlüssen 9 und 9' des hoehohmigen Widerstandes ist infolge der Tatsache, daß die Filmwiderstandselemente voneinander durch die Epoxyharzzusammensetzung elektrisch isoliert und in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet sind, gleichmäßig. Wenn man beispielsweise annimmt, daß eine Gleichspannung von 100 kV an die Klemmen 9 und 9' des hoehohmigen Y/iderstandes angelegt wird, so können in diesem Falle Kriechverluste, die längs der Oberfläche von hoehohmigen Widerständen auftreten, ausreichend vermieden werden, wenn die Klemmen 9 und 9^f mehr als 20 em voneinander entfernt sind.Die Größe des hoehohmigen Widerstandes kann somit auf weniger als die Hälfte der herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art vermindert werden.

Der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene

409809/0910

- ¹⁷ - 23A0170

hochohmige Widerstand wird allgemein elektrisch abgeschirmt, wenn er als Vergleichswiderstand verwendet wird. Zu Problemen, die sich in dieser Beziehung ergeben, gehören die elektrische Isolation zwischen der Abschirmung bzw. dem Abschirmkäfig und dem Hochspannungsanschluß. In den Fig. 6 und 7 sind zwei Formen solcher Isolation gezeigt. Bei dem in Fig. 6 gezeigten hochohmigen Widerstand wurde ein Porzellanisolator 10 an den Block 8 der von der Abschirmung 12 umgebenen gehärteten Epoxyharzzusammensetzung zur Erzielung eines ausreichenden isolierenden Abstandes zwischen dem Hochspannungsanschluß 11 und der Abschirmung 12 angeformt bzw. angegossen. Obgleich gemäß Fig. 6 ein Porzellanisolator verwendet wurde, kann dieser Isolatorteil aus dem gleichen Material sein wie der durch die gehärtete Epoxyharzzusammensetzung gebildete Block und in sich zusammenhängend mit letzterem geformt werden.

Ein herkömmlicher (stabförmiger) hochohmiger Widerstand dieser allgemeinen Art wurde durch Präparation eines handelsüblich erhältlichen Filmwiderstandselementea (Durchmesser 50 mm χ Länge 600 mm) mit einem spiralförmig auf einen stabförmigen elektrisch isolierenden Träger aus Aluminiumoxid aufgetragenen Kohlenstoff-Harzwiderstandsfilm und Umwickeln des Filmwiderstandselementes für die elektrostatische Abschirmung mit ölimprägniertem Papier hergestellt. Ein solcher herkömmlicher hochohmiger Widerstand wurde mit dem in Fig. 6 gezeigten hochohmigen Widerstand gemäß der Erfindung vergliche-, Bei der Prüfung wurden diese beiden hochohmigen Widerstände in Isolieröl mit einer sehr geringen Menge von darin dispergierter feinpulveriger Kohle anstelle von Staub eingetaucht und eine Gleichspannung von 150 kV zum Vergleich von Häuschen und Stabilität angelegt.

A09809/0910

73A0170

Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

	erfindungsge mäßer Widerstand	herkömmlicher Widerstand
Rauschen	weniger als 1 jaV/V	3 μν/ν
Spannungs schwankung	weniger als 1 /iV/V/min	4 μΐ/7 min

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, sind sowohl das Kauschen als auch die Spannungsschwankungen bei dem hochohmigen Widerstand gemäß der Erfindung geringer als bei dem herkömmlichen hohen Widerstand. Wenn also der hochohmige Widerstand gemäß der Erfindung in einem Elektronenmikroskop als Vergleichswiderstand verwendet wird, kann die Auflösung des Elektronenmikroskops 1,5 bis 2 mal gegenüber derjenigen von herkömmlichen Elektronenmikroskopen verbessert werden.

Ausführungsart 2

25 Filmwiderstandselemente wie in fig. 1 mit je einem Widerstandswert von 40 Mil wurden wie im Falle der* Ausführungsart 1 in Seihe miteinander verbunden und die Anordnung mit einer elastischen Polyesterharzzusammensetzung vergossen. Diese elastische Polyesterharzzusammensetzung bestand aus 100 Gewichtsteilen eines durch Herbeiführung einer Reaktion zwischen Maleinsäureanhydrid und einem Polybutadien mit

