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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Widerstandselementes
für einen induktiven elektrischen Widerstand mit einer auf der Innenfläche eines
Isolierröhrchens wendelförmig angeordneten Widerstandsschicht. Solche Widerstände
werden z. B. für Entstörzwecke verwendet. Zur Entstörung von Hochspannungszündanlagen,
wie Zündkerzen u. dgl., die Störwellen hoher Frequenzen über die Zündleitungen emittieren,
ist es erforderlich, besondere Abschirmvorrichtungen bzw. Entstörmittel in den Leitungszügen
anzuordnen. So werden beispielsweise in den Leitungszügen von Hochspannungszündanlagen
Entstörwiderstände eingesetzt. Insbesondere bei Ottomotoren ist es bekannt, derartige
Hochfrequenzwellen dämpfende Entstörwiderstände in den Hochspannungsleitungen zu
verwenden.
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Es bestehen besondere Wünsche für die Entstörung derartiger Hochspannungszündanlagen.
So sollen die Entsröwiderstände bei 100 MHz einen »Dämpfungswiderstand« von mindestens
4 kOhm und bei Gleichstrom einen Widerstand von mindestens 800 Ohm aufweisen. Derartige
Widerstände können auch z. B. in die Zündkerzen oder die Verteiler eingesetzt werden.
Bei den hohen Frequenzen, z. B. bei 100 MHz, ist ein hoher Widerstand erwünscht,
um die Hochfrequenzenergie am Fortschreiten entlang der Leitung zu hindern, weil
die hochfrequenten Schwingungen andernfalls zu Störungen in benachbarten elektrischen
Geräten, z. B. Rundfunk- oder Fernsehempfängern, führen würden. Andererseits soll
im Interesse einer nur geringen Schwächung der Zündenergie der Entstörwiderstand
einen möglichst kleinen Widerstandswert aufweisen.
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Es ist bereits ein Entstörwiderstand bekannt, der aus einer Widerstandsdrahtwendel
besteht, die auf einen Isolierkörper zylindrischer Art aufgebracht ist. Außerdem
ist es bekannt, eine Widerstandsdrahtwendel in keramische Stoffe einzubetten. Die
Widerstandsdrahtwendel hat den Vorteil, daß sie neben dem rein Ohmschen Widerstand
(entsprechend der Länge und dem Material des Widerstandsdrahtes) einen induktiven
Widerstand (gemäß der Anzahl und Länge der Wendelwindungen) aufweist. Während bei
Gleichstrom und sehr niederen Frequenzen fast lediglich der Ohmsche Widerstand in
Erscheinung tritt, kommt bei höheren Frequenzen, z. B. im MHz-Bereich, die induktive
Wirkung der Drahtwendel durch Erhöhung des Gesamtwiderstandes zur Geltung. Mit einem
solchen Widerstand kommt man daher den vorher geäußerten Wünschen entgegen.
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Darüber hinaus sind bereits induktivitätsarme Vbiderstände mit einer
Widerstandsschicht auf der Innenseite eines Glasröhrchens sowie induktive Widerstände
mit einer wendelförmigen Metallbelegung auf der Innenfläche eines Keramik- oder
Kunststoffrohres bekannt. Auch das wendelförmige Ausfräsen einer auf einem derartigen
Keramikröhrchen aufgetragenen Innenbelegung ist bereits bei Siebgliedern bzw. Drosselketten
für Zuleitungen in Schaltungen für sehr hohe Frequenzen bekannt. Diese wendelförmigen
Belegungen weisen allerdings eine relativ große Breite der Belegungsbahnen bei hoher
Steigung auf, so daß eine hohe Wendelzahl nicht erreicht werden konnte.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung
eines Widerstandselementes mit einer auf der Innenfläche eines Isolierröhrchens
wendelförmig angeordneten Widerstandsschicht anzugeben, das eine hohe Induktivität
und dadurch eine gute Entstörwirkung, z. B. gemäß den Vorschriften für die Entstörung
von Kraftfahrzeug-Zündanlagen, bei niedrigen Herstellungskosten besitzt. Dafür ist
eine hohe Wendelzahl auf kleinem Raum anzustreben, damit der »Dämpfungswiderstand«
eine relativ hohe Induktivität aufweist.
