DE1440805A1

DE1440805A1 - Scheibenfoermiger Gleitwiderstand

Info

Publication number: DE1440805A1
Application number: DE19621440805
Authority: DE
Inventors: Place Sen Thomas Maxson
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1961-12-11
Filing date: 1962-12-07
Publication date: 1968-10-31
Also published as: US3200010A; GB976442A

Description

BdheibenfömLger Öleitwiderstand

11, peeember 1961 08 Ser. SO. 158 31?

JJiif JSrfia^ung. betrifft veränderbare Widerstände und ■ Potei*tjLa*«;j&er_? bei denen ein gleitkontakt über eine Wider-

vBioh bewegt. Insbesondere betrifft die Erfindung

dee WideratandeeliMeQ-fces einer deraitxgen An- _; oranun«, lMfbei 44« Erfindung die Störtrecheinungen zu veraU-ndern beatia«tiil».t» welche eioh bei der Bewegung des Q-leitkentaitee auf der !Oberfläche des Wideretandeeleaientes ergeben. Insbesondere betrifft Äle Srfinduag fferätpotentioaeter, bei denen eine voll-βtändige tiidrehung dee SleitkontaJctes um 360° erfolgen soll, die SrfiÄdhuag ißt jedoch auch bei Widerstandselementen anderer

Ss ist bekanntf eine Widerstandsschiaht auf einer isolierenden Unterlage, die aus einer Mischung eines Glasee mit Metall besteht, aufzubringen j derartige Mischungen werden häufig als "Cermef-Materialien bezeichnet. Eine Anzahl derartiger Cermet-Widerstandsschichten und ihre Herstellungsweise sind in den

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amerikanischen Patenten 2 950 995 und 2 950 996 beschrieben.

Bei Drehpotenziometer^ die eine Schicht eines Widerstandsmateriales auf einer Unterlage ausnützen, muß die ringförmige Schicht notwendigerweise eine unterereohung haben. Die Anschlußklemmen sind üblicherweise an die Kanten der iTnterbrechungsstelle der Widerstandsschicht angeschlossen und es können eine oder mehrere !zusätzliche Anschlußklemmen an der Schicht vorgesehen sein. Im allgemeinen dreht sich der Gleitkontakt um einen Winkel» der etwas weniger als 360° ist, wobei Anschläge verhindern, daß der Gleitkontakt die tFnterbrechungsstelle Überschreitet.*.. Bei einer Widerstajidsimordnung, die sich kontinuierlich drehen kann, müßte der Gleitkontakt die nicht stromleitende Unterbrechungsatelle überstreichen und dann ergäbe sieh eine Mehrzahl Btörende Irseheinungen. Wenn die BfcterbreehungssteiXe überschritten *irä_f. so gleitet der Gleitkontakt auf dem Material der Unterlage» die im allgemeinen aus einem hochtemperaturbeständigen gebrannten. Isoliermaterial_t wie Steatit oder Aluminiumoxyd besteht und eine verhältnismäßig rauhe und einen Abrieb bedingende Oberfläche hat. Dadurch ergibt sich eine starke Abnützung des Gleitkontaktes infolge der Berührung mit der Unterlage und die Lebensdauer der Widerstandsanordnung wird dementsprechend vex-ringert.

Die Erfindung bezweckt eine Anordnung^ bsi der der Gleitkontakt eines veränderbaren Widerstandes oder Potentiometers von der Widerstandsschicht auf die nicht stromleitende Schicht über

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eine Anschlußklemme der Widerstandsschicht übergleitet und zurück^ ohne daß dabei eine vergrößerte Reibung zwischen dem Gleiter und dem nicht beweglichen Teil bedingt ist, sodaß ein gleichmäßiger Übergang über eine kontinuierliche Oberfläche erfolgt und der Abrieb und Störgeräusche und andere nachteilige Erscheinungen, die sich sonst bei derartigen Anordnungen ergeben, verringert sind.

