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Explosionssicherer umhüllter elektrischer Widerstand Die Erfindung
betrifft einen elektrischen Schicht-oder Massenwiderstand, der mit einer explosionssicheren
formbeständigen Umhüllung versehen ist.
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Umhüllte elektrische Widerstände sind bereits bekannt. Diese Umhüllungen
haben die Aufgabe, den Widerstandskörper vor Gasen, Feuchtigkeit, Berührung und
anderen Einflüssen zu schützen, denn es hat sich gezeigt, daß der Widerstandswert
bei einer fehlenden Umhüllung in manchen Fällen nicht konstant bleibt, sondern sich
durch Veränderung der Widerstandsschicht, beispielsweise durch Oxydation oder Reduktion,
unkonstant verhält. Die Umhüllung dient zur Vermeidung dieser unerwünschten Eigenschaften.
Die Umhüllung kann außerdem zur spannungsfesten elektrischen Isolierung dienen.
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Diese Forderungen erfüllen bekannte Umhüllungen für elektrische Widerstände,
die z. B. aus einer zähen Bitumenschicht oder aus einer oder mehreren nicht porösen
Kunststoffschichen oder aus einem porösen anorganischen und mit ausgehärtetem Lack
getränkten überzog oder schließlich aus einer mit Füllstoffen versehenen Phenolharzumpressung
bestehen.
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Nun ergab sich, daß derartige Umhüllungen wie ein. kompakter Schutzmantel
wirken und daß sich bei Überlastung des Widerstandes oder bei Stoßlast in der eigentlichen
Widerstandsschicht, beispielsweise durch Gasbildung oder durch Ausdehnung, ein unzulässig
hoher Druck ausbildet. Hat dieser Druck einen bestimmten Wert erreicht, dann zerplatzen
solche Widerstandskörper explosionsartig. Bei Einbau dieser Widerstandskörper in
Schaltungen können durch dieses explosionsartige Zerplatzen und das Fortschleudern
einzelner Widerstandsteile mechanische Zerstörung des Gerätes, Brand oder auch gefährliche
Kontakte in benachbarten Schaltungsteilen entstehen. Es können auch andere Teile
(z. B. Fernsehröhren) beschädigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schicht- oder Massewiderstand
zu schaffen, der mit einer formbeständigen Umhüllung versehen ist, die sowohl zur
elektrischen Isolation als auch zum Schutz der Widerstandsschicht oder des Massewiderstandes
gegen Gase, Feuchtigkeit und mechanische Beanspruchung dient und wobei die Umhüllung
explosionssicher ist, d. h. daß bei übermäßiger Erwärmung des Widerstandes und daraus
resultierendem überhöhtem Druck ein Aufsprengen der Umhüllung oder ein explosionsartiges
Zerstören des Widerstandes nicht eintreten kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß umhüllte elektrische Widerstandskörper erfindungsgemäß mit einer solchen Umhüllung
versehen werden, die sich bei erhöhtem Innendruck nur an durch Formgebung oder Aufbau
gegebenen Stellen unter Druckausgleich irreversibel öffnet.
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Eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Umhüllung besteht darin, daß
die Schutzschicht ungleichmäßig dick auf dem Widerstandskörper ausgebildet ist.
So weist z. B. die Schutzschicht an manchen Stellen mechanisch schwache Stellen,
wie Kerben od. dgl., auf, die sich schon bei geringerem Druck, also bevor die starken
Stellen aufplatzen, öffnen. Auf diese Weise wird das Fortschleudern von Einzelstücken
der Umhüllung verhindert.
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Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung besteht darin,
daß die Umhüllung aus einer wachsgetränkten porösen Schicht gebildet wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Umhüllung aus wenigstens zwei
Schichten, nämlich wenigstens einer dünnen feuchtigkeitsundurchlässigen, gasdichten
Lackschicht und einer porösen bzw. gasdurchlässigen Schicht besteht. Hierbei kann
die feuchtigkeitsundurchlässige, gasdichte Lackschicht bei hohem Innendruck an Poren
oder Gasturchtrittsstellen der porösen bzw. gasdurchlässigen Schicht aufreißen oder
sich bei hohen Temperaturen ohne Bildung von entzündbaren Gasen, z. B. durch Verkohlung,
langsam auflösen. Die dünne Lackschicht einer derartigen Umhüllung besteht vorzugsweise
aus Alkydharz oder Silikonkautschuk, während die poröse bzw. gasdurchlässige Schicht
der Umhüllung aus einem gegebenenfalls mit Füllstoffen versehenen Phenolharz besteht.
