DE1615873A1 - Stellwiderstand - Google Patents

Description

CAI

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH

DR. TINO HAI BACH

8 MyNCHEN 2, 6.März 1967

UNSER ZEICHEN: 10738 - K/vM

CTS Corporation,Elkhart, Indiana, USA.

Stellwiderstand

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellwiderstand mit einem Keramik-Widerstandselement.

Eine Schwierigkeit bei der Herstellung von Steliwiderständen mit Keramik-Widerstandselement besteht darin, eine strukturell feste und dennoch wirtschaftlich herzustellende Basis mit einer flachen Oberfläche zu schaffen* die das Keramik-Widerstandselement trägt. Eine solche Basis enthält mehrere KurventMsnehmungenu*dgl.; um die Montage zu erleichtern und um einen Kollektorring, Klemmen und eine Abdeckung auf der Basis zu befestigen. Da ein Keramik-Widerstands el em ent dadurch hergestellt wird, daß ein Widerstandsfilm aus Metallkeramik auf einer auf hoher Temperatur stehenden Widerstandstragoberfläche abgelagert wird, besteht die Basis vorzugsweise aus dielektrischem Keramikmaterial, z.B. Tonerde Steatit. Zum Pressen solcher Basisteile aus Keramikpuder komplexe Werkzeuge und Formen erforderlich.. Die hohen Kosten

für solche komplexen Werkzeuge und Formen werden noch erhöht, da -#&ä?ete die Schleif wirkung des Keramikpuders ₉ das beim Pressen der Keramikbasisteile benutzt wird, einen schnellen Verschleiß der

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Werkzeuge und Formen bewirkt, so- daß ein häufiger Ersatz notwendig ist. Außerdem sind komplizierte Vorrichtungen zur Befestigung der Klemmen an der Keramikbasis erforderlich, wenn der Stellwid'erstand abgeschlossen wird, da die Klemmen von der Metalltragplatte und der metallischen Abdeckung isoliert sein müssen. Die Klemmen müssen auch fest in der Basis verankert sein, um ein Lösen oder Strecken der Verbindung zwischen den Endteilen der Klemmen und den Enden des Keramik-Widerstandselementes zu verhindern. Außerdem erhöht sich mit der Zahl der in der Keramikbasis vorgesehenen Kurven und Hohlräume die Gefahr des Verziehens und Wölbens der Trägeroberfläche der Keramikbasis, da ein ungebranntes Substrat beim Brennen um ungefähr 25$ schrumpft. Alle Versuche, das Verziehen und Wölben durch Vereinfachung der Keramikbasis zu vermindern, scheitern an den sich dadurch erhöhenden Kosten zur Befestigung von Anschlußklemmen od.dgl. an der Basis. Der Bedarf an Keramik-Stellwiderständen nimmt jedoch schnell zu, da derartige §tellwiderstände gegenüber Metallfilm- oder Kohlenstoff- oder Kohlenstofffilm-Widerständen wesentliche bekannte Vorteile aufweisen. Es besteht daher die Forderung, einen Stellwiderstand zu schaffen, der ein Keramik-Widerstandselement aufweist, wobei die Probleme beim Pressen und Brennen der komplexen Keramikbasisteile gelöst sind.

Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, einen verbesserten Stellwiderstand mit Keramik-Widerstandselement zu schaffen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Stellwiderstand mit einem Keramikfilm zu schaffen, der auf einer flachen Oberfläche

