DE1465413A1 - Elektrisches Widerstandselement - Google Patents

Description

• F@:.ektrisehesW@.derstandselement Die Erfindung hat ein profiliertes @ elektrischen . Widerstandselement mit hohen Blastizitätseigenachaften aus einer thermoplastischen durch Zusatz von_Zeiter- oder Halbleitereigen.- . schaften aufweisenden Nater@alien leitfähig gemachten Kunst' ntoffmischung zum Gegenstand.
• Die Elektrotechnik benötigt in zunehmendem Maße elektrische Widerstände mit sehr kleinen räumlichen Abmesszu@;en, welche außerdem für bestimmte Anwendungszwecke infolge der im Gebrauch auftretenden Erochütterungen -und mechanischen Spannaugen in gewissem hfaße biegsam und elastisch sein sollen. ' . Die seither hautsächlich verwendeten keramischen Widerstände bestehen entweder aus einem keramischen Kern, auf welchen leitende oder halbleitende Materialien, wie z. 33. Metallpulver oder iietalloxyde, Ruß, Graphit, Garbide, Borste oder Nztridw s z. B. durch Lackierverfahren, aufgebracht werden, oder sie sind als Nassewiderstände ausgebildet, bei. welchen die leitenden oder halbleitenden Materiälien zusammen mit gaolierstoffen, wie z. B.' den verschiedenen Keramiksorten, und geeigneten Bindemitteln in einem Körper vereinigt sind. Solche Keramik-Wzderetände erfordern alle im Laufe der Herstellung mindestens einen, wenn nicht mehrere ,Brennvorgänge, bei welchen sehr viel Ausschuß entsteht. Sie-sind meistens relativ spröde und auch ihre elektrischen Eigenschaften schwanken aufgrund der in den verschiedenen notwendIgan I'abrikationsgängen einwirkenden Einflüsse erheblich. So sind z. B. bei. Noriualwiderständen Streubereiche von etwa ± 1a % des aufgetragenen Widerstandswertes .möglich: Weiterhin ist die Befestigung der leitenden Bierbindungen. an. den starreng spröden . Körpern z. B. durch Aufdampfen leitender Schichten relativ aufwendig. Als erheblicher Nachteil wird vor allem die mechanische Empfindlichkeit der igiderstände bei gleichzeitiger Starrheit . empfunden. . Eine gewisse Verbesserung im Hinblick auf die Vereinfachung der Herstellung, die Genauigkeit der Widerstandseinstellung und auch in Bezug auf die mechanische Festigkeit hat man durch kunstharzgebundene Masse--Widerstände erzielt. Bei solchen Widerständen.werden die heiter- oder Halbleitermaterialien mit hartbaren Kunstharzen gemischt und diese Mischungen anschließend zu Formkörpern. verpreßt und ausgehärtet. Hierzu wurden vor allem Kondensations- und Polymerisationsharze verwendet. Die Körper besitzen eine gewisse Schlagunempfindlichkeit und Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse. Sie erfüllen aber bei weitem nicht alle Wünsche in Bezug auf Elastizität und Biegsamkeit. Das-Anbringen der elektrisch leitenden Verbindungen ist hier ebenfalls mit den gleichen oder äbnliehen Schwierigkeiten verbunden wis bei Keramikkörpern. Die elektrischen Widerstandswerte werden außerdem auch hier durch-die Härtungsprozesse iri schlecht Qu@kontrollierender Weise beeinflußt, so daß eine Gewähr für die Erzielung reproduzierbarer Werte nicht immer gegeben ist.
• Hach einem älteren Vorschlag wurde für hochbelastbare Masse-Widerstände die Verwendung von hoch schmelzenden, nicht hartbaren Polynerisationskunststoffen, wie z. B. Polytetrafluoräthylen, vorgeschlagen. Diese Kunststoffe können aber ebenfalls nur. in Pressverfahren verarbeitet werden. In beiden Fällen,entstehen Körper von relativ hoher Festigkeit und im letzteren Falle mit reproduzierbaren Widerstandswerten, sie erfüllen aber bei weitem nicht die heute gestellten Anforderungen an Elastizität und Biegsamkeit, weiche insbesondere, an mit Transistoren bestückten elektronischen Geräten, die