Eine erfindungsgemäße Widerstandsvorrichtung hat eine Widerstandsschicht und mindestens eine Endklemme und einen Gleitkontakt , der sich über die durch die Widerstandsschicht gebildete Gleitbahn bewegt, wobei die Widerstandsschicht aus einer keramischen Schicht besteht, die auf einer hitzebeständigen isolierenden Unterlage aufgebracht ist, wobei gemäß der Erfindung die eine Endklemme auf der Unterlage angeordnet ist und die Widerstandsschicht zum mindesten einen Teil der genannten Klemme überdeckt und eine nicht stromleitende keramische Schicht, die auf der Unterlage aufgebrannt werden kann, in der Rahe der Klemme sich befindet und zwar auf derjenigen Seite, welche der Widerstandsschicht abgewendet ist; die genannte nicht stromleitende keramische Schicht hat eine Oberfläche, die kontinuierlich mit der Oberfläche der Widerstandsschicht liegt und gestattet, daß der Gleitkontakt von der Widerstanässehicht auf die isolierende Schicht und über den Endkontakt übergleitet.

Die Erfindung besteht ferner in einem Herste!!verfahren, welches die folgenden Herstellungsschritto vorsieht: es v.-jri eine metallische Paste auf eine isolierende Unter^a^e in einer

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dünnen Schicht aufgebracht, sodaß dadurch eine Anschlußklemme gebildet wird; es wird alsdann die Anordnung auf eine erste Temperatur erhitzt, bei der die Paste sich in eine Metallschicht umwandelt, die auf der Unterlage anhaftet| dana.oh wird eine Mischung aus Cermet-WiderStandsmaterial auf die Unterlage aufgebracht, sodaß ein erster PiIm gebildet wird, wobei der PiIm einen Teil der letallschicht überdeckt und eine Unterbrechung aufweist; es wird eine Mischung aus Cermet-Wider Standsmaterial mit einem hitzebeständigen Oxyd auf den Unterlagekörper in einem ersten PiIm aufgebracht, sodaß die Unterbrechungsstelle in dem erstgenannten PiIm überdeckt wird; die Vorrichtung wird dann auf eine zweite Temperatur erhitzt,-die niedriger als die erstgenannte Temperatur und niedriger als der Schmelzpunkt der metallischen Bestandteile der Mischungen ist und den Schmelzpunkt der Glasbestandteile der Mischung^überschreitet, sodaß eine kontinuierliche Glasur von im wesentlichen ebener Oberfläche gebildet wird.

Eine Erläuterung der beispielsweisen Ausführung der Erfindung erfolgt in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Piguren. ¥on den !Figuren zeigern

Sigur 1 eine isometrische Darstellung des liäsrstandselementee eines HrshpotentiomsterSj wobei an dem festen Potetttiometerteil zwei Snäklemmen und eine Abgriffkle®me vorgesehen

figur 2 eine isometrisch-« ItostellUKg; dsr im figur 1

dargestellten J^or&nung, wobei cter Wi4«^r . standsfilia und äer aicht ©tromlsitfciiä© l*ila

■"--■* aufgebracht ainäj .

3 eine der ligur 2 ähölieiie DarBtellimg ·!««*. anderen Amsfiüiruiigsförm der Erfindtuig·

Die Erläuterung der Erfindung beschreibt das Widerstandselement einea Drehpotentiometers. Die Erfindung ist in ähnlicher Weise auch bei linearen Potentiometern oder anders ausgebildeten Widerständeelementen benutzbar.

Das Widerstandselement besteht aus einer Unterlage 10,'die in Figur 1 die form einer runden Scheibe mit einer mittleren Öffnung hat. Die Unterlage besteht aus einem nicht stromleitenden Material beziehungsweise hat eine nicht stromleitende Oberfläche j zweckmäßigerweise besteht die Unterlage aus hitzebeständigem Material, wie Steatit oder Aluminiumoxyd. In
üblicher Weise wird der Steatitunterlagekörper geformt und gebrannt und oberflächlich geschliffen, sodaß sich eine glatte ebene Oberfläche als !Präger für den Widerstandsfilm ergibt.

Es werden die Anschlußklemmenstreifen 11, 12, 13 aus einem elektrisch leitenden Material auf den Uhterlagekörper 10
aufgebracht. Die die Anschlußklemmen bildenden Streifen können in verschiedener Form aufgebracht werden, zweckmäßigerweise wird eine Metallpaste verwendet, die durch ein Seidensieb auf den Unterlagekörper aufgebracht wird und anschließend gebrannt wird, souaß eine Umwandlung der Paste in einen Metallfilm
erfolgt.

