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Die Erfindung betrifft Schaltungselemente der elektronischen Messtechnik, u. zw., genauer genommen, leistungsfähige Präzisions-Drahtwiderstände für Wechselstrom und Verfahren zu deren Herstellung.
Die Erfindung kann eine breite Verwendung in verschiedenen elektronischen Messgeräten mit hoher Genauigkeit finden. Am vorteilhaftesten kann dieser Widerstand in den Eingangskreisen von Wechselstromvoltmetern, in leistungsfähigen Spannungsteilern sowie als Vorschaltwiderstand des Thermoumformers in metrologischen Anlagen zur Prüfung von Wechselstromvoltmetern verwendet werden.
Zurzeit werden sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeitsparameter der elektronischen Messgeräte gestellt. Es ist vollkommen einleuchtend, dass elektronische Messgeräte hoher Genauigkeit nur unter Verwendung von Widerständen hergestellt werden können, die gleichzeitig hohe technische Daten aufweisen. Die Wechselstrom-Drahtwiderstände werden durch folgende Hauptdaten gekennzeichnet : Leistung, Genauigkeit, Zeitstabilität, Temperaturkoeffizient des Widerstandes, Betriebstemperaturbereich, Betriebsspannung, Frequenzfehler sowie Abmessungen. Die leistungsfähigen PräzisionsDrahtwiderstände für Wechselstrom müssen fertigungsgerecht in der Herstellung sein, was eine grosse Bedeutung für deren Serienfertigung hat.
Eine Analyse moderner Patentschriften, der wissenschaftlichen und technischen Literatur sowie Werbeausgaben zeigt, dass zurzeit keine leistungsfähigen Wechselstrom-Drahtwiderstände vorhanden sind, die die oben angegebenen hohen Kenndaten gleichzeitig aufweisen würden. Die existierenden leistungsfähigen Wechselstromwiderstände besitzen einen bzw. zwei hohe Kennwerte, während die sonstigen Kennwerte derselben geringfügig sind.
Es ist eine Vielzahl von Konstruktionen leistungsfähiger Präzisions-Drahtwiderstände für Wechselstrom vorhanden, die hohe Einzelparameter aufweisen.
Insbesondere ist ein Widerstand bekannt (s. den UdSSR-Urheberschein Nr. 381104), der ein in einem Gehäuse untergebrachtes zylindrisches Widerstandselement darstellt. Im Gehäuse sind in einem gewissen Abstand voneinander Irisblenden befestigt, die miteinander durch eine gemeinsame Fassung verbunden sind, die gestattet, die Blenden synchron zu öffnen. In der Blendenlösung ist ein in Zylinderform mit einer Spiralführung zusammengewickeltes Blättchen aus elastischer Me- tallfolie - der Schirm - angeordnet. Die verteilte Kapazität des Widerstandselementes auf den Schirm wird mit Hilfe der genannten Blenden geregelt, die den Schirm umfassen. Nach der Abstimmung des Widerstandes auf den minimalen Frequenzfehler wird die Fassung in der vorliegenden Lage befestigt.
In diesem Widerstand wird eine Herabsetzung des Frequenzfehlers erreicht. Eine Erhöhung der Leistung des vorliegenden Widerstandes kann jedoch nur durch eine Vergrösserung der Ausmasse des Widerstandselementes, d. h. durch die Vergrösserung der Abmessungen des Widerstandes als Ganzes erreicht werden. Die Wärmedehnung der Bestandteile dieses Widerstandes bei dessen Betrieb setzt unvermeidlich dessen Zeitstabilität herab. Ausserdem lässt der komplizierte Aufbau des Widerstandes keine gedrungene Herstellung derselben zu. Daraus ist einleuchtend, dass die Fertigung des Widerstandes kompliziert und aufwendig ist.
Es ist ein Widerstand bekannt (s. den UdSSR-Urheberschein Nr. 449381), der die Nachteile des oben betrachteten Widerstandes teilweise behebt. Er enthält den Tragkörper mit dem auf ihm aufgewickelten unterteilten Widerstandselement. Jeder Teilabschnitt des Widerstandselementes ist in Form einer Spirale ausgeführt. Der Abstand zwischen den Teilabschnitten bestimmt die Grösse der Störkapazität des Widerstandselementes. Eine Vergrösserung des Abstandes zwischen den Teilabschnitten vermindert die Grösse der Störkapazität, d. h. sie setzt den Frequenzfehler herab. Das führt jedoch unvermeidlich zu einer Vergrösserung der Abmessungen des Widerstandes.
Die in Form einer Spirale ausgeführten Teilabschnitte des Widerstandselements haben eine entwickelte Seitenfläche, was die Kühlung des Widerstandselements verbessert und dadurch zur Leistungserhöhung des Widerstandes beiträgt. Die Vergrösserung der Leistung des Widerstandes führt jedoch unvermeidlich zu einer Vergrösserung des Durchmessers der Teilabschnitte des Widerstandselements, d. h. sie vergrössert die Abmessungen des Widerstandes im ganzen. Es soll auch beachtet werden, dass die aufgeteilte spiralförmige Aufwicklung des Mikrodrahtes und dessen Befestigung in dieser Lage sehr kompliziert sind. Infolgedessen ist auch das Verfahren zur Herstellung dieses Widerstandes kompli-
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ziert und aufwendig.