Die dünne feuchtigkeitsundurchlässige, gasdichte Schicht der Umhüllung kann sich
sowohl unterhalb der porösen bzw. gasdurchlässigen Schicht befinden, sie kann aber
auch oberhalb der porösen Schicht angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, zwei
dünne feuchtigkeitsundurchlässige, gasdichte Schichten anzuordnen,
wobei
die eine :unterhalb und die andere oberhalb der porösen, gasdurchlässigen Schicht
angeordnet ist. Dies ist dann von Vorteil, wenn das Widerstandsmaterial während
des Anbringens der Umhüllung keinen schädigenden Einflüssen ausgesetzt sein soll,
so daß es zunächst mit einer dünnen Schicht überzogen wird, und wenn weiterhin die
Umhüllung auch durch Einflüsse der Atmosphäre, z. B. Kondensation von Wasser und
Einfrieren desselben, nicht geschädigt werden darf, so daß über diese poröse Schicht
eine weitere dünne feuchtigkeitsundurchlässige Schicht anzuordnen ist.
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# -Es ist auch möglich, einen explosionssicheren elektrischen Widerstand
nach der Erfindung zusammen mit anderen elektrischen Bauelementen innerhalb der
den Widerstand umgebenden Umhüllung anzuwenden.
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In Betriebszustand erfüllen alle diese Umhüllungen die an solche Schutzschichten
gestellten Anforderungen hinsichtlich Isolation und Feuchtigkeitsschutz sehr gut.
Treten bei Überlastung größere innere Drücke auf, dann zerreißt die dünne feuchtigkeitsundurchlässige
und gasdichte Schicht nur an den Gasaustrittsstellen und schafft einen frühzeitigen
Druckausgleich, ohne daß der gesamte Widerstandskörper explosionsartig auseinanderfällt.
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Gleiches gilt für langsam veraschende Isolierhüllen, die auf den Widerstandskörper
aufgetragen sind und die in Verbindung mit der porösen, gasdurchlässigen Schicht
bestehen.
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Als Isoliermaterial eignet sich eine Phenolharzmasse mit hohem Füllgrad
von Gesteinsmehl, z. B. Calciumcarbonat, die mit einem niedrigsiedenden Lösungsmittelgemisch
verdünnt. ist. Bei dieser Isoliermasse bewirkt der hohe Füllgrad die gewünschte
Porosität und gewährleistet außerdem eine gute Temperaturfestigkeit, eine geringe
Schrumpfung und Formbeständigkeit. Die Korngröße des Gesteinsmehls bestimmt dann
in gewissen Grenzen diese Eigenschaften. Auch das Mischungsverhältnis Kunstharz
zu Füllstoff richtet sich nach dem gewünschten Zweck.
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Die Eigenschaften eines solchen Lösungsmittelgemisches bestehen darin,
daß die Füllstoffkörner mit dem in geringer Konzentration enthaltenden Kunstharz
benetzt werden. Nach dem Umhüllen verdampft das Lösungsmittel infolge des hohen
Dampfdrucks bei Zimmertemperatur schon derartig, daß sich eine dünne poröse Haut
von angetrockneter Schicht um das Massematerial bildet. Dabei wird einerseits die
geometrische Form des umhüllten Widerstandes gewahrt, und andererseits wird das
weitere Verdampfen aus dem Inneren der Masse nicht verhindert. Infolge des hohen
Füllgrades, der Körnigkeit des Füllstoffes und der geringen Konzentration des Harzes
im Lösungsmittel hinterläßt das verdampfende Lösungsmittel zwischen den durch die
dünne Harzschicht miteinander verklebten Füllstoffkernen kleine Zwischenzäume. Durch
diese Hohlräume kann beim Trocknungs- und Einbrennvorgang das Lösungsmittel auch
aus den untersten Schichten entweichen.
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Eine solche Umhüllung hat die Eigenschaft, daß sie bei Überlastung
des Widerstandes explosionslos verascht. Die Hohlräume gewähren dabei einen Ausgleich
des bei Überhitzung entstehenden Gasüberdruckes. Dieser Druckausgleich vollzieht
sich auch noch durch eine gegebenenfalls über die Isoliermasse gelegte dünne Schutzlackschicht,
die jedoch andererseits das Eindifundieren unerwünschter Atmosphärihen, z. B. zeitweiser
hoher relativer Luftfeuchtigkeit, Bark verzögert. Als solche Schutzlackschicht eignet
sich besonders ein Alkydharzschutzlack.
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Um die beim Aufbringen der Isoliermasse eventuell auftretenden Widerstandsänderungen
zu verhindern, ist es in weiterer Ausbildung der Erfindung vorteilhaft, die Widerstandsschicht
vor dem Aufbringen der Isoliermasse mit einer dünnen, gut ausgehärteten Schutzlackschicht,
z. B. aus Durophenlack oder Silikonlack, zu überziehen. In der kurzen Zeit vom Aufbringen
der Isoliermasse bis zum Verdampfen des Lösungsmittels verhindert diese Schutzlackschicht
praktisch das Eindringen des Lösungsmittels in die Widerstandsschicht.