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eines Keramikbasisteiles abgelagert und gebrannt ist, wobei der Keramikbasiskörper auf einer gegossenen Basis aus nicht-keramischem Material angeordnet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindungbesteht darin, einen Stellwiderstand mit einer Mehrzahl von Klemmen zu schaffen, die.in einem gegossenen, nicht-keramischen Basismaterial eingebettet sind, däe ein kreisringförmiges Keramik-Widerstandselement trägt» Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Stellwiderstand mit Mitteln zu schaffen, durch die der Druck des Kontaktteiles gegen das Keramik-Widerstandselement eingestellt werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Stellwiderstand mit einer nicht-keramischen Basis zu schaffen, die ein Keramikbasiselement trägt und innerhalb einer geschlossenen Umhüllung liegt. Vielt ere Ziele und Vorteile der Erfindung -_->geben sich aus der folgenden Beschreibung.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung einen Stellwiderstand mit einer gegossenen Basxis aus geeignetem,nicht-keramischem Mat'erial. Zwei Anschlußklemmen am Ende und eine mittlere Klemme, die-mit dem Kollektor in Verbindung steht, sind in dem gegossenen Basismaterial eingebettet» Die Basis ist mit einer flachen. Trägeroberfläche, -vorzugsweise in einer Ausnehmung, ausgestattet und wird von einer Trägeroberfläche getragen und sie besteht aus einem Keramik-Widerstandselement, vorzugsweise kreisförmiger Ausgestaltung mit einem Basiselement, das einen kreisbogenförmigen Keramikfilmwiderstand aufweist, der auf einer ,flachen Oberfläche abgelagert und gebrannt ist. Die inneren Endabschnitte der Anschlußklemmen am Ende stehenc nach oben von der Trägeröberflache der gegossenen Basis hervor und stehen mit der Elementenbasis

und leitfähiges Epoxydmaterial

in Verbindung. Geeignete elektrische Pfade/verbinden die Anschlußklemmen mit den Enden des Keramik-Widerstandsfilmes. Ein _Schleifer steht mit dem Keramik-Widerstandselement in Verbindung und der Kollektor ist mit einem Antrieb verbunden, der drehbar in dem Stellwiderstand gelagert ist. Der Antrieb weist Steuermittel auf, um den Druck einstellen zu können, mit dem der Schleifer auf dem Widerstandselement ruht. Eine mit der gegossenen Basis verbundene Abdeckung umschließt den Antrieb, den Schleifer und das Keramik-Widerstandselement.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand beiliegender Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigenj Pig. 1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Stellwiderstandes,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig.l, Fig. J eine Draufsicht auf eine gegossene Basis, Fig. H- eine auseinandergezogene Darstellung des Stellwiderstandes gemäß Fig.l.

Fig. 1 veranschaulicht einen elektrischen Stellwiderstand 10*. der Präzisionsbauart, der vorzugsweise in komplexen und genauen elektrischen Schaltungaanordnungen, beispielsweise bei Instrumenten, Anwendung findet. Der Stellwiderstand 10 besteht aus einer Basis 11, einem Antrieb 12, einem Schleifer 1~3 und einer tassenförmigen Abdeckung 14-, die mit mehreren Lappen 14a versehen ist, die über die Basis 11 gefaltet werden, um die Abdeckung 14 auf der Basis festzulegen.

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Um den Stellwiderstand auf einer nicht-dargestellten Schalttafel od.dgl. festzulegen, ist eine Lagerplatte 15 mit zwei Vorsprüngen 15a (Fig.4) vorgesehen, die in zwei kreisförmige Ausnehmungen in der Basis 11 eingreifen, und diese Lagerplatte 15 wird auf der

Basis 11 durch die Lappen 14-a festgehalten. Von der Lagerplatte nach vorn erstreckt sich eine Gewindehülse 16 mit einer hohlen Bohrung 16a, die drehbar eine Welle 17 lagert_s die mit dem Antriebsteil- 12 bei 17a (Pig,2) durch Vernietung verbunden ist* Eine geeignete, nicht-dargestellte Befestigungsmutter, die auf die Hülse 16 aufgescHaubt ist,, legt den Stellwiderstand an der Schalttafel öd»dgl. fest₉ Om den Stellwiderstand 10 auf der Tragplatte bzw. Schalttafel zu orientieren, ist die Lagerplatte 15 mit nach außen vorstehenden Lappen 15b ( Fig°l und 3) versehen, die in Sehlitze der Schalttafel od.dgl« eingreifen können_„