Als Prototyp für die Erfindung dient der leistungfähige Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom und das Verfahren zu dessen Herstellung (s. US-PS Nr. 3, 104, 311), der die Nachteile der oben betrachteten Widerstände teilweise behebt. Dieser Widerstand enthält ein Gehäuse aus Epoxydharz, der mit einem flüssigen Dielektrikum ausgefüllt ist. Als solches Dielektrikum wird Transformatoröl verwendet. Im Inneren des Gehäuses ist ein unterteilter Tragkörper untergebracht, der desgleichen aus Epoxydharz gefertigt wird. Auf den Tragkörper ist das Widerstandselement aufgewikkelt, das eine Wicklung aus einem hochohmigen isolierten Draht mit einem Durchmesser in der Grö- ssenordnung von 50 pm darstellt.
Dieser Widerstand wird durch die Aufwicklung des Drahtes auf den unterteilten Tragkörper und die nachfolgende Ausfüllung des Innenvolumens des Gehäuses mit Transformatoröl hergestellt.
Die Zeitstabilität dieses Widerstandes wird durch die Auswahl des Drahtwerkstoffs erreicht.
Die Leistung des Widerstandes wird durch die Verwendung eines Kühlmediums gesteigert, wobei als solches hier Transformatoröl benutzt wird. Dieser Widerstand ist kompakt. Die Zeitstabilität dieses Widerstandes wird jedoch sehr negativ durch die grosse Wärmedehnung des aus Schichtpressstoff hergestellten unterteilten Tragkörpers beeinflusst, der eine mechanische Einwirkung auf den dünnen Draht des Widerstandselementes ausübt, wodurch dessen Widerstand geändert wird. Infolge der Verwendung eines Schichtpressstoffs als Werkstoff für den Tragkörper und des Transformator- öls als flüssiges Dielektrikum, die einen hohen Verlustfaktor tan a aufweisen, kann kein geringer Frequenzfehler des Widerstandes erreicht werden. Ausserdem kann dieser Widerstand keine hohe Leistung besitzen.
Das erklärt sich durch folgende Gründe : das Transformatoröl kühlt nur die Aussenfläche der Wicklung des Widerstandselements, das Transformatoröl weist eine grosse Viskosität auf, infolgedessen die Wärmeableitung vom Widerstandselement durch die natürliche Konvektion behindert ist, das aus Schichtpressstoff ausgeführte Gehäuse hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Wärmeableitung aus dem Transformatoröl in das umgebende Medium erschwert ist.
Aus den oben in Betracht gezogenen Konstruktionen der Widerstände und den Verfahren zu deren Herstellung ist also ersichtlich, dass es keine Widerstände gibt, die gleich hohe Hauptdaten gleichzeitig besitzen. Die hohen Einzeldaten werden bei ihnen auf Kosten einer Verschlechterung der übrigen Daten erreicht. Dieser Umstand ist durch ihre konstruktiven Besonderheiten, die prinzipiellen Widersprüche in der Zusammenwirkung der physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe, deren Bestandteile sowie durch die Verfahren zu deren Herstellung bedingt.
Das Ziel der Erfindung besteht in der Beseitigung der oben angegebenen Nachteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom zu schaffen und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu entwickeln, wo durch die Vervollkommnung des Herstellungsvorgangs des Widerstandselements eine solche Anordnung desselben auf dem unterteilten Tragkörper erreicht wird und als flüssiges Dielektrikum und Werkstoff des Tragkörpers solche Stoffe verwendet werden, dass der Widerstand gleich hohe Hauptdaten gleichzeitig besitzen würde.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom, der ein mit flüssigem Dielektrikum ausgefülltes Gehäuse und einen in diesem untergebrachten unterteilten Tragkörper aus Isolierstoff, auf dem das in Form einer Wicklung aus hochohmigem isoliertem Draht ausgeführte Widerstandselement angeordnet ist, enthält, erfindungsgemäss das Widerstandselement auf dem unterteilten Tragkörper derart angebracht ist, dass dazu ein Abstand bleibt, dessen Breite die Grösse der Wärmedehnung des Tragkörperwerkstoffs mindestens um eine Grössenordnung überschreitet, um eine Zirkulation des flüssigen Dielektrikums zu ermöglichen, wobei als solches eine dünnflüssige perfluororganische Verbindung verwendet wird,
und der unterteilte Tragkörper aus einem in bezug auf die flüssige perfluororganische Verbindung chemisch beständigen Werkstoff hergestellt ist.
Das Vorhandensein des Abstandes zwischen dem Widerstandselement und dem unterteilten Tragkörper schliesst das Auftreten von mechanischen Spannungen im Draht des Widerstandselements bei der unvermeidlichen Dehnung des Tragkörpers unter dem Einfluss der Erwärmung des letzteren voll-
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ständig aus, unabhängig davon, ob das unter Einwirkung eines Temperaturanstiegs des umgebenden Mediums oder unter Einfluss der durch das Widerstandselement entwickelten Wärme geschieht.
