DE1640436B2 - Verfahren zur Herstellung elektrischer Schichtwiderstände - Google Patents

Description

a) eine Vielzahl der zylindrischen, mit Widerstandsmaterial (20) an den Mantelflächen bedeckten Keramikstäbchen (18) in kurzem Abstand voneinander zueinander parallel in einen Block aus Kunststoff (34) eingebettet wird (F ig. 3),

b) der Block (34) in bestimmten Abständen in Ebenen senkrecht zur Längsachse der Stab- _a. chen in zahlreiche Blockabschnitte (36) zerschnitten wird (Fig. 4),

c) von der Oberfläche jedes Blockabschnittes (36) eine Schicht des Einbettmaterials zum Freilegen der Widerstandsschicht (20) an jedem Stäbchenende (18) entfernt wird (F ig. 5),

d) die freigelegten Flächen der Stäbchen (18) und der Widerstandsmaterialschichten (20) jedes Blockabschnitts mit einer Kontaktschicht (22) aus elektrisch leitendem Material versehen werden (F i g. 7),

e) auf der Kontaktschicht (22) eine elektrisch leitende Lötmittelschicht (24) aufgebracht wird(Fig. 8),

f) die Widerstandselemente (12) aus der Einbettung (36) herausgenommen werden (F ig. 9),

g) an den Lötschichten (24) je ein Anschlußkopf (28) mit Anschlußdraht (26) durch Erhitzen befestigt wird (F i g. 10) und

h) das Widerstandselement (12) mit den daran befestigten Anschlüssen (14) mit einem isolierenden Schutzüberzug aus Kunststoff (16) (F i g. 1) umgeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Stirnseiten jedes Blockabschnitts (36) eine Schicht des Einbettmaterials durch Eintauchen in ein Lösungsmittel entfernt wird (F i g. 5).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Herausnehmen der Widerstandselemente (12) aus der Einbettung (36) durch Auflösen des Einbettungskunststoffs mit einem Lösungsmittel geschieht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die gesamte Oberfläche des Blockabschnitts (36) eine Metalikontaktschicht (38) aufgebracht wird, die dann nur vom Einbettmaterial wieder entfernt wird, vorzugsweise durch Lösen der darunterliegenden Oberfläche des Einbettmaterials und Abwaschen des losen Metalls (F i g. 6 und 7).

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle aus einem Ende des Blockabschnitts (36) herausragenden Kontaktüberzüge (22) gleichzeitig mit einer Lötschicht überzogen werden.

35 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schichtwiderstandes aus einem kompakten zylindrischen Keramikstäbchen als Träger, dessen Mantelfläche mit einer Schicht aus elektrischem Widerstandsmaterial überzogen ist, mit an beide Stirnseiten des Stäbchens geführten Anschlußdrähten, die mit einem elektrisch leitenden Anschlußkopf versehen sind, der leitend mit Kontaktüberzügen an den Enden der Keramikstäbchen verbunden ist, und mit einer elektrisch isolierenden Hülle, durch die die Anschlußdrähte hindurchtreten. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 178 137 bekannt

Dünnschichtwiderstände der beschriebenen Art bestehen im allgemeinen aus einem Zylmderstück aus elektrischem Isoliermaterial, beispielsweise Keramik, das auf der Oberfläche mit einer Schicht aus Widerstandsmaterial überzogen ist, und Anschlüssen an jedem Ende des Zylinderstücks für die Kontaktierung der Widerstandsschicht. Der Keramikkörper und die Widerstandsschicht weisen eine Schutzschicht oder eine Schutzkapsel auf, aus der die Anschlüsse herausragen.

Das Hauptproblem bei der Massenherstellung derartiger Widerstände ist die Befestigung der Anschlüsse an der Widerstandsschicht. Diese Befestigung muß die folgenden Hauptforderungen erfüllen:

1. Die mechanische Verbindung zwischen Anschlußdrähten und Widerstandskörper muß fest genug sein, damit während der Handhabung und im Betrieb kein Kontakt bricht.