Die Metallpaste kann aus einer Mischung von Metall und

Glaspulver bestehen, die mit einer verdampfungsfähigen
Trägerflüesiglceit, wie lolual, Xylol, Isopropylalkohol oder

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selbst Wasser angesetzt sein kann. Eine geeignete Zusammensetzung kann beispielsweise aus 8,5 Gewichtsprozent Silber, 76,5 Gewichtsprozent Platin und 15,0 Gewichtsprozent Bleiborosilikatglas bestehen. Es. "wird dann der Unterlagekorper mit den aus Paste bestehenden und die Klemmen bildenden Streifen erhitzt, sodaß die Paste sich in eine Metallschicht umwandelt, welche fest an dem Unterlagekörper haftet. Im genannten Pail kann eine Erhitzung für zehn Minuten auf eine Temperatur zwischen 870° C und 950° G stattfinden.

Ein Widerstandsfilm.15 wird auf äen Unterlagekörper 10 so aufgebracht, daß er einen Teil einer jeden aus einem Schichtstreifen bestehenden Anschlußklemme überdeckt und dadurch Eontakt mit derselben bildet. Die Widerstandsschicht 15 hat eine Unterbrechung, welche üblicherweise zwischen den Klemmenstreifen 11, 11 erfolgt, sodaß die Klemmenstreifen elektrischen Anschluß de's Widerstandselementes an einen äußeren Stromkreis ermöglichen. Der Klemmenstreifen 13 bildet einen Abgriff für das Widerstandselement und kann gegebenenfalls auch in Portfall kommenj es können stattdessen auch mehrere derartige streifenförmige Abgriffklemmen vorgesehen sein.

Ein elektrisch nicht leitender Film-16 wird auf die Unterbrechungsstelle zwischen den Enden des aus Widerstandsmaterial bestehenden Filmes 1.5 gebracht. Dieser isolierende Film 16 hat im wesentlichen die gleiche Stärke, wie der Widerstandsfilm 15, sodaß sich eine kontinuierliche glatte ebene Oberfläche auf dem Widerstandselement ergibt. Es kann natürlich auch

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der isolierende Film 16 auf die Unterlage aufgebracht werden, ■ bevor der Widerstandsfilm 15 aufgebracht wird.

Der Widerstandsfilm und der isolierende PiIm können in an sich bekannter Form und Herstellungsweise hergestellt werden. Zweckmäßigerweise werden keramische Materialien verwendet, wie sie in den amerikanischen Patentschriften 2 950 995 und 2 950 996 beschrieben sind. Es kann eine zähe Mischung eines Oermetwiderstandsmateriales auf die Unterlage mittels eines Seidensiebes aufgebracht werden. Es kann dann in der gleichen. Weise eine zähe Mischung Isoliermaterial zwecks Erzeugung des isolierenden Ulmes 16 aufgebracht werden. Die Vorrichtung wird dann, wie in den vorgenannten Patentschriften beschrieben ist, gebrannt und es bildet sich eine glasähnliche, im wesentlichen ebene Oberfläche auf den Mimen«

Der isolierende IPilm kann aus nicht stromleitendem Glas ^; , bestehen, beispielsweise aus der Glassorte A oder der Sorte 1 oder der Sorte 2 der vorgenannten Patente. Zweckmäßigerweise wird der. nicht stromleitende PiIm aus Germetwiderstandsmaterial hergestellt, welches durch Zugabe von wenigen Prozent, im allgemeinen genügen Zugaben von 1 bis 2 Gewichtsprozent, einer anderen Komponente, die verhältnismäßig wenig reaktionsfähig ist und mit den Glaskomponenten beider Pilme nicht reagiert, isolierend gemacht ist, ,Geeignete Zusätze sind hitzebeBtändige Oxyde, beispielsweise Zinnoxyd, Zirkonsilikat, Magnesiumoxyd, Antimonoxyd und gemahlenes und gebranntes Steatit. Dadurch,

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daß der Widerstandsfilm und der isolierend© I?ilm aus Cermetmaterialien, vorzugsweise aus den gleichen Cemetmi seirangen bestehen, ist eine Diffusion aus dem einen S¹Hm in len anderen im wesentlichen verhindert, üatimosoxyd wird als Zusatz bevorzugt, weil sich dadurch eine besonders gute Oberfläche des gebrannten Ulmes ergibt. Ein typisches nicht stromleitendes Germetmaterial kann gewichteprozentmgßlg wie folgt zusammengesetzt sein? Sold 2_?5 Prozent? Platin 1_S67 Prozent §Intimon-1,65 Prozent5 Glas A 94,18 Prozent,