Dieser Umstand gewährleistet eine hohe Zeitstabilität des Widerstandes, da eine Änderung des Widerstandswertes des Widerstandselements unter Einfluss mechanischer Einwirkungen des Tragkörpers angeschlossen ist. Das Vorhandensein des Abstandes zwischen dem Widerstandselement und dem Tragkörper gewährleistet ausserdem eine Zirkulation des flüssigen Dielektrikums um die gesamte Oberfläche des Widerstandselements in Gegensatz zu den Widerständen mit Widerstandselementen, die in Form einer dicht auf den unterteilten Tragkörper aufgewickelten Wicklung aus hochohmigem Draht ausgeführt werden. Dadurch wird die Kühloberfläche des Widerstandselements vergrö- ssert.
Die Zirkulation des flüssigen Dielektrikums, wobei als solches eine dünnflüssige perfluororganische Verbindung verwendet wird, im Abstand zwischen dem Widerstandselement und dem Tragkörper gewährleistet eine Vergrösserung der Streuleistung des Widerstandselements infolge dessen intensiver Kühlung. Die flüssigen perfluororganischen Verbindungen besitzen neben hohen wärme-physikalischen Kenndaten auch hohe elektrotechnische Kennwerte, wodurch dem Widerstand in Verbindung mit dessen konstruktiver Lösung hohe Hauptdaten gleichzeitig verliehen werden. Die flüssigen perfluororganischen Verbindungen sind aggressiv gegenüber vielen Isolierstoffen, weshalb der unterteilte Tragkörper aus einem in bezug auf die flüssigen fluororganischen Verbindungen chemisch beständigen Werkstoff ausgeführt ist.
Es ist zweckmässig, dass als flüssige fluororganische Verbindung ein Gemisch von Perfluorn-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran verwendet wird.
Es ist desgleichen zweckmässig, dass als flüssige perfluororganische Verbindung PerfluorDi-n-butyläther verwendet wird.
Die Verwendung des Gemisches von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpy- ran oder des Perfluor-Di-n-butyläthers als dünnflüssige perfluororganische Verbindungen, gewährleistet eine ausgezeichnete Kühlung des Widerstandselements, wodurch die Leistung des Widerstandes erhöht wird. Dabei haben die vorliegenden perfluororganischen Verbindungen Siedetemperaturen, die den Bereich der Betriebstemperaturen des Widerstandes bedeutend überschreiten. Demzufolge kann beim Betrieb des Widerstandes keine grosse Druckerhöhung im Inneren des Gehäuses entstehen. Das ermöglilcht die Verwendung eines dünnwandigen Gehäuses, wodurch das Gewicht des Widerstandes und dessen Abmessungen vermindert und gleichzeitig die Abfuhr der vom Widerstandselement entwickelten Wärme in das umgebende Medium verbessert wird.
Das Gemisch von Perfluor-n-ButylTetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran sowie der Perfluor-Di-n-butyläther besitzen sehr hohe Isoliereigenschaften, die eine hohe Isolationsgüte des Widerstandselements gewährleisten. Demzufolge weist der Widerstand eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit auf. Ausserdem besitzen diese perfluororganischen Verbindungen einen geringen dielektrischen Verlustfaktor (tan a) bis zu Frequenzen in der Grössenordnung von 100 MHz. Infolgedessen hat der Widerstand hohe Frequenzkennwerte.
Es ist zweckmässig, dass als Werkstoff für den unterteilten Tragkörper Poly- (2, 6-dimethylphe- nylenoxyd) verwendet wird.
Es ist desgleichen zweckmässig, dass als Werkstoff für den unterteilten Tragkörper Polyformaldehyd verwendet wird.
Es ist zweckmässig, dass als Werkstoff für den unterteilten Tragkörper Celsiankeramik verwendet wird.
Die Kunststoffe Poly- (2, 6-dimethylphenylenoxyd) und Polyformaldehyd sowie die Celsiankeramik besitzen neben sehr hohen dielektrischen Kenndaten noch eine sehr wichtige Eigenschaft. Sie unterliegen absolut keiner chemischen Einwirkung seitens der flüssigen fluororganischen Verbindungen und insbesondere seitens des in bezug auf Nichtmetalle besonders chemisch aktiven Gemisches von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran sowie des Perfluor-Di-n-butyl- äthers.
Infolgedessen steigert der aus den genannten Werkstoffen gefertigte unterteilte Tragkörper die Zeitstabilität des Widerstandes.
Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, dass im Verfahren zur Herstellung des leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstandes für Wechselstrom, das die Aufwicklung des als Wider-
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standselement dienenden hochohmigen isolierten Drahtes auf den unterteilten Tragkörper, den Einsatz des Tragkörpers in das Gehäuse und das Ausfüllen des letzteren mit flüssigem Dielektrikum umfasst, erfindungsgemäss der unterteilte Tragkörper vor der Aufwicklung mit einer Schicht Sublimierstoff überzogen wird, den man nach der Aufwicklung durch Vakuumbehandlung entfernt, wodurch zwischen dem unterteilten Tragkörper und dem Widerstandselement ein Abstand entsteht.