Die Basisanordnung 11 besteht aus einem gegossenen_s nicht-keramisehen Basisteil 18 aus geeignetem dielektrischem Material,'z.Bo Phenolformaldehyd oder Polyester und einem Keramik-Widerstandselement 21 (dieses Widerstandselement kann aus Metallkeramik besten^ wie z.B. in der deutschen Patentanmeldung C 34 ,358 VIIId/21c der Anmelderin beschrieben). Wie am besten aus Fig.3 und 4 der Zeichnung ersichtlich, hat die gegossene Basis 18 eine allgemein kreisförmige Gestalt mit einer Mittelöffnung 19 und einer kreisringförmigen Ausnehmung 20, die konzentrisch zu der öffnung 19 liegt und das Eeramikwiderstandselement 21 aufnimmt. Zwei radial nach außen vorstehende Anschlußklemmen 22 und 23 und

eine Mittelklemme 24 sind in der Basis 18 eingebettet, wobei sich ' die inneren Abschnitte 22a und 2j5a der äußeren Anschlußklemmen und 23 und der mittleren Klemme 24 von der Unterseite des Ringraumes 20 nach außen und in zwei Schlitze 21a hinein erstrecken, die in dem Keramik»Widerstandselement angeordnet sind. Das Keramik-Widerstands el em ent besteht aus einem Basiselement oder einem Substrat 25 vorzugsweise kreisringförmiger Gestalt und aus Keramikpuder gepreßt und gebrannt. Das allgemeine Verfahren der Sinterung des Keramikpuders zu einem keramischen Substrat besteht darin, daß Puder unit 'hohem Druck in ein sogenannten "grünes" Substrat zu komprimieren und das "grüne¹⁵ Substrat zu brennen, um seine mechanische Festigkeit zur Weiterbehandlung zum Schleifen u.dgl. zu verbessern» Es ist wesentlich, daß das Substrat 25 aus Keramikmaterial gefertigt wird, ZoB° einem dielektrischen Material, das einer Temperatur von etwa 425°C (800° P) wenigstens vier Stunden lang ohne Deformation widerstehen kann. Ein solches Material ist z.B. Tonerde oder Steatit. Nachdem die obere Oberfläche 25a des Substrates 25 poliert ist, wird ein kreisbogenförmiger Keramik-Widerstandsfilm 26 z.B. durch Verspiegeln der oberen Oberfläche

Γ abgelagert. Das Keramik-Subs trat 25 wird dann bei Temperaturen ^ ^

über JOO⁰C (600°F) gebrannt, damit der Widerstandsfilm 26 mit f dem Substrat verschmilzt, um so ein Keramik-Widerstandselement . 21 zu schaffen. Geeignete leitfähige Pfade 27 werden außerdem auf der oberen Oberfläche 25a rings um die Schlitze 21a abgelagert, die die Enden des Widerstandsfilms 26 überlappen. Leitfähige elektrische Epoxidverbindungen stellen eine Verbindung zwischen den inneren Endabschnitten 22a und 2^a der in die Schlitze 21a des

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ringförmigen Substrats 25 einstehenden Klemmen mit den leitfähigen Pfadep, 27 her. Die inneren Endabschnitte 22a* und 2j5a der in den Schlitzen 21a liegenden Klemmen tragen ebenfalls zu einer gewünschten Ausrichtung zwischen dem Keramik-Widerstandselement 21 und der gegossenen Basis 18 bei. Ein geeignetes Bindemittel legt das Keramik-Widerstandselement 21 in der kreisförmigen Ausnehmung 20 fest. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die untere Oberfläche 20a der ringförmigen Ausnehmung 20 mit zwei Löchern 28 ausgestattet, die die inneren Endabschnitte 22a und 23a der Endklemmen umgeben und mit der inneren Ausnehmung 20 in Verbindung stehen. Demgemäß wird das Aufbauen von Gießmaterial infolge einer Adhäsion dieses. Materials .mit den inneren Endabschnitten der Klemmen in den Ausnehmungen unter der Bodenoberfläche 20a der ringförmigen Ausnehmung 20 zurückgehalten. Die oberen Ränder der Schlitze 21a in dem Substrat'25 sind vorzugsweise so abgeschrägt, daß der Raum zwischen den Seitenbegrenzungswandungen der Schlitze 21a und den inneren Endabschnitten der Endklemmen sich vergrößert, um einen genügenden Raum und eine Kontaktfläche für das leitfähige Epoxydmateriäl zu schaffen, das die leitfähigen Pfade 27 mit den Endklemmen verbindet.