hohen-mechanischen Beanspruchungen unterzogen werden, gestellt werden. Die Erfindung ging@deahalb von der Aufgabenotellung aus, ein profiliertes elektrisches Widerstandselement aus einer thermoplastischen, durch Zusatz von Leiter-- oder-Halbleitereigenschaften aufweisenden Materialien leitfähig gemachten, Kunststoffmischung zu schaffen, welches sich neben der Reproduzierbarkeit der vorgeschlagenen Widerstandswerte durch ein breites Spektrum mechanischer Eigenschaften, Insbes. Elaatizitätseigenacharten, auszeichnet. Das Kemlzeichnende wird darin gesehen, , daB. das Widerstandselement aus einer guaatatoffmischung aus Vinylchloridpolymerisaten aller Provenienzen oder Niechpolymerisaten aus Yinylohlorid und damit mischpolymerieierbaren Monomeran oder vinylohloridpolymerisathaltigen Polymerisatmischungen und Weichmachern, wobei. der Weichmacheranteil 5 bis 30 %, vorzugsweise 5 bis 20 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Niechung, . beträgt, und leitfähigen Materialien, vorzugsweise hoehleitfähigem Ruß, sowie an sich bekannten-Zusatz- und Eilfastoffen besteht: Erfindungsgemäß werden durch Extrusion von thermoplastischen, durch Zusatz leitfähiger oder halbleitfähiger Materialien mehr oder.weniger leitfähig gemachten Kunststoffmischungen, vor,-zugeweiae solchen aus Polyvinylehlorid und geeigneten Weichmachern,.raür- bzw. schlauchartige Profile hergestellt, die entsprechend den erforderlichen Widerstandswerten in Stücke von entsprechender Länge zuerechnitten werden können. Vie Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen kann in sehr einfacher Weise durch Einstecken von gegebenenfalls heißen An-. schluß- b$w. Lötdrähten in die. zen trale, sehr eng gehaltene Öffnung, eines solchen Kunststoffachlauch-Stückes erfolgen.. 13er Widerstand eines solchen Elementes ist durch die Art der Zusammensetzung der Kunststoff-Miechung, durch die Dizensio-. nierung des Durchmessers des gewählten Profilas und der Pänge des Profilabschnittes zwischen den: Anachlußdrähten gegeben. Die festliegenden beiden ersten Parameter sind durch einen , Yorversuch leicht zu ermitteln. Bei einer anderen vorteilhaften Ausfüliruiigsform wird ein Widerstand durch einen Sehlauch gebildet. der auf seinem äußeren Umfange düreh Aufdampfen einer Ketallschicht leitfähig gemacht ist, wobei die Stromzuführung bzw. -abnahme durch einen in die zentrale Öffnung eingeführfen üraht und eine auf der äußeren Metallschicht aufgelötete:-oder aufgeklemmte Ableitung erfolgt. Bei dieser Ausführungsform wird :die Größe den Widerstandes durch die Wandstärke desextrudierten Kunststoffschlauches' gegeben, -Während die Länge . des Profilabschnittes zwischen den Kontaktstellen bei übliche Abmessungen keine so ausschlaggebende Rolle spielt, so saß . nie sich vor allem für. Durchführungswiderstände eignet! bei welchen. die zu durchstoßende Platte selbst einen Pol darstellt. Diese AuefWhrungsform zeiähnet sich durch einen besonders einfachen Einbau aus. Selbätverständl:Udh* ist es auch möglich, die -leitf«higen afe gchläuchprofile ausgebildeten Widerstandselemente durch Überziehen mit nichtleitenden Lacken oder Kunststoffschläuchen zueatzlich nach außen noch zu isolieren, um sonst nicht kontrollierbare Strom-Verluste zu vermeiden. Durch .Anzapfen der neuen Widerstandselemente in vorgegebenen Abständen von bzw. Ableisdrähten ist weiterhin die Möglichkeit zur .: ie,r=dung. solcher profilierten Widerstände als Spaxmung8-t$,aer gegeben. _ ;. Gegenüber. den hexkemlichen keramisohen und -aucA den bisher öekanntevw..Videretandselementen aus anderen Kunbtetoffeä bsw. I=etetoffbioch#mgen besitzen die erfindungegvorgeüs amen Widerstände eine Reihe von Vortüilea; Die fiderstände Bind; '1., je -der auegewähltea Kunststoff # dem - Veicha»hergehalt sowie dem.Gehalt an Füllstoffen und die Leithig-.:keit einstellendem Material mehr oder weniger biegsam und a3astisbh: 2. Weitgehendst unempfindli-ch gegen mechanische und ohemische N:nflüeee, wobei die fefraturfdetigkeit genügen. gut ist.