2. Zwischen den Anschlüssen und der Widerstandsschicht muß eine gute elektrische Verbindung bestehen, damit ein geringer Kontaktwiderstand und ein nur schwaches Rauschen gewährleistet werden. Da die Widerstandsschicht relativ dünn ist, erfolgt die Kontaktierung vorzugsweise an den äußeren zylindrischen Flächen der Widerstandsschicht. Diese Kontaktierungsbereiche sollten so klein wie möglich sein, um eine möglichst große wirksame Fläche der Widerstandsschicht zu erhalten. Weiter darf die wirksame Fläche der Widerstandsschicht nur in definierter Weise verändert werden, um zu gewährleisten, daß gleiche Widerstandselemente auch nach der Kontaktierung möglichst gleiche Widerstandswerte aufweisen.

3. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen und dem Widerstandskörper sollte ein möglichst geringes Volumen einnehmen, so daß der Schutzüberzug für einen wirksamen Schutz ausreichend stark sein kann; die Größe des fertigen Widerstandes soll jedoch so gering wie möglich sein.

4. Das Widerstandselement darf bei seiner Kontaktierung nur möglichst geringen Wärmeeinwirkungen ausgesetzt sein, um unerwünschte und

unkontrollierte Veränderungen der Wider- g) an den Lötschicliten je ein Anschlußkopf mi Standsschicht zu vermeiden. Anschlußdraht durch Erhitzen befestigt wire

und

In der Technik wurden verschiedene Verfahren h) das Widerstandselement mit den daran befestig zur Herstellung von Widerständen <ier eingangs er- 5 ten Anschlüssen mit einem isolierenden Schutz wähnten Art beschrieben. So kane die Kontaktierung überzug aus Kunststoff umgeben wird,

durch Aufpressen von Kontaktstücken, beispielsweise Kappen oder Schellen, auf die Enden der mit Das Herausnehmen der Widerstandselemente au: Widerstandsmaterial überzogenen Keramikträger ge- ihrer Einbettung kann dabei In einfacher Weist schehen (deutsche Auslegeschrift 1 175 341), wobei io durch Auflösen des Einbettkunststoffes geschehen,
die Widsjrstandsschicht an den Kontaktstellen durch An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näzusätzliche Metallschichten verstärkt sein kann; die her erläutert. Es stellt dar

mit den Stromzuführungsleitungen verbundenen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen eröndungs-

Kappen können auch auf den Widerstandskörper gemäßen Widerstand,

aufgelötet werden. Ein anderes Verfahren schlägt 15 Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teds vor, mit Anschlußflächen versehene Anschlußdrähte eines mit Widerstandsmaterial überzogenen Stabes,
mit leitfähig gemachten keramischen Fritten zu ver- Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl

sehen, die elektrisch leitend mit einem in einem Glas- von in einen Kunststoffblock eingebetteten mil rohr befindlichen Widerstandselemejit verbunden Widerstandsmaterial überzogenen Stäben,
werden, wobei gleichzeitig das Glasrohr mit einer so Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines ir Abschlußkappe zugeschmolzen wird, so daß ein voll Fig. 3 dargestellten, in eine Vielzahl schmalei in Glas eingekapselter elektrischer Widerstand ent- Blockabschnitte geteilten Blockes,
steht, aus dessen beiden Enden eingeschmolzene An- F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Blockschlußdrähte herausragen (deutsche Auslegeschrift abschnittes gemäß Fig.4, bei dem die Enden dei 1178137). »5 Stäbe freigelegt sind,

Bei einem anderen bekannten Widerstand sind die F i g. 6 eine perspektivische Ansicht eines Blockdraht- oder bandförmigen Stromzuführungselemente abschnittes gemäß F i g. 5, bei der auf das gesamte in auch im Inneren mit Widerstandsmaterial be- Einbettmaterial und die freigelegten Enden dei schichtete Sacklöcher an den Stirnenden eingestaucht Widerstandsstäbe eine Metallschicht aufgebracht ist, (deutsche Patentschrift 965 703). 30 F i g. 7 die Anordnung gemäß F i g. 5, jedoch mil