Zur Erleichterung des Gießens der Basis l8 sind die Endklemmen und auch die Mittelklemme teilweise aus einem Streifen ausgeschnitten, wobei die Enden der Klemmen an einem Klemmenträgerstreifen 29 (Fig.3) befestigt sind. Nachdem die Basis 18 mit einer Gruppe von Klemmen vergossen ist, die zwei Endklemmen und eine

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Mittelklemme aufweisen, werden der Trägerstreifen 29 und die Überbrückungsorgane 29a von den Klemmen abgetrennt, um eine gegos- * sene Basis mit eingebetteten Klemmen zu schaffen, wie dies in der Zeichnung dargestellt'ist. Metarere Gruppen von Klemmen werden allgemein auf einem Trägerstreifen 29 befestigt.

Die Winkeldrehung des Antriebsteiles 12 wird durch einen Anschlagarm 30 ( Fig.2) begrenzt, der sich radial von der Rückseite des Antriebsteiles nach außen erstreckt und mit einem Anschlag 3I am rückwärtigen Rand der Abdeckung 14 zusammenwirkt. Der Schleifer hat elastische Kontakt finger 13a und IJb, die eine Vorspannung gegen Schublager 12a bewirken, die sich von dem Antriebsteil 12 nach der inneren Rückwand der Abdeckung 14 erstrecken. Der Schleifer IJ ist am Antriebsteil 12 mit zwei Lappen IJc verbunden, die in Sehlitzen 12b im Antriebsteil 12 geführt und über diesen gefaltet sind, so daß eine drehfeste Verbindung mit dem Antriebsteil 14 geschaffen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Enden der Kontaktfinger IJb miteinander verbunden und ein aus Kohlenstoff bestehender Kontaktkopf 33, der auf dem Kontaktfinger 13b des Schleifers ,13 befestigt ist, schleift, wie aus Fig.2 und 4 ersichtlich, auf dem Widerstandsfilm 26. Die mit dem Antriebsteil 12 verbundene Welle 17 ist mit einer rings umlaufenden Nut 17b ausgestattet, in die ein Sprengring 34 eingefügt ist, um die Bewegung der Welle radial nach innen zu begrenzen. Ein Kollektorring 35 wird von der gegossenen Basis 18 getragen und er ist vorzugsweise in dieser Basis 18 eingebettet* Ein Abschnitt des Kollektorringes ist einstückig mit der Mittel-

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klemme 24 ausgebildet und eine abgebogene Lasche 25a verankert einen diametral gegenüberliegenden Abschnitt des Kollektorringes 35 in der gegossenen Basis 18« Um die Lebensdauer des Stellwider-. Standes 10 zu erhöhen, ist es zweckmäßig, den Druck, mit dem der Kohlenstoff-Kontaktkopf gegen das Keramik-Widerstandselement drückt, zu steuern. Zu diesem Zweck ist das Antriebsteii 12· mit Steuermitteln j56 ausgestattet, die gegen den Kollektorring 35 anstoßen, um eine Vorwärtsbegrenzung des Antriebsteiles in Axialrichtung zu begrenzen. Der Strom wird von dem Schleifer 13 auf die Mittelklemme 24 über die Pinger ij5a übertragen, die auf dem Kollektorring 35 schleifen. Wenn der Antriebsteil 12 durch die Welle YJ gedreht wird₅ dann berührt der Schleifer 12 den Widerstandsfilm 26 und den Köllektorring 35, so daß der Widerstandäfert zwischen der mittleren Klemme 24 und den Endklemmen 22 und 23 geändert wird.

Es können gewisse Abänderungen getroffen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentanspruches

Claims (11)

Patentansprüche: '"-"..