Wie schon oben gezeigt wurde, hat das Vorhandensein eines Abstandes zwischen dem unterteilten Tragkörper und dem auf diesem angebrachten Widerstandselement eine prinzipielle Bedeutung für den Aufbau des Widerstandes. Die Herstellung des Widerstandes mit einem Abstand zwischen dem unterteilten Tragkörper und dem Widerstandselement, das in Form einer Wicklung aus einem Draht mit dem Durchmesser in der Grössenordnung von einigen Hundertstel mm ausgeführt wird, ist nur möglich durch das Auftragen einer harten Schicht irgendeines Stoffes auf den unterteilten Tragkörper, die nach der Aufwicklung des Widerstandselements entfernt wird. Dabei darf das Mittel zur Entfernung dieser harten Schicht keine mechanischen und chemischen Einwirkungen auf den Draht der Widerstandselemente ausüben.
Nur dieses erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Herstellung des Widerstandes mit einem Abstand zwischen dem unterteilten Tragkörper und dem Widerstandselement unter Berücksichtigung der genannten Anforderungen.
Es ist zweckmässig, dass als Sublimierstoff eine schnellhärtende Lösung von Dimethylterephthalat in Xylol mit Zusatz von Benzophenon bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%) :
Dimethylterephthalat 8 bis 12
Benzophenon 0, 8 bis 1, 2
Xylol Rest verwendet wird.
Es ist zweckmässig, dass als Sublimierstoff eine schnellhärtende Lösung von Anthracen in Xylol bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%) :
Anthracen 3 bis 6
Xylol Rest verwendet wird.
Diese Stoffe mit den angegebenen Verhältnissen der Komponenten bilden beim Auftragen auf den unterteilten Tragkörper schnellhärtende feinkörnige Überzüge, die eine gute Adhäsion in bezug auf den Tragkörperwerkstoff aufweisen und mechanisch fest sind. Unter normalen Bedingungen (atmosphärischer Druck und Raumtemperatur) können diese Überzüge praktisch beliebig lange haltbar sein. Bei Vakuumbehandlung verflüchtigen sich die Überzüge aus diesen Stoffen schnell und restlos.
Die angegebenen Grenzen der Komponentenverhältnisse dieser schnellhärtenden Lösungen sind aus folgenden experimental bestätigten Erwägungen gewählt : bei einem Gehalt in der Lösung von weniger als 8 Gew.-% Dimethylterephthalat und weniger als 0,8 Gew.-% Benzophenon sowie bei einem Gehalt in der Lösung von weniger als 8 Gew.-% Anthracen werden die Lösungen zu dünn.
Deshalb ist zum Erhalten einer harten Schicht des Sublimierstoffes mit der erforderlichen Stärke auf der Oberfläche des unterteilten Tragkörpers für das Widerstandselement ein mehrfaches Auftragen dieser Lösungen erforderlich, wodurch der Zeitaufwand zum Erhalten dieser harten Schicht wesentlich erhöht wird ; bei einem Gehalt in der Lösung von mehr als 12 Gew.-% Dimethylterephthalat und mehr als 1,2 Gew.-% Benzophenon sowie beim Gehalt in der Lösung von mehr als 16 Gew.-% Anthracen steigt die Korngrösse der harten, sich aus diesen Lösungen bildenden Schicht des Sublimierstoffes an.
Diese Erscheinung ist unerwünscht, da bei der Aufwicklung des Drahtes des Widerstandselements, der einen Durchmesser in der Grössenordnung von einigen Hundertstel mm hat, auf diese Schicht eine Beschädigung des Drahtes vorkommen kann.
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Im folgenden wird die Erfindung durch eine ausführliche Beschreibung deren angeführten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. l einen erfindungsgemässen leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom, einen Längs-
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standselement, eine Draufsicht ; Fig. 5 den Auftragsvorgang der Sublimierstoffschicht auf den unterteilten Tragkörper.
Der leistungsfähige Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom enthält ein Metallgehäuse - l- (Fig. l), der aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Kupfer, gefertigt ist.
Das Gehäuse-l-ist mit einem dünnflüssigen Dielektrikum --2-- ausgefüllt, wobei als solches eine perfluororganische Verbindung verwendet wird, die die hohen dielektrischen Kenndaten besitzt. Im Inneren des Gehäuses-l-ist der unterteilte Tragkörper --3-- untergebracht, der in Form eines Stabes --4-- mit den Rippen --5-- ausgeführt ist. Der unterteilte Tragkörper --3-- ist aus einem in bezug auf die flüssige perfluororganische Verbindung chemisch beständigen Isolierstoff hergestellt. Auf dem unterteilten Tragkörper --3-- ist das Widerstandselement --6-- angeordnet, das in Form einer in Teilabschnitt --8-- unterteilten Wicklung aus einem isolierten hochohmigen Draht - 7- (Fig. 2) ausgeführt ist.