Bei diesen Verfahren ist eine Herstellung der Kontaktschichten auf den freigelegten Erden dei Widerstände in großen Serien mit kleinen Ferti- Stäbe, wobei die Kontaktschichten z.B. gemäß gungstoleranzen nur schwer möglich, da einzelne Ar- F i g. 6 dadurch erzeugt sind, daß dort die Metallbeitsvorgänge relativ kompliziert sind. Dies führt schicht von dem Einbettmaterial entfernt ist,
dazu, daß der einzelne Widerstand teuer ist und die 35 F i g. 8 eine perspektivische Darstellung gemäß Abweichungen der Widerstandswerte zwischen ver- Fig.7, wobei die Enden der Widerstandsstäbe mit schiedenen Widerständen einer Art relativ groß sind, einem Lötmittel überzogen sind,
wenn nicht ein erheblicher Herstellungsaufwand be- F i g. 9 eine perspektivische Darstellung eines aus

trieben wird. dem Einbettmaterial herausgenommenen Wider-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 40 Standsstabes und

Verfahren anzugeben, nach dem in wirtschaftlicher Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines

Weise Widerstände der eingangs geschilderten Art Widerstandsstabes gemäß F i g. 9 mit befestigten Anhergestellt werden können, deren Widerstandswerte Schlüssen,
nur in geringem Maße voneinander abweichen. F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Widerstand

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfah- 45 10, der ein Widerstandselement 12, an jedem Ende ren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß da- mechanisch befestigte Anschlüsse 14 und eine umgedurch gelöst, daß bende Schutzschicht 16 aufweist.

Das Widerstandselement 12 enthält einen kurzen,

a) eine Vielzahl der zylindrischen, mit Wider- massiven zylindrischen Träger 18 aus Keramik. Die Standsmaterial an den Mantelflächen bedeckten 50 Zylinderfläche des Trägers 18 ist mit einer dünnen Keramikstdbchen in kurzem Abstand vonein- Schicht 20 -»us Widerstandsmaterial überzogen. Diese ander zueinander parallel in einej, Block aus Widerstandsschicht 20 kann aus irgendeinem beKunststoff eingebettet werden, kannten Widerstandsmaterial bestehen, z. B. Kohle,

b) der Block ii bestimmten Abständen in Ebenen Metall oder einer Legierung oder einem Metallgesenkrecht zur Längsachse dor Stäbchen in zahl- 55 misch, das als solches oder in einem geeigneten Binreiche Blockabschnitte zerschnitten wird, demittel — wie z. B. Kunststoff oder Glas — disper-

c) von der Oberfläche jedes Blockabschnittes eine giert aufgebracht werden kann. Auf jedes Ende des Schicht des Einbettmaterials zum Freilegen der Trägers 18 ist ein Kontakt- oder Anschlußüberzug Widerstandsschicht an jedem Stäbchenende ent- 22 aus elektrisch leitendem Ma'erial, z. B. Kupfei fernt wird, 60 oder Nickel, aufgebracht. Er erstreckt sich über die

d) die freigelegten Flächen der Stäbchen und der Stirnseite des Trägers 18 und geringfügig über die Widerstandsschichten jedes Blockabschnittes Widerstandsschicht 20, so daß der Kontaktüberzug mit einer Kontaktschicht aus elektrisch leiten- mit dem Widerstandsmaterial elektrisch verbunden dem Material versehen werden, ist. Jeder Kontaktüberzug 22 ist mit einer Lötschicht

e) auf der Kontaktschicht eine elektrisch leitende 65 24 aus elektrisch leitendem Lötmittel überzogen. Das Lötmittelschicht aufgebracht wird, Widerstandselement 12 kann bis herunter auf nui

f) rtie Widerstandselemente aus der Einbettung 4,57 mm Länge und 1,60 mm Durchmesser hergeherausgenommen werden, . , stellt werden.