• 3. Die HergtellUng des Widerstands-Halbseuge kann nach bekennten Arbeitaverf'ahren in kontinuierlicher weise und sehr rationell erfolgen. . 4. Durch Veränderung der Zusameusetsung der Kunststoffmischung. und der Profilwaudetärke können die Wideretandewerte der Elemente in weiten ' Grenzen viert werden; die Abmessungen der Widerstandseinheiten können in der Regel sehr gering gehalten werden, da es möglich ist, entepreaherid, der zu erwartenden Belastung dickere oder dünnere Profile zu verwenden. ., , 5. Die Verarbeitung .der Kunststoff-Wideretände ist außerordentlioh einfach und kann aufgrund der festliegenden, hinfach zu ermittelnden Parameter "von der Rolle" erfolgen.
• . " T@ . . E . . _ ....... . _,y Von den &an tetoffen als Bindemitteln sind alle thermoplatieohen Manetotöftie, geeignet, Arie z-. B. Polyolefine, haiogenierte Polyol@'äe, Polyamide," Polyoxyaethylene und andere. Besonders bewährthabea sich wegen ihrer guten Verarbeitbarkeit Poly-. . , vinylohloride in Mischung mit an sich 'bekannten Weiohmao#brn, lüllstoffen, 8"tabilisatoren und anderen Zusätzen. Als Vaiohmsoher sind dabei wor allem die Aster aus höheren Alkoholen (etwa ab ß4)'mit 2hthealaäure, Adi@inuäure oder Bebaoineäure : . geeignet. Wegen ihrer geringen Flüchtigkeit werden such Foly»rweittaher, wie s. B. Folypropy, lenglycoladipat u. g. gegebenenfalls susämäea mit, Primärweiohmachern, in solahtn Biaohungen gerne @vei#rehdet. Derartige Kunetetoffweiabmwher-Nisohungea be®it' ohhe Zusatz leitfähiger oder halblei#-fähiger Materialien einen elektrischen: Widerstand in der _ . greuenorg von 1010 bin 1014 Ohm%m. Durch Zusatz von 8u8; : Graphit, Carbiden, Xetallpulvern oder Netallol.pu1rern :kwm ihre. Leitfähigkeit.,aber in @bngigäeit von den zugesetzten Mengen bis in die Größenordnung von einigen 100 ObWom er. höht werden. Begrenzt wird die Zusatzmenge dieser Stoffe nur durch die Ansprüche.an die Mischung im Hinblick auf die Yeraxbeitbarkeit in Extrudern bzw. Strangpressen und'in Einsicht auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften der Fertigwaren. Bei der Verwendung von Rußen liegt die bei extrudierbaren Mischungen noch erträgliche Zusatzmenge in Größenordnungen von 30 bis 50 Gew.-% der fertigen .Gesamtmisahung. Die Herstq3.lurig besonders stark rußhaltiger Widerstandsprofile gelingt dann, wenn man den Nieahungen einen.höheren Weichmaoherantei? , als im fertigen Profil erwünscht, zur Verbesserung der Verarbeitbarks:U zusetzt und diesen Überschutt im Ansehluß an die Eztrusion durch Extraktion mit organischen, Lösungs-;-._-mittels. wieder entfernt. Die Profile sind dann etwas fester und nicht oo elastisch und biegsam wie z. B.: bei.epeziellen Weich-Polyvinylchlorid-bLischungen. Pür. die Erzielung der leitfähigen Eigexiechaften haben sich neben orydischen Halbleitern, Metallpulvern und Graphit als -besonders wirksam die an sich als hochleitfähig bekannten -$orten erwiesen. Solche Ruße finden sich unter den' Acetylen-, Furnace- oder.04annelmRußen und weisen als eine gemeinsame Eigenschaft eine spezifische Oberfläche nach "BET" von mehr als 100 qm/g auf., Bei der Herstellung bewirken sehr hohe soherkräfte und hohe Verarbeitungstemperaturen sowie zu lange Bearbeitungszeiten eine meist unerwünschte Herabsetzung der heitfähigkeit der Mischungen, weil offenbar dis kettenförmige.