409809/0910

hydrierten Hydroxylendgruppen erhaltenen ungesättigten Polyesterharzes (wie in der US-Patentanmeldung Nr. 880 926 vom 28.11.1969 mit dem Titel "Polyesterharz und Yerfahren zur Herstellung desselben" beschrieben), 35 G-ewichtsteilen tert. Butylstyrol und 1 Gewichtsteil Dicumylperoxid sowie 1,2 Gewichtsteilen Kobaltnaphthenat (als Katalysator zugegeben) . Nach Vergießen dieser Polyesterharzzusammensetzung wurde zur Härtung des Harzes 16 Stunden lang auf 80⁰C- erwärmt unter Erzielung eines vergossenen hochohmigen Widerstandes ähnlich wie in Pig. 7. Bas vorstehend angegebene Polyesterharz hat ausgezeichnete elektrische -iäigenschaften und ist ausreichend elastisch. Auf diese Weise absorbiert dieses Polyesterharz Deformationen der Widerstandselemente infolge von Wärmespannungen, die zwischen dem Harz und dem isolierenden Träger des Filmwiderstandselements auftreten, wodurch eine unerwünschte Beschädigung der Widerstandselemente verhindert wird. Zu Materialien, mit denen eine ähnliche Wirkung wie mit dem vorstehenden Polyesterharz erreicht werden kann, gehören warmhärteride Siliconharze und flexible Epoxyharze.

Als warmhärtende Harzzusammensetzungen, wie sie im Zusammenhang mit den Ausführungsarten 1 und 2 beschrieben wurden, kommen solche in Präge, wie sie allgemein zum Vergießen verwendet werden und es besteht keinerlei besondere Beschränkung. Solche Harze, die beim Vergießen eine Viskosität von mehr als 100 Poise zeigen, sind jedoch für Hochspannungsanwendungen unerwünscht, da eine Tendenz zum Auftreten von schwierig zu eliminierenden Lücken oder Hohlräumen im Formkörper besteht, außer wenn die Harze einen Füllstoff enthalten.

409809/0910

Claims

Patentansprüche

K/ Hoehohmiger Widerstand für Gleiehstrom-Hoehspannungsschaltungen gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von FiImwiderstandselementen (1), die jeweils eine flache Unterlage aus hochtemperaturbeständigem elektrisch isolierenden Material, einen linearen Widerstandsfilm (5) aus einer Mehrzahl von geradlinigen Anteilen, die parallel zueinander auf einer Seite des Trägers angeordnet und durch eine Mehrzahl von Verbindungsteilen in Reihe miteinander verbunden sind, sowie ein Paar Anschlußteile (2, 3, 4) aufweisen, die an entgegengesetzten Enden des Widerstandsfilms (5) angeordnet sind, wobei die Widerstandselemente mit bestimmtem Abstand voneinander übereinandergeschichtet angeordnet und elektrisch in Reihe an den Ansehlußteilen durch geeignete Verbindungsmittel (7) miteinander verbunden sind und die entgegengesetzten Anschlüsse der in Reihe miteinadner verbunden Widerstandsfilme an den jeweils am weitesten außen liegenden isolierenden Trägern elektrisch mit einem Paar Klemmen (9, 9') zum Anschluß an eine äußere Grleichspannungsenergiequelle verbunden sind; und durch eine feste Isolation (8) aus einem gehärteten haftfähigen warmhärtenden Harz, die zur elektrischen Isolierung der Widerstandselemente voneinander durch innige Verbindung mit der Oberfläche der Widerstandselemente ohne Ausbildung auch nur geringfügiger Hohlräume oder Lücken dazwischen und zur Verhinderung praktisch jeglicher Verlagerung der Widerstandselemente relativ zueinander und zur elektrischen Isolation der Verbindungsmittel dient.
2. Hochohmiger Widerstand nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Glasschutzüberzug (6) auf dem Widerstandsfilm (5) jedes Filmwiderstandselementes (1).

409809/0910

23A0170
3. Hochohmiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das warmhärtende Harz 100 Gewichtsteile eines warmhärtenden Harzes und 1000 bis 2500 Gewichtsteile eines elektrisch isolierenden anorganischen Füllstoffs umfaßt.
4. Hochohmiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des temperaturbeständigen, elektrisch isolierenden Trägers des Filmwiderstandselementes und demjenigen der gehärteten warmhärtenden Harzzusammensetzung geringer als 1 χ 10"⁵/°e} ist.
5. Hochohmiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmwiderstandselemente zumindest zwei Anschlußstellen (4) für die Wifcderstandsjustierung benachbart zu zumindest einem Sndbereich des Widerstandsfilms (5) aufweisen.

409809/0910