Jeder der Anschlüsse 14 besteht aus einem Draht ist. Wie bereits erwähnt wird ein solches Lösungsmit-26 aus elektrisch leitendem Metall mit einem flachen, tel verwendet, das den verwendeten: Kunststoff langkreisf or inigen Kopf 28. Der Kopf 28 hat einen sam löst, jedoch den Träger 18 und die Widerstands-Durchmesser, der nicht größer als der Durchmesser schicht 20 nicht angreift. Es wurde festgestellt, daß des Trägers 18 ist. Der Kopf 28 jedes Anschlusses 14 5 bei einem Polyesterharz Methylenchiorid ein zufrieüegt auf der Lötschicht 24 der Widerstandselemente denstellendes Lösungsmittel ist. Chlorierte Lösungs-12 auf, und zwar so, daß sich die Anschlußdrähte 26 mittel sind für Epoxid- und Silikonharze;; Alkohole an den beiden Enden des Widerstandselements 12 oder Ketone für Polyurethane und verschiedene nahezu in Fortsetzung der Längsachse des Trägers Kohlenwasserstoffe für Wachse geeignet.
18 erstrecken. Die Anschlüsse 14 sind also mecha- io Nach Herausnehmen der Blockabschnitte 36 aus nisch mit dem Widerstandselement 12 und elektrisch dem Lösungsmittel werden sie mit Wasser abgewainit der Widerstandsschicht 20 über die Lötschicht sehen, um den oberflächlich aufgeweichten Kunst-24 und den Kontaktüberzug 22 verbunden. stoff und alles Lösungsmittel zu entfernen. Auf diese

Die Schutzschicht 16 besteht aus einem elektrisch Weise wird ein Teil der Widerstandsschicht 20 an jeisolierenden Kunststoff, z. B. Formaldehyd-, Epoxy- is dem Ende jedes Trägers 18 freigelegt, wie in F i g. 5 oder Silikonharz, das um das Widerstandselement 12 dargestellt ist Die Größe der freigelegten, dünnen geformt, gegossen oder aufgebracht ist und umgibt es Widerstandsschicht 20 hängt davon ab, wie lange der vollständig, wie auch die Köpfe 28 und ein kurzes Blockabschnitt 36 dem Lösungsmittel ausgesetzt Stück des Anschlußdrahtes 26; der Hauptteil der An- wurde. Bei Verwendung von Methylenchiorid als Löschlußdrähte 26 ragt jedoch aus der Schutzschicht ao sungsmittel für ein Polyesterharz und bei etwa heraus. Da die Anschlüsse 14 sich nicht über die Zy- 10 min Eintauchen des Blockabschnitts 36 in das Lölinderfläche des Widerstandselements 12 erstrecken, sungsmittel wird eine ausreichende Menge Kunststoff ist die Schutzschicht 16 über das ganze Widerstands- gelöst, um etwa 0,25 mm der Widerstandsschicht an element nahezu gleichmäßig stark und bewirkt auch jedem Ende jedes Trägers 18 freizulegen,
bei minimaler Stärke der Schutzschicht einen maxi- as Gemäß F i g. 6 wird dann ein Überzug 38 aus malen Schutz. Nach Aufbringen der Schutzschicht 16 einem elektrisch leitenden Metall, wie Kupfer oder um das Widerstandselement 12 kann der Widerstand Nickel, über die gesamte Oberfläche jedes Blockab-10 eine Länge von nur 6,3 mm und einen Durchmes- Schnitts 36, einschließlich der freigelegten Enden der ser von 2,28 mm, einschließlich der Länge der An- Widerstandsschicht 20 und des Keramikträgers 18 Schlüsse 14 aufweisen. 30 aufgebracht. Der Blockabschnitt 36 kann mit Hilfe