Zwischen den Teilabschnitten --8-- des Widerstandselements --6-und dem unterteilten Tragkörper-3-, u. zw. seinem Stab --4-- und den Rippen --5--, ist ein Abstand --9-- vorhanden, dessen Breite mindestens um eine Grössenordnung die Grösse der Wärmedehnung des Werkstoffes des unterteilten Tragkörpers --3-- überschreitet. Der Abstand --9-- schliesst die mechanischen Einwirkungen des unterteilten Tragkörpers --3-- bei dessen unvermeidlicher Wärmedehnung im Betrieb auf den Draht --7-- des Widerstandselements --6-- aus, wodurch die Zeitstabilität des Widerstandes erhöht wird.
Das Vorhandensein des Abstandes --9-- gewährleistet die freie Zirkulation des als Kühlmedium dienenden flüssigen Dielektrikums --2-- (Fig. 1) zwischen dem unterteilten Tragkörper --3-- und dem Widerstandselement --6--. Dabei wird die Grösse der gekühlten Oberfläche des Widerstandselements im Vergleich mit den Widerständen, in denen der Draht des Widerstandselements dicht auf den unterteilten Tragkörper aufgewickelt ist, etwa um das 3fache bei sonstigen gleichen Bedingungen vergrössert.
Zwecks Herabsetzung der Beaktanz des Widerstandselements --6-- hat jeder Teilabschnitt --8- (Fig. 2) desselben eine nacheinanderfolgend abwechselnde Aufwicklungsrichtung in den Lagen des Drahtes --7--, und in den nebenliegenen Teilabschnitten --8-- sind die Lagen mit entgegengesetzter Aufwicklungsrichtung versetzt angeordnet. Zur Änderung der Aufwicklungsrichtung des Drahtes --7-- bei dessen Übergang aus einer Lage in die andere im Inneren der Teilabschnitte - der Wicklung dienen Vorsprünge-10- (Fig. 3), die durch die Einschnitte --11-- in den Rippen --5-- des unterteilten Tragkörpers --3-- ausgebildet sind.
Zum Übergang des Drahtes --7-aus einem Teilabschnitt --8-- in den andern dient der sämtliche Rippen --5-- des unterteilten Tragkörpers-3-überquerende Einschnitt-12- (Fig. 4). Der unterteilte Tragkörper-3- (Fig. l) mit dem auf ihm angebrachten Widerstandselement --6-- ist in Gehäuse-l-mit Hilfe der Ableitungen --13-- des Widerstandselements --6-- befestigt, die durch die in den Seitenwänden --15-- des Gehäuses --1-- eingesetzten Durchgangsisolatoren --14-- verlaufen. Die Durchgangsisolatoren --14-sind aus einem in bezug auf die perfluororganische Verbindung chemisch beständigen Werkstoff, z. B.
Celsiankeramik oder Glas, hergestellt.
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Dielektrikum --2-- ausgefüllt, wobei als solches eine flüssige perfluororganische Verbindung mit hohen dielektrischen und wärmephysikalischen Kenndaten verwendet wird. Besonders zweckmässig
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dielektrische und wärmephysikalische Kenndaten besitzt. Die elektrische Festigkeit dieses Gemisches erreicht 250 kV/cm und der Volumenwiderstand liegt bei 10" Ohm/cm3. Das garantiert eine hohe Isolationsgüte des Widerstandselements-7--, d. h. es wird eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit des Widerstandes gewährleistet. Dieses Gemisch hat einen sehr niedrigen dielektrischen Verlustfaktor (tan a = 2 x 10,. bei Frequenzen bis 300 MHz), wodurch dem Widerstand hohe Frequenzkenndaten verliehen werden.
Das Gemisch von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-Propyl-
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pyran besitzt bei sehr geringer Viskosität eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was in Verbindung mit der grossen Kühlfläche des Widerstandselements --6-- eine ausgezeichnete Kühlung desselben gewährleistet. Das vorliegende Gemisch liegt im Bereich der Betriebstemperaturen des Widerstandes, der von-60 bis +60 C beträgt, weit entfernt vom Siedepunkt, der +101, 4 C gleich ist.
Demzufolge kann im Inneren des Gehäuses-l-des Widerstandes kein Überdruck entstehen, wodurch seinerseits die Herstellung eines dünnwandigen Gehäuses-l-ermöglicht wird, wodurch das Gewicht des Widerstandes und dessen Abmessungen vermindert und gleichzeitig die Wärmeabfuhr von dem Widerstandselement --6-- in das umgebende Medium verbessert wird.
Das Gemisch ist im Betriebstemperaturbereich desgleichen weit entfernt von der Gefriertemperatur, die-110 C beträgt.
Dieser perfluororganischen Verbindung steht auch eine solche perfluororganische Verbindung, wie Perfluor-Di-n-butyläther, deren Kenndaten nach sehr nahe, die desgleichen erfolgreich im vorliegenden Widerstand verwendet werden kann.
Es ist vollkommen einleuchtend, dass im vorliegenden Widerstand als flüssiges Dielektrikum auch irgendwelche andere perfluororganische Verbindungen verwendet werden können, die ausreichend hohe dielektrische und wärmephysikalische Kenndaten besitzen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass einige perfluororganische Verbindungen, besonders die oben in Betracht gezogenen, eine starke Aggressivität in bezug auf die Mehrzahl der Kunststoffe zeigen, die am häufigsten als Werkstoff für die Tragkörper der Widerstandselemente in den Widerständen verwendet werden. Ein Teil der Kunststoffe löst sich dabei unter Einwirkung dieser Verbindungen auf, und ein anderer Teil schwellt auf.