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Da die oben angegebene Isoliermasse wegen des geringen Harzanteils
vor der Trocknung im wesentlichen eine Aufschwemmung von Gesteinsmehl in einem sehr
dünnflüssigen Lösungsmittel darstellt und nur eine sehr geringe Zähigkeit besitzt,
ist das Auftragen einer solchen Isoliermasse auf den Widerstandskörper nicht ohne
weiteres gut durchführbar. Aus diesem Grund ist in Ausführung der Erfindung vorgesehen,
folgendes näher beschriebene Verfahren zum Auftragen dieser Isoherstoffmassen anzuwenden:
Die Isolierstoffmasse wird nach diesem Verfahren auf den zu umhüllenden, mit beispielsweise
Silikonlack vorlackierten Widerstand aufgetropft oder im Überschuß aufgegossen.
Dabei rotiert der Widerstand um seine Längsachse. Dadurch ist es möglich, daß die
Masse aus einem geschlossenen Behälter aufgetragen werden kann, wobei lediglich
beim Auftropfen oder -gießen ein Bodenventil des Behälters geöffnet wird, so daß
keine Verdunstung und Viskositätsänderung eintritt, und bei der Herstellung immer
gleiche Verhältnisse hinsichtlich der Dicke der aufzutragenden Schicht vorhanden
sind. Ein Rührer verhindert das Sedimentieren des Isolierstoffes im Behälter. Die
Dosierung kann entweder durch Bemessung der Tropfenzahl oder durch Steuerung des
Lösungsmittelanteiles bemessen werden. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, die
Auftragung in mehreren Arbeitsgängen unter Zwischentrocknung vorzunehmen. Die Rotation
des Widerstandskörpers muß nach dem Aufdampfen der Masse so lange fortgesetzt werden,
bis sich durch das rasche Verdampfen die bereits beschriebene dampfdurchlässige
Haut gebildet hat, die eine Verformung der aufgebrachten Isoliermasse verhindert.
Durch zusätzliche Belüftung kann die Vortrockenzeit verkürzt werden. Nach Verdampfung
der Lösungsmittels wird die Isoliermasse in bekannter Weise ausgehärtet. Nach Aushärtung
kann schließlich ein dünner Alkydharzschutzlack nach bekannten Lackierverfahren,
z. B. Tauchen, Spritzen, Rollen aufgebracht und eingebrannt werden. Das Verfahren
zur Umhüllung kann auch für mehrere gemeinsam umhüllte Bauteile angewendet werden.
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In der Zeichnung sind einige Beispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. 1 ist ein umhüllter elektrischer Widerstand angegeben, bei
dem die Schutzschicht 1 mit axialen Kerben 2 versehen ist, die die Schutzschichtstärke
an diesen Stellen erheblich herabsetzen. Bei Überlastung platzt die Schutzschicht
an den Stellen dieser Kerben auf, so daß sich der Innendruck ausgleichen kann. Ein
explosionsartiges Zerplatzen des Widerstandskörpers wird auf diese Weise verhindert.
Mit 3 sind die Stromzuführungsleitungen bezeichnet.
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In Fig. 2 ist der Schnitt eines in Fig. 1 dargestellten Widerstandes
angegeben. Um den eigentlichen Widerstandskörper
4 ist die schützende
Umhüllung 1 aufgetragen. Diese Schutzschicht ist an einzelnen Stellen kerbenförmig
(2) in ihrer Stärke vermindert.
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Die Fig. 3 zeigt einen elektrischen Widerstand, der mit zwei Schutzschichten
versehen ist. Auf dem eigentlichen Widerstandskörper 4 ist eine poröse Schutzschicht
5 aufgetragen. Diese poröse Schutzschicht ist außen von einer dünnen Lackschicht
6 umhüllt.
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In Fig. 4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht dargestellt.
Der vorlackierte Widerstandskörper 4 wird in Rotation um seine Längsachse gehalten.
Aus einem geschlossenen Behälter 7, in dem ein mit Füllstoffen und Lösungsmittelgemisch
versetztes Phenolharz 8 durch ein Rührwerk 9 dauernd in Bewegung gehalten wird,
tropft dieses ständig bis zur allseitigen Umhüllung des Widerstandskörpers auf denselben.
Dann wird das Auftropfen unterbrochen und die oberflächliche Trocknung unter Beibehaltung
der Widerstandsrotation durch einen Luftzustrom beschleunigt.