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Die Verwendung von Glas als isolierendem Tragkörper für Widerstandsschichten
ist an sich bereits bekannt, da dieses Material durch seine glatte Oberflächenbeschaffenheit
mit gleichmäßig dünnen Widerstandsschichten versehen werden kann. Dagegen schien
sich dieser Tragkörper für enggewendelte Widerstandsschichten nicht zu empfehlen,
da die bekannte Einfräsmethode Risse bzw. Frässpuren im Glas hinterließ, die die
Bruchgefahr, insbesondere für die großen Erschütterungen ausgesetzten Entstörwiderstände,
wesentlich erhöhen. Bei Keramika treten diese Gefahren nicht in diesem Maße auf,
doch sind derartige keramische Tragkörper wegen ihrer meist hohen Dielektrizitätskonstante
und der porigen Oberfläche für die Aufbringung sehr dünner Widerstandsschichten
nicht in gleicher Weise zu empfehlen. Eine eventuell nahehegende Möglichkeit, die
Widerstandsschichten bereits wendelförmig aufzubringen, scheitert wegen der dann
nur möglichen geringen Wendelzahl, die Widerstände mit verhältnismäßig hoher innerer
Induktivität herzustellen nicht gestattet, es sei denn durch Verwendung eines Ferritkernes,
was aber bei bestimmten Anwendungsfällen zu Schwierigkeiten, z. B. wegen der Temperaturabhängigkeit
der Permeabilität der Ferritmaterialien führen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet nun die Möglichkeit, Glastragkörper
zu verwenden. Erfindungsgemäß wird als Widerstandsschicht eine dünne Edelmetallschicht
auf ein Glasröhrchen zunächst nur halbhart eingebrannt, dann diese Widerstandsschicht
mit Hilfe eines schmalen, stichelartigen Werkzeuges gewendelt, ohne dabei die Oberfläche
des Glasröhrchens zu verletzen, und erst dann die Widerstandsschicht vollständig
eingebrannt.
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Als Widerstandsschicht zeichnet sich besonders eine Gold-Rhodium-Legierung
aus, die z. B. 0,2 bis 2 Gewichtsprozent Rhodium enthält. Diese Schicht läßt einen
Flächenwiderstand von weniger als 0,2 Ohm zu. Außerdem weist diese Gold-Rhodium-Legierung
noch einen verhältnismäßig hohen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes
von etwa 2 -10-3./1 C auf. Hierdurch erhöht sich der wirksame Dämpfungswiderstand
bei der Erwärmung, insbesondere bei Zündkerzen im Betrieb. Beim Anlassen eines Ottomotors,
also in kaltem Zustand des Entstörwiderstandes, tritt entsprechend dem geringeren
Widerstand ein kräftiger Zündfunke auf. Bei Erreichen der Betriebswärme nimmt der
Wirkwiderstand seinen Sollwert an, der beispielsweise 1.5 % höher ist als der Wirkwiderstand
in kaltem Zustand. Dadurch wird eine höhere Entstörwirkung gemäß dem erhöhten Widerstandswert
erzielt, während beim Anlassen des Motors zugunsten des dort erwünschten kräftigen
Zündfunkens eine geringe Einbuße an Entstörwirkung in Kauf genommen wird.
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Mit dieser Legierung erhält man gut wendelbare, relativ weiche Schichten,
die trotz guter Haftfestigkeit auf Glas beim Wendeln an den Rändern nicht ausfasern.
Dadurch wird nicht nur die Sprühgefahr
bei Hochspannung vermindert,
die zu einer Zerstörung des Widerstandes führen kann, sondern es lassen sich vor
allem außerordentlich schmale Wendelbahnen von z. B. nur 0,07 mm Breite erreichen.
Dadurch läßt sich eine außerordentlich hohe Windungszahl von etwa 70 bis SO Windungen
pro Zentimeter Röhrchenlänge unterbringen, ohne daß Unterbrechungen durch Ausreißen
kleiner Widerstandsschichtteile beim Wendeln auftreten.
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Die Widerstandsschicht wird auf die Glasröhrcheninnenoberfläche aufgetragen.
Das Einbrennen der dünnen Edelmetallschicht erfolgt erfindungsgemäß in zwei Stufen:
halbhart vor der Wendelung und vollständig nach dem Wendeln.