Bei einer sogar geringsten Lösbarkeit eines solchen Tragkörpers unter Einwirkung der genannten perfluororganischen Verbindungen entstehen wasserstoffenthaltende Verbindungen, wodurch bei hohen Spannungsabfällen am Widerstand Elektrolysevorgänge auftreten können. Demzufolge bildet sich Fluorwasserstoffsäure, die eine Korrosion des Drahtes des Widerstandselements hervorruft, wodurch sich dessen Widerstandswert ändert. Anders gesagt setzt das die Zeitstabilität des Widerstandes herab.
Beim Schwellen des Tragkörpers beginnt er den Draht des Widerstandselements zu beeinflussen, wodurch sich sein Widerstand ändert. Also wird auch beim Schwellen des Tragkörpers die Zeitstabilität des Widerstandes herabgesetzt.
Zur Gewährleistung einer vollständigen Unlösbarkeit oder einer vollständigen Unaufschwellbarkeit des Tragkörpers in den angegebenen fluororganischen Verbindungen müssen für dessen Herstellung solche Kunststoffe verwendet werden, die sich von diesen Verbindungen chemisch maximal unterscheiden. Auf diese Weise wird das unpolare Gemisch von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran oder der Perfluor-Di-n-butyläther neutral in bezug auf Kunststoffe sein, die aus einem polaren Monomeren, das keine niedermolekularen Komponenten enthält, hergestellt sind. Die Anzahl solcher Kunststoffe ist sehr begrenzt, besonders wenn man berücksichtigt, dass sie gleichzeitig hohe dielektrische Eigenschaften aufweisen müssen.
Unter Berücksichtigung der angeführten Erwägungen wird in der Erfindung als Werkstoff für den unterteilten Tragkörper 3-Poly- (2, 6-dimethylphenylenoxyd) verwendet. Ausser dem Poly- (2, 6- - dimethylphenylenoxyd) kann auch Polyformaldehyd erfolgreich verwendet werden. Diese beiden Kunststoffe unterliegen keiner chemischen Einwirkung seitens sämtlicher perfluororganischen Verbindungen, darunter auch der oben angegebenen, und besitzen gleichzeitig hohe dielektrische Eigenschaften. Die Verwendung dieser Werkstoffe erhöht die Zeitstabilität des Widerstandes. Ausser den angeführten Kunststoffen kann als Werkstoff für den unterteilten Tragkörper --3-- auch die Celsiankeramik verwendet werden, die desgleichen den an den Werkstoff des Tragkörpers gestellten Anforderungen genügt.
Das Verfahren zur Herstellung des leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstandes besteht in folgendem : Der unterteilte Tragkörper --3-- (Fig. 5) wird in Halterungen --16-- der Drehvorrichtung befestigt. Der unterteilte Tragkörper --3-- wird in Drehung mit einer Drehzahl von 100 Umdr/min versetzt. Mit Hilfe eines Zerstäubers --17-- wird auf die Oberfläche des Stabes --4-- und der Rippen --5-- des unterteilten Tragkörpers --3-- in mehreren Arbeitsgängen eine Schicht --18-- des Sublimierstoffes aufgetragen.
Die Stärke der Schicht --18-- des Sublimierstoffes ist gleich der Breite
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Nach dem Auftragen der Schicht --18-- (Fig. 5) des Sublimierstoffes auf die Oberfläche des unterteilten Tragkörpers --3-- wird der unterteilte Tragkörper --3-- auf die (in den Zeichnungen
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teilte Tragkörper --3-- mit dem auf ihm aufgewickelten Widerstandselement --6-- wird in eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Vakuumkammer untergebracht und einer Vakuumbehandlung bei einem Druck von höchstens 1 mm Quecksilbersäule und einer Temperatur von 60 C im Laufe von 1 h unterzogen.
Bei diesem Vorgang geschieht eine vollständige Verdampfung der Schicht-18des Sublimierstoffes von der Oberfläche des unterteilten Tragkörpers --3-- und zwischen ihm und dem Widerstandselement --6-- bildet sich der Abstand --9-- aus. Der unterteilte Tragkörper --3-- wird in das Gehäuse-l-des Widerstandes eingesetzt und befestigt, wie das in der Fig. 1 gezeigt ist. Danach wird das Gehäuse-l-des Widerstandes mit dem flüssigen Dielektrikum --2-- ausge- füllt.
Es ist vollständig einleuchtend, dass der Widerstand dieser Bauart nach dem beschriebenen Verfahren bei einer beliebigen Verbindung der oben erwähnten Werkstoffe des unterteilten Tragkörpers --3-- und der flüssigen Dielektriken verwendet werden kann.
Als Beispiel werden die Hauptdaten eines leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstandes für Wechselstrom angeführt, der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Gehäuse des Widerstandes: Werkstoff - Kupfer; Abmessungen - 40 x 70 mm.
Unterteilter Tragkörper : Werkstoff- Poly- (2, 6-dimethylphenylenoxyd) ; Anzahl der Teilabschnitte - 24.