Is ist theoretisch nieht vollständig klar,- woraus ss sich ergibt, daß eine solche geringe Menge eines Zusatzes in einer '. Oermetwiderständsmischung einen 3FiIm ohne Stromleitfäliigkeit erzeugt* Es--wird angenommen» daß die zusätzlichen. Misc&ffigskomponenten als !Füllmasse wirken und die atromleitendon Metallpartikel des Mimes trennen» Eine andere Erklärung besteht darin _$ daß die zusätzlichen Komponenten zim Polge haben, daß die Metallpartik'©! Humpen bilden und dadurch die Stromleitung im Ulm unterdrücken,

Das Widerstandsmaterial wird als ein zähflüssiger «film aufgebracht j äer Seile der die inschlmßkleiämen bildenden Streifen überdeckt ο Ifem auch der lila verhältnismäßig fest ist? so fließt er doch Tor dem Eriiitsen unä wahrest d«s UrMtsens ^ _ und "bildet eine glatte Gkerfiäeke über den Diakoatiniaität©n_? die durch die streifenförmigen IClemmenaiisehlüsse gebildet sind* 5er Widerstandsfilm ist etwas dünner an den-Stellen» wo. er ,auf

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den Widerstandsklemmenstreifen liegt, die Oberfläche des Widerstandselementes ist jedoch eben und es geben sich keine Profilschwankungen für den Gleitkontakt "beim Gleiten auf den filmen. Die Klemmenstreifen sind verhältnismäßig dünn im Vergleich zu dem Widerstandsfilm und dem isolierenden Film. Ein typischer eine Anschlußklemme bildende Streifen ist yon der Stärke von 0,0025 mm, während der Widerstandsfilm und der isolierende film 0,012 bis 0,075 am stark sind. Die Brenntemperatur der Germetfilme muß unterhalb des Schmelzpunktes der streifenförmigen Klemmenanschlüsse liegen, sodaß bei dem nachfolgenden Brennen die Klemmen nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.

Es kann nunmehr das in figur 2 dargestellte Potentiometer zusammengebaut werden. Der Gleitkontakt läuft auf der Oberfläche des aus Widerstandsmaterial beziehungsweise aus nicht stromleitendem Material bestehenden filmes, wobei die Oberfläche glatt und kontinuierlich und eben ist. Es ergeben sich keine Sprungsteilen oder Buckel auf der Oberfläche und der Gleitkontakt gleitet nie über das Material des Unterlagekörpers. Es sind daher die eingangs erwähnten störenden Erscheinujigen vermieden.

Eine weitere Ausführungsform ist in figur 3 gezeigt! bei dieser Ausführungsform werden der Widerstandsfilm 15 und der isolierende film 16 in üblicher Weise auf den ünterlagekörper aufgebracht, nämlich unter Anwendung eines Seidesiebes und verbunden mit Brennen? danach werden die streifenförmigen ' 809806/0758 " - 10 -

Ansehlußklemmen 18 und 19 aufgebracht» Das Verfahren' des Aufbringens der Filme und der Streifen ist dasselbe, wie eingangs erörtert wurde» Eine Anordnung gemäß Figur 3 kann insbesondere dann Anwendung finden, wenn die Filme verhältnismäßig diel: im Vergleich zu den die Anschl-ußklemmen bildenden Streifen sind j sodaß die geringe Diskontinuität, die durch die streifenförmigen Kiemmenanschlüsse bedingt ist, sich nicht nachteilig auswirkt. Es ist auch hier wünschenswert, daß die streifenförmigen Anschlußklemmen an den Stellen aufgebracht werden, wo der aus Widerstandsmaterial bestehende Film und.der aus isolierendem Material bestehende.Film aneinander stoßen. Die Brenntemperatur, die zur Erzeugung der die Anschlußklemmen bildenden Streifen angewendet wird, muß in diesem Fall natürlich unterhalb der Brenntemperatur liegen,' bei der ein Schmelzen der Filme stattfinden würde, sodaß die zuvor gebildeten Filme nicht beeinträchtigt werden.

