DE1765070A1

DE1765070A1 - Elektrischer Heissleiter und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1765070A1
Application number: DE19681765070
Authority: DE
Inventors: Walter Lemmen
Original assignee: ERSA ERNST SACHS KG
Current assignee: ERSA ERNST SACHS KG
Priority date: 1968-03-28
Filing date: 1968-03-28
Publication date: 1971-07-01

Description

Elektrischer Heißleiter und Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten, sogenannte "Heißleitern oder «Thermistorenig, und betrifft den konstruktiven Aufbau eines solchen Heißleiters und Hand in Hand damit ein neuartiges Herstellungsverfahren für Heißleiter.
Bisher werden Heißleiter in Stab-, Scheiben- und Perlenform aus Metalloxiden, deren Auswahl sich nach den verlangten Kennwerten bestimmt, durch Sintern hergestellt. Dazu werden die Metalloxide gründlich miteinander vermischt und _ zu einem homogenen feinkörnigen Pulver zermahlen. Zur Pormgebung wird das Pulver mit einem organischen Bindemittel zusammengehalten, und im Anschluß an die Formgebung wird vorgebrannt und dann bei hohen Temperaturen zwischen 1000 und etwa 1700o0 gesintert, um die Halbleitereigenschaften einzustellen (vgl. Hahn, Thermistoren, Seite 18 ff.). Gewöhn-. lioh wird der Heißleiter in eine Glashülle eingeschmolzen. Bei diesem üblichen Herstellungserfahren ist die Sintertemperatur sehr kritisch und maß auf ca. ± 5o0 genau eingehalten werden. Ebenso hat die Gaaatmosphäre im Ofen und dessen Temperaturgang beim Anlassen und Abkühlen einen großen und komplizierten Eintluß auf die Kennwerte des Brenngutes (z.B. deutsche Patentschrift 975 738). Wegen des Bindemittele ist das Schwindmaß schwer zu beherrschen, und die Glashülle ist empfindlich gegen Stoß-und Temperaturschocks. Hach allem können nach dem bekannten Verfahren keine kleinen Heißleiter hergestellt werden, die bei Temperaturen über 350°C verwend-bar wären. Für gewisse Anwendungszwecke, so z.B. zur Tem-.. peraturregelung von Lötkolben, wo mm den Heißleiter möglichst in der Kolbenspitze anordnen möchte, sind sie daher nicht zu verwenden.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Heißleiter zu schaffen, der diese Anwendungsbeschrenkangen nicht hat und insbesondere in Stab- oder Perlenform bei Temperaturen über 350°C zu verwenden ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe in. der weise gelöst, daß anstelle des organischen Bindemittels ein Metalloxid mit einem Pließpunkt unter 1300°C - wie Bleioxide Wismutoxid - verwendet wird und die als Reißleiter-werkstoff verwendeten Metalloxide mit F1ieBpanäten über 1300°C - wie Eisenoxid, Nickeloxid, Sitanoxid, Mthiumoaid, Manganoxid - zusammen- und in jenes eingeschmolzen werden. Heißleiter dieser Konstruktion gestatten sehr kleine Bauformen, machen die empfindliche Glasumhüllung ent-behrlich und lassen Arbeitstemperaturen bis 50000 und da- rüber zu.

Da die als Einschnelzmasse angebenen Netallozide