Für die erfindungsgemäße Herstellung des Wider- irgendeines bekannten Verfahrens mit der Metallstands 10 wird ein Stab 30 (Fig.2) aus keramischem schicht 38 überzogen werden; vorzugsweise erfolgt Material mit einer Schicht 32 aus Widerstandsmate- dies jedoch durch stromloses Aufbringen, da nach rial überzogen. Der Stab 30 besitzt den gleichen diesem Verfahren die Metallschicht leicht und Durchmesser wie der Träger 18, ist jedoch um viele 35 schnell aufgebracht werden kann. Zum Überziehen Male langer als dieser. Die Widerstandsschicht 32 des Blockabschnitts 36 mit der Metallschicht 38 durch kann auf den Stab 30 durch Tauchen, Streichen, stromloses Aufbringen kann irgendein übliches Me-Sprühen oder eine andere bekannte Methode aufge- tallisierungsbad und Metallisierungsverfahren angebracht werden. Gegebenenfall« kann die Wider- wandt werden, wie es z. B. in den USA.-Patentschrifstandsschicht 32 noch getrocknet, gehärtet oder ge- 40 ten 3 075 855, 3 095 309 und 2 968 578 beschrieben brannt werden. ist.

Eine Vielzahl von so überzogenen Stäben 30 wird Nach Überziehen des Blockabschnitts 36 mit der

dann in engem Abstand voneinander parallel an- Metallschicht 38 wird der Abschnitt nochmals so geordnet und in einem Block 34 aus Kunststoff ein- lange in das Lösungsmittel eingetaucht, bis unter der gebettet (F i g. 3). Hierfür wird ein relativ billiger 45 Metallschicht der Kunststoff oberflächlich angelöst Kunststoff verwendet, der in einem Lösungsmittel, ist. Der Blockabschnitt 36 wird dann aus dem Lödas weder die Widerstandsschicht 32 noch den Stab sungsmittel herausgenommen und gewaschen.
30 angreift, in einem gewünschten Maße löslich ist. Ist der Kunststoff oberflächlich gelöst oder er-

Es wurde festgestellt, daß Polyesterharze für die weicht, so wird die Metallschicht 38 über dem sen Zweck besonders geeignet sind. Es können je- so Kunststoff abgeschoben und abgewaschen, so daß doch auch Epoxid-, Polyurethan-, Silikon- und ther- nur die freiliegenden Enden der Widerstandsschicht moplastische Harze sowie auch Wachse, wie Kerzen- und des Keramikträgers mit der Metallschicht 38 wachs, verwendet werden. In den Block 34 können überzogen bleiben. Auf diese Weise können, wie in bis zu 100 Stäbe eingebettet werden. Fig. 7 gezeigt, die Widerstandselemente mit den

Gemäß F i g. 4 wird dann der Block 34 in gleich- 55 Kontaktüberzügen 22 versehen werden,
mäßigen Abständen und in parallelen Ebenen senk- Die Endflächen des Blockabschnittes 36, aus wel-

recht zur Längsachse der Stäbe 30 zerschnitten. Dies chem die Widerstandselemente herausragen, werden geschieht mit irgendeinem geeigneten Schneidwerk- dann einzeln in ein Bad aus geschmolzenem Lötmittel zeug, z. B. einer Kreissäge. Diese Schnitte werden in eingetaucht. Da das Lötmittel nur an einer Metalleinem Abstand vorgenommen, der der angestrebten 6° fläche haftet, werden nur die Kontaktüberzüge 22 Länge des Trägers 18 des Widerstandes 10 ent- mit dem Lötmittel überzogen. Mem erhält auf diese spricht. Auf diese Weise wird der Block 34 in eine Weise die Lötschicht 24 auf jedem Ende der WiderVielzahl von Blockabschnitte 36 aufgeteilt, wobei je- Standselemente, wie in F i g. 8 dargestellt ist. Der der solche Blockabschnitt eine Vielzahl von überzo- Blockabschnitt 36 wird dann nochmals in das Lögenen Trägern 18 enthält 65 sungsmittelbad eingetaucht und so lange darin belas-