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Bei der Wendelung wird erfindungsgemäß ein sehr schmales stichelartiges
Werkzeug an die halbhart eingebrannte Edelmetallschicht herangeführt und z. B. unter
Drehung des Glasröhrchens allmählich an dessen Innenwand axial von einer Röhrchenseite
zur anderen fortbewegt. Das Werkzeug schabt die Widerstandsschicht wendelförmig
von der Glaskörperinnenfläche ab, ohne dieselbe zu verletzen.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die äußeren
Glasröhrchenenden kurzzeitig bis zum Aufschäumen des Glases, z. B. in einer Knallgasstichflamme,
erhitzt. Durch das Aufschäumen des Glases gelingt es, die an sich bekannte Stirnflächenkontaktierung
mit Einbrennsilber vorzunehmen, die andernfalls, bei einem normalerweise glatten
Glasträger, nicht genügend abriebfest ist. Zur Verbesserung der Haftung der Edelmetallwiderstandsschicht
wird weiterhin voraeschla;en, die Widerstände vor dem Kontaktieren bei einer Temperatur
in der Nähe des Glaserweichungspunktes mindestens bei 850' C einige Zeit,
z. B. 30 Minuten, zu tempern. Dabei sinkt die Metallschicht oberflächlich etwas
in das Glas ein.
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Zur Erhöhung der induktiven Wirkung des erfindungsgemäß hergestellten
Widerstandes, insbesondere bei hohen Frequenzen, kann in das auf seiner Innenfläche
wendelförmig widerstandsbelegte Glasröhrchen ein Ferritkern eingesetzt werden. Die
Erhöhung der wirksamen Permeabilität durch den eingeschobenen Ferritkern führt zu
einer Erhöhung der durch die Edelmetallwendel bewirkten Induktivität. Allerdings
können hierbei die Eigenschaften des Ferritmaterials, wie Frequenz- oder Temperaturabhängigkeit,
zu einer Einschränkung des Verwendungsbereiches führen.
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In den F i g. 1 und 2 ist als Beispiel ein erfindungsgemäß hergestellter
Widerstand angegeben, der zu Entstörzwecken verwendet und z. B. in eine Zündkerze
eingesetzt wird.
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In F i g. 1 ist ein Glasröhrchen 1 mit stirnseitiger Silberkontaktierung
2 dargestellt. Auf der Innenseite dieses Glasröhrchens ist gemäß dem Ausschnitt
A -A
:=:@:@deiförrni@ eine ? « dicke Edelmetallschicht 3 aus einer Gold-Rhodium-Legierun-
aufgetra,-,en. Gemäß der F i g. 2 - einem vergrößerten Ausschnitt A-:1 -
beträgt-
die Stei(Yhölte dieser Wendel etwa s = 0.15 mm. Die Gesamtliin2e des Glasröhrchens
beträgt etwa 16 mm, der äußere Durchmesser etwa 3,6 mm. Die Stirnseite des Glasröhrchens
ist vor der Kontaktierung thermisch aufgeraulit, so daß die aufgetragene Silberschicht
2 eine daute Haftfesti=Tkeit auf dem Glasröhrchenstirnende aufweist. Im Röhrcheninneren
ist die Belegung 3 auf@c,etragen.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß hergestellten induktiven
Widerstandes besteht darin, daß er außerordentlich rüttelfest ist und seine Entstörwirkung
im Laufe der Betriebszeit durch eventuelles Verschieben der Wendel. wie es z. B.
bei bereits bekannten Drahtwendel-Entstörwiderständen oftmals der Fall ist, nicht
vermindert wird. Insbesondere bei den großen Erschütterungen ausgesetzten Kraftfahrzeugen
ist eine derartige Rüttelfestigkeit sehr wesentlich für die Betriebssicherheit des
Widerstandes. Der induktive elektrische Widerstand gemäß der Erfindung ist außerordentlich
billig und einfach herzustellen. Um die Widerstandsschicht zusätzlich vor Feuchtigkeit,
Gasen, Staubteilchen od. dgl. zu sch=ätzen, können die Stirnenden des Glasröhrchens
mit beispielsweise Kitt, Kunststoff oder ähnlichem Material verschlossen sein.