Patentansprüche 8

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Claims

Patentansprüche · ι ^ «■

1. ffleitwiderstand, dessen τοη dem Gleitkontakt überstrichene Schicht mindestens eine Anschlußklemme aufweist und aus einer keramischen Schicht besteht, die auf einem hitzebeständigen isolierenden Unterlagekörper aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Unterlagekörper die Anschlußklemme (N) aufgebracht ist (sind) und die aus Widerstandsmaterial bestehende Schicht zum mindesten teilweise die Klemme (N) überdeckt und daß eine aus nicht stromleitendem Material bestehende keramische Schicht, die.auf dem Unterlagekörper aufgebrannt werden kann, vorgesehen ist in der Nähe der Klemme und an der Seite der Klemme, τοη welcher die Widerstandsschicht nicht ausgeht, und daß die nicht stromleitende keramische Schicht eine Oberfläche hat, die kontinuierlich mit der Oberfläche der Widerstandsschicht verläuft.

2. Widerstand nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die nicht stromleitende Schicht ein Glas enthält.

3. Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht stromleitende Schicht einen geringen Anteil an Metallen und einen die Isolierfähigkeit bewirkenden Zusatz enthält.

4. Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet» daß der Zusatz ein wärmebeständiges Oxyd ist.

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5* Widerstand nach Anspruch 3, dsduroil gekennzeichnet, daß der Zusatz aus einer geringen Menge Antimonoxyd besteht*

6. Widerstand nach Anspruch 5* dadureh gekennzeichnet, daß der Zusatz aus gebranntem Steatit feesteht. .

7» Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß die • Anschlußklemmen im.wesentlichen aus einem Metall bestellen, welehes mit einer geringen Menge glasähnlichen Materiales gemischt ist, sodaß eine Terschmel^ung der Giasur ntit dem Material des Uhterlagekörpers statt£in<iet. . . ; ^; /

8. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekenil2eichiiet_f daß ■ zwei tasehlußklsmmen in relaiiir nahem iübstaad ^oneisaüaer an d©n foeiden Wxüßn einer·WiderstandasOhiGht ängecrähet sind und die Widerstandsaschicht deja^riöBteii feil eines Ireises ütoerdeekt, wobei die^^ Unterlsre^^^ehuagssteile swischea den Enden der Widerstandsschicht mit nicht stromleitendem keramischen Material ausgeflillt ist, welehes im wesentlichen homogen mit der Widerstandsschicht sich Yerbindet» ":

9« Widerstand nach Anspruch β, dadiircii gekennzeichnet, daß _: Ton der.aus Widerstandsmaterial "bestehenden Schicht eine Abgriff klemme über deckt wird. -. " ; ■

10». Widersrta&ö nach Anspruch 1,, dadurch gekennseiöimetg, daß der aus' Widerstandsmaterial bestehende PiIm und äer aus isolierendem Material bestehende 3¹IIm je mehrmals stärker · sind als die scMoiitförmigsn Jüaschlußklemmen.

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11. Widerstand nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß der aus Widerstandsmaterial bestehende Mim und der aus Isoliermaterial bestehende Film die gleiche Stärke haben und auf einem im wesentlioheii ebenen UnterlägafcÖrpar aufgebracht sind.

12» Verfahren zur Herstellung eines Widerstandes nach Anspruch oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Paste auf einen isolierenden Uhterlagekb'rper in Form einer dünnen Schicht aufgebracht wird und daß dieselben bei einer ersten Temperatur gebrannt werden, bei der die Paste in eine auf dem Unterlagekörper anhaftende Metallschicht überfuhrt werden und daß eine aus Germetwiderstandsmaterial bestehende Mischung auf den TTnterlagek'örper in "Form eines ersten Filmes aufgebracht wird, wobei der Ulm einen Teil der Metallschicht und den dazwischen liegenden Spalt überdeckt und daß eine aus Genaetwiderstandsmaterial bestehende Mischung, die zusätzlich ein wärmebeständiges Oxyd enthält, auf den Ünterlagekörper in Form eines zweiten Filmes, der die Unterbreehungsstelle des ersten Filmes überdeckt, aufgebracht wird und daß die Vorrichtung bei einer zweiten Temperatur gebrannt wird, die niedriger als die erste Temperatur und niedriger als der Schmelzpunkt der metallischen Komponenten der Mischungen ist, den Schmelzpunkt der glasigen Bestandteile der Mischungen jedoch überschreitet.

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