Widerstandselement : Anzahl der Teilabschnitte - 24 ; Windungszahl des Drahtes je Teilabschnitt - 600 ; Draht - isolierter hochohmiger Draht, Durchmesser - 30 pm.
Breite des Abstandes zwischen dem unterteilten Tragkörper und dem Widerstandselement- 0, 2 mm.
Flüssiges Dielektrikum-Gemisch von Perfluor-Di-n-butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-Propylpyran.
Betriebsspannung des Widerstandes 1,2 kV
Leistung des Widerstandes 3 W
Widerstand 500 kOhm
Fehler 0,01%
Temperaturkoeffizient des
Widerstandes 5 x 10- 1
Eine Gegenüberstellung der Hauptkenndaten des angemeldeten leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstandes für Wechselstrom mit den Hauptkenndaten der besten ähnlichen, in verschiedenen Ländern der Welt produzierten Widerstände ist in der Tabelle angeführt.
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des Abstandes --9-- (Fig.2) zwischen dem Widerstandselement --6-- und dem unterteilten Tragkörper --3--.
Als Sublimierstoff wird eine schnellhärtende Lösung von Dimethylterephthalat in Xylol mit Zusatz von Benzophenon bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%) :
Dimethylterephthalat 8 bis 12
Benzophenon 0,8 bis 1,2
Xylol Rest oder eine schnellhärtende Lösung von Anthracen in Xylol bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%) :
Anthracen 3 bis 6
Xylol Rest verwendet.
Die Schicht --18-- (Fig. 5) des Sublimierstoffes, wenn als solcher eine schnellhärtende Lösung von Dimethylterephthalat in Xylol mit Zusatz von Benzophenon verwendet wird, desgleichen wie die Schicht --18-- des Sublimierstoffes, wenn als solcher eine schnellhärtende Lösung von Anthracen in Xylol verwendet wird, besitzt in den angegebenen Grenzen der Komponentenverhältnisse nach dem Austrocknen eine feinkörnige Struktur, eine gute Adhäsion gegenüber dem Tragkörperwerkstoff und eine hohe mechanische Festigkeit.
Die genannten Grenzen der Komponentenverhältnisse dieser schnelltrocknenden Lösungen sind aus folgenden experimental bestätigten Erwägungen gewählt :
Bei einem Gehalt in der Lösung von weniger als 8 Gew.-% Dimethylterephthalat und weniger als 0,8 Gew.-% Benzophenon sowie bei einem Gehalt in der Lösung von weniger als 8 Gew.-% Anthra- cen werden die Lösungen zu dünn. Deshalb ist zum Erhalten einer harten Schicht des Sublimierstoffes mit der erforderlichen Stärke auf der Oberfläche des unterteilten Tragkörpers für das Widerstandselement ein mehrfaches Auftragen dieser Lösungen erforderlich, wodurch der Zeitaufwand für das Erhalten dieser harten Schicht wesentlich erhöht wird.
Bei einem Gehalt in der Lösung von mehr als 12 Gew.-% Dimethylterephthalat und mehr als 1,2 Gew.-% Benzophenon sowie beim Gehalt in der Lösung von mehr als 16 Gew.-% Anthracen steigt die Kerngrösse der harten, sich aus diesen Stoffen ausbildenden Schicht des Sublimierstoffes steil an. Diese Erscheinung ist unerwünscht, da bei der Aufwicklung des Drahtes des Widerstandsele- ments, der einen Durchmesser in der Grössenordnung von einigen Hundertstel mm hat, auf diese Schicht eine Beschädigung des Drahtes vorkommen kann.
Die Schicht --18-- des Sublimierstoffes wird optimale Eigenschaften dann aufweisen, wenn als solcher die schnellhärtende Lösung vom Dimethylterephthalat in Xylol mit Zusatz von Benzophenon bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%) :
Dimethylterephthalat 10
Benzophenon 1,0
Xylol Rest oder die schnellhärtende Lösung von Anthracen in Xylol bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%)
Anthracen 14
Xylol Rest verwendet wird.