  Struktur der Rußteilchen zerstört widro,euleohungen von Kunst;:

  stqffen mit derartigen .Rußen

  möglichst schonenden

  Bedingungen hergestellt werden, um diesen Abbau der Rußetrukturt und dar3.t zu starke Veränderungen der Leitfähigkelteeigensaiueften der Fertigwaren au vermeiden. Zur Erztelung-einer aögliohat gleichmäßigen Verteilung des Rußes im Polymeren wtrd aas. an49rerseite die. Einarbeitungszeiten nicht zü knäpp '.wäälen.'_. @Xe.Ve=rbeitungetemperaturen werden vorteilhafterworise zwischen 2,s0° 0 und 170 0 'gewählt: Die.techan:eohen Sigeneiehaften sowie die Temperaturfestigkeit der erfedungagemUen Widerstandselemente können noch weeehtlioh vfirbeeeerrt werden äuroh Mitverwendung .von Vernet.ttein o. ä. in den tätoffmiochungen, welche bei oder nach der Verarbeitung wirksam werden und Uäxttere und meoiuti®oh widerstandetgb-t«ere Körper ergeben. B i, s" @i e 1 eine Mischung aus: 50 Gew. Teile Emulsione-polyvinyl-chlorid von K-Wert 70, 19 Gew. Teile Dioctylphthalat, 0,5 Gew. Teile Dibutylzinndilat&at und 0,5 Gew. Teile Zinketearat wird auf dem Walzwerk bei 165o 0 zu einem Fell verwalzt und 0 Gew. Teile eines nach dem Purnace-Verfahren hergestellten Rußes mit einer mittleren Teilchengröße (arithmetisches Mittel) von .277 t@dem ph-Wert seiner wäßrigen Aufschlämmung von 8, einem spezifischen elektrischen Widerstand (bei 30Ö Atm. gemessen) von 0,06 Ohm/cm und-einer Ober- _ flä.che nach «BBT" von 133 qm/g (im Handel unter der Bezeichnung Horaz D a der nEGÜSBA) allinählich eingearbeitet. Des Fell wird zerkleinert und das Material granuliert.
• Darauf wird das Granulat bei einer Vegarbeitungstemperatur von weniger als 1700 Q zu einem Schlauchprofil mit etwa 2,5 mm äußeren Durohmeeeer und einer zentralen Öffnung von rd. 0,2 mm Durchmesser verspritzt. Diesen Hohlprofil hat einen Widerstandswert von etwa 5.000 Ohm/cm. Durch Einführen ton Kupferdrähten in die zentrale Öffnung lassen sich je nach Abstand der Xlehtroden voneinander Widerstände aller gewdnechten Abstufungen herstellen.

Claims (7)

1. -P a t e n t a@u o--j2 r ü o. h e Profiliertes elektrisches Widerstandselement .aus einer thermoplastischen, durch Zusatz von leiter- oder Halbleitereigenschaften aufweisendem" Materialien leitfähig gemachte*, Kunstetoffmischung, d a d u r c h g ,e .k e n n ## - z e i o h. n e t , da.8 es aus einer Kunststoffmischung aus Vinylchloridpolymerisaten oder Nisohpolymerisaten aus finylehlorid und damit msohpalymerisierbaren Monomoren oder vinylohloridpölymeriaathaltigen Folymerisat-: mischungen,urid Welcohern, Wobei, der 1-feichmacheranteil 5 bis 30 .%, varzugsine 5 bis 20"%» bezogen auf die Gesamtmenge der_Niadhung,,beträgte Zünd leitfähigen Materialien, vorzugeweise.hochleitfähigem Ruß* sowie an sich bekannten Zusätzen und.HiZ:'setoffen besteht.
2. 2. @El®kti#sehes Wideretandeelement nach Ansprüeh 1. d a -d u r @ c h g e* k e n n s e i e h n e t , dali sein Profil rohr- bzw. schlauchförmig ausgebildet ist.
3. 3. Elektrischee Widerotandselement nach. den Ansprüchen 1: .uhd.2: dadurch gekennzeichnet, deß die Kontärtnahme durch in, die :äentraöffnung des Sohlauchprofileb eingefUhrte Ansƒhlu8- bzw.
4. Lötdrähte erfolgt: 4. -Tlektrisches Widerstandselement nach-den Ansprüchen 1. bis 3. d a' d u r a h g e k e n n. z e i o h n e t , daß das Hohlprofil außen und gegebenenfalls innen metallisiert ist und der elektriaohe Leiter einerseits durch die Zentralböhrung den Hohlprotile ünd andererseits über die Außen-Fläche den Profils =geschlossen ist.
5. 5. Elektrisches Widerstandselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen ,Ansprüche, d a d u r o h g e k e n n @-z e i e h n e t ,- das es mit einem isolierenden Überzug . versehen ist. .
6. 6. Elektrisches Widerstandselement nach den vorangegangenen Ansprüchen, d a d u r o h g e k e n n -z e i e*h n e t , daß es als elektrischer @pannungeteiler verwendet,wird.
7. 7. Elektrisches Widerstaudselsment nach den Ansprüchen 1. bis 6.9 d a d u roh g e k e n n z e 3 c h n e t , daß der prozentuale .Anteil an Liter- bzw.,Halbleiter- , . material im Wideretandeelement durch Extraktion des Weichmachergehaltes mit organischen Lösungsrättelri ein besonders hoher ist.