Jeder Blockabschnitt 36 wird dann so lange in ein sen, bis der gesamte Kunststoff gelöst ist und die einentsprechendes Lösungsmittel eingetaucht, bis der zelnen Widerstandselemente 12 des Blockabschnitts Kunststoff an der Oberfläche erweicht oder angelöst voneinander getrennt sind. Nach vollständigem Auf-

lösen des Kunststoffs werden die in Fi g. 9 gezeigten einzelnen Widerstandselemente 12 aus dem Lösungsmittel herausgenommen und zur Entfernung des Lösungsmittels gewaschen. Dann werden die Anschlüsse 14 an den Enden der Widerstandselemente angebracht. Dies erfolgt, indem man entsprechend Fig. 10 den Kopf 28 eines Anschlusses 14 an die Lötschicht 24 an jedem Ende des Widerstandselements 12 anlegt und dann die Anordnung erhitzt, um das Lötmittel zu erweichen und die Anschlüsse 14 mit dem Widerstandselement zu verbinden. Die Anschlüsse 14 können an den Widerstandselementen 12 !kontinuierlich angebracht werden mit Hilfe entsprechender Schalen oder eines Förderbandes, auf welchen die Widerstandselemente 12 und die Anschlüsse 14 genau aneinanderschließend angeordnet werden und mit welchen sie zur Verbindung der Anschlüsse 14 mit den Widerstandselementen 12 durch einen Ofen oder unter einer Heizvorrichtung vorbeigeführt werden. Anschließend wird die Schutzschicht K um *> die Widerstandselemente 12 geformt, gegossen oder auf andere Weise geformt zur Ferttgslellung des Widerstands 10. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Massenproduktion der Widerstände 10; es bietet die folgenden Vorteile: «5

1. Wegen der geringen Größe der Träger ist es wesentlich leichter, während des Anbringens der Kontaktüberzüge und der Lötschichten die eine Vielzahl von Trägern enthaltenden Blockabschnitte zu handhaben, als jeden einzelnen Träger zu behandeln.

2. Da die Blockabschnitte aus einem großen Block

geschnitten werden, haben alle Träger in jedem Blockabschnitt die gleiche Länge.

3. Da der gesamte Blöckabschnitt zum Freilegen der Endabsehnitte der überzogenen Träger mit Lösungsmittel behandelt wird, haben nicht nur die an den beiden Trägerenden eines Widerstandselementes freigelegten Abschnitte die gleiche Länge, sondern ist bei allen Trägern in einem Blockabschnitt einheitlich. Hierdurch ist die wirksame Fläche der Widerstandsschicht in allen Widerstandselementen eines Blockabschnitts einheitlich.

4. Durch die Verwendung der Blockabschnitte werden eine Vielzahl von überzogenen Trägern gleichzeitig jeder Verfahrensstufe unterworfen, so daß eine gewünschte Anzahl von Widerständen schneller hergestellt werden kann, als es bei einer Behandlung jedes einzelnen Trägers möglich wäre.

5. Aus dem gleichen Grunde sind die Herstellungskosten pro Widerstand beträchtlich geringer als bei einer Behandlung jedes einzelnen Trägers.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Massenproduktion von Widerständen 19 bei leichterer Handhabung der Teile mit größerer Geschwindigkeit und zu niedrigeren Kosten je Widerstand; zusätzlich sind die aktiven Flächen der Widerstandsschichten einheitlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Widerstandselemente 12 bis zu einer Größe herab bis auf 4,57 mm Länge und 1,60 mm Durchmesser herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schichtwiderstandes aus einem kompakten zylindrischen Keramikstäbchen als Träger, dessen Mantelfläche mit einer Schicht aus elektrischem Widerstandsmaterial überzogen ist, mit an beide Stirnseiten des Stäbchens geführten Anschlußdrähten, die mit einem elektrisch leitenden Anschlußkopf versehen sind, der leitend mit Kontaktüberzügen an den Enden der Keramikstäbchen verbunden ist, und mit einer elektrisch isolierenden Hülle, durch die die Anschlußdrähte hindurcbtreten, dadurch gekennzeichnet, daß