1. Stellwiderstand mit einer BasLs aus einem geschmolzenen, nichtkeramischen dielektrischen Material, das eine Trägeroberflofifche hat, .

dadurch gekennzeichnet," daß die Trägeroberfläche ein Keramiksubstrat trägt, daß ein gebrannter Keramik-Widerstandsfilm von dem Keramiksubstrat getragen wird, daß zwei Klemmen (22,23) in der Basis (l8) verankert sind, deren Endabschnitte nach oben über die Tragoberfläche nach dem Keraraik-Widerstandsfilm (26) hin vorstehen, daß die Endabschnitte der Klemmen mit den Enden des Widerstandsfilmes verbunden sind, daß eine Mittelklemme, die von der Basis getragen wird, elektrisch mit einem Schleifer verbunden ist, der mit dem Widerstands film in Kontaktbertihrung steht.

2. Stellwiderstand nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,

daß das Substrat (25) mit zwei Schlitzen (21a) ausgestattet ist, in denen die Endabschnitte der Klemmen enden.

3. Stellwiderstand nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Schleifer in der Basis eingebettet ist.

4* Stellwiderstand nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,, \

daß die Basis mit einem IMngXiohen Hohlraum ausgestattet 1st und; dad das Keramiksubstrat (£5) in'der Ausnehmung eingesetifc 1st«

5· Stellwiderstand nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e η η ;z e Ic h net , daß die Träger ober fläche eine kreisringförinige Gestalt hat und daß das Keramiksubstrat ebenfalls kreisringförmige Gestalt hat und daß der Schleifer," der von einer Welle (17) angetrieben wird, ebenfalls kreisringfölTOig ausgebildet ist.

6. Stellwiderstand nach Anspruch 1,' .. dadurch ge k e η η ζ eic h η e t , daß die Basis mit zwei Ausnehmungen ausgestattet ist, die mit der Trägeroberfläche in Verbindung stehen, und daß die Endklemmen von dies en Ausnehmungen nach oben vorstehen*

7. Stellwiderstand nach Anspruch 1,
dadurch- g/e k e η η ζ ei ch η et , daß ein vom Kollektor abgebogener Lappen in der gegossenen Basis eingebettet liegt. ' .

8. Stellwiderstand nach Anspruch 2, .'.■_..■.-. - ^

dadurch g e k e η η ζ e i: c η ne t , \~ ^ ' ■. daß die oberen Abschnit-te der Schlitze in der Nahe der Endab-.sehnitte der Klemmen.größer sind als die unteren Abschnitte der Schlitze und daß diese Schlitze mit dem leitfähigen Material angefüllt sind. ■ -

9. Stellwiderstand nach Anspruch 4,

'-- dadurch ge kenn zeich η e t ,

OÖ902B/O655 ν

• - 12 - .

daß die langgestreckte Ausnehmung eine kreisringförmige Gestalt hat und daß das keramische Substrat ebenfalls kreisringförmig ausgebildet ist, wobei der von der Welle (17) gedrehte Schleifer ebenfalls, kreisringförmig ausgebildet ist.

10. Stellwiderstand nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsteil (12) den Schleifer (IJ) trägt und daß eine Steuereinrichtung dem Antriebsteil zugeordnet ist, um den Druck einstellen zu können, mit dem der Schleifer gegen den Widerstandsfilm gedrückt wird.

11. Stellwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse, eine Basis aus gegossenem, nicht-keramischera Material am Gehäuse befestigt>und mit einer Ringnut ausgestattet/sowie ein ringförmiges keramisches Substrat in der Ringnut und ein gebranntes kreisbogenförmiges Keramik-Widerstandselement auf dem Substrat aufweist, wobei eine Mittelklemme und zwei Endklemmen in der Basis eingebettet liegen und ein Kollektorring mit der Mittelklemme verbunden ist, und wobei das Keramiksubstrat mit zwei im Abstand zueinander liegenden Öffnungen ausgestattet ist und die Endklemmen in diesen öffnungen enden,und daß leitfähiges Material elektrisch die Endklemmen in den Öffnungen mit den Enden des Widerstandsfilmes verbindet*und daß der Schleifer auf dem Kollektorring und dem . Widerstandsflim abläuft* .;.■"-'."