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Tabelle
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<tb>
<tb> Land <SEP> Firma <SEP> Typ <SEP> Widerstandswert <SEP> Streuungsleistung <SEP> Betriebsspannung <SEP> Fehler <SEP> Betriebsfrequenz <SEP> Zeitstabilität <SEP> Widerstands- <SEP> Anmerkungen
<tb> R <SEP> P <SEP> max <SEP> % <SEP> oder <SEP> % <SEP> koeffizient
<tb> Zeitkonstante <SEP> T <SEP>
<tb> U.d.S.S.R. <SEP> Erfindungsgemässer <SEP> 300 <SEP> bis <SEP> 3 <SEP> W <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> kV <SEP> 0, <SEP> 01% <SEP> 100 <SEP> kHz <SEP> 0, <SEP> 001% <SEP> in <SEP> 0, <SEP> 6x <SEP> 10-7 <SEP> Präzisions- <SEP>
<tb> Widerstand <SEP> 500 <SEP> k0hm <SEP> 100 <SEP> h <SEP> bei <SEP> I/ C <SEP> Drahtwider- <SEP>
<tb> P <SEP> max <SEP> stand <SEP>
<tb> 0,3 <SEP> W
<tb> U. <SEP> S. <SEP> A. <SEP> Allen <SEP> Bradley <SEP> FN130 <SEP> 1 <SEP> k0hn <SEP> 25 <SEP> mW <SEP> 20 <SEP> V <SEP> ¯0 <SEP> 01 <SEP> γ
< 100 <SEP> ms <SEP> - <SEP> ¯25 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> Precision
<tb> bis <SEP> I/ C <SEP> thin <SEP> film
<tb> 2 <SEP> HOhm <SEP> Resistor
<tb> Networks
<tb> U. <SEP> S. <SEP> A. <SEP> Vishay <SEP> SI06C <SEP> 120 <SEP> Ohm <SEP> 1 <SEP> M <SEP> 500 <SEP> V <SEP> ¯0,005 <SEP> - <SEP> 0,03% <SEP> in <SEP> ¯ <SEP> 1 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> Vishay
<tb> Resistive <SEP> bis <SEP> bis <SEP> 1 <SEP> 2000 <SEP> h <SEP> bei <SEP> I/ C <SEP> precision
<tb> system <SEP> group <SEP> 600 <SEP> Ohm <SEP> p <SEP> max <SEP> - <SEP> resister
<tb> 0,3 <SEP> W
<tb> Grossbritannien <SEP> Muirhead <SEP> B8408 <SEP> 1 <SEP> k0hm <SEP> 1,5 <SEP> W <SEP> 1,2 <SEP> kV <SEP> ¯ <SEP> 0,01 <SEP> γ
=150ns <SEP> - <SEP> ¯ <SEP> 5 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> Precision
<tb> RB40C <SEP> bis <SEP> I/ C <SEP> wire-wound
<tb> 3 <SEP> MOhm <SEP> resistors
<tb> Grossbritannien <SEP> Dubilier <SEP> WW-2 <SEP> 1 <SEP> Ohn <SEP> 2 <SEP> W <SEP> 2000 <SEP> V <SEP> ¯0,25 <SEP> - <SEP> - <SEP> ¯22 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> precision
<tb> bis <SEP> I/ C <SEP> wire-wound
<tb> 5 <SEP> MOhn <SEP> resistors
<tb> Schweiz <SEP> Tettex <SEP> 7140 <SEP> 100 <SEP> k0hm <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> W <SEP> 1000 <SEP> V <SEP> ¯0, <SEP> 25 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> Single
<tb> bis <SEP> I/ C <SEP> Precision-
<tb> 500 <SEP> kOhn <SEP> Resistance
<tb>
<Desc/Clms Page number 10>
Tabelle (Fortsetzung)
EMI10.1
<tb>
<tb> Land <SEP> Firma <SEP> Typ <SEP> Widerstandswert <SEP> Streuungsleistung <SEP> Betriebsspannung <SEP> Fehler <SEP> Betriebsfrequenz <SEP> Zeitstabilität <SEP> Widerstands-Anmerkungen <SEP>
<tb> R <SEP> P <SEP> max <SEP> % <SEP> oder <SEP> % <SEP> koeffizient
<tb> Zeitkonstante <SEP> T
<tb> Niederlande <SEP> Philips <SEP> E192 <SEP> 1 <SEP> Oh <SEP> 1,8 <SEP> W <SEP> - <SEP> ¯0,25 <SEP> - <SEP> - <SEP> 20 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> Precision
<tb> series <SEP> bis <SEP> I/ C <SEP> wire-wound
<tb> 57 <SEP> k0hm <SEP> Resistors
<tb> BRD <SEP> Deutsche <SEP> CED <SEP> 10 <SEP> Ohm <SEP> 0,
<SEP> 5 <SEP> W <SEP> 350 <SEP> ¯1 <SEP> - <SEP> - <SEP> 300x10-4 <SEP> Vitrohn
<tb> Vitrohm <SEP> I/ C <SEP> metal <SEP> film <SEP>
<tb> GmbH <SEP> & <SEP> Co <SEP> KG <SEP> resistors
<tb> Japan <SEP> Koa-Denko <SEP> Ultra <SEP> 500 <SEP> k0hm <SEP> 3 <SEP> W <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -2,5 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> Lowtenper.
<tb> series <SEP> max <SEP> I/ C <SEP> coefficient
<tb> resistors
<tb> Frankreich <SEP> Sfernice <SEP> RFP-100 <SEP> 50 <SEP> Ohm <SEP> 1 <SEP> W <SEP> - <SEP> ¯0,
1 <SEP> - <SEP> - <SEP> ¯ <SEP> 20 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> Resistances
<tb> bis <SEP> I/ C <SEP> fixes <SEP> bobi- <SEP>
<tb> 5 <SEP> MOhm <SEP> nees <SEP> de
<tb> précision
<tb> Rumänien <SEP> Electronum <SEP> RBC1003 <SEP> 1 <SEP> Ohm <SEP> 3 <SEP> W <SEP> - <SEP> ¯5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 200 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> Wire-wound
<tb> bis <SEP> bis <SEP> I/ C <SEP> cemented
<tb> RBC1008 <SEP> 39 <SEP> kOhm <SEP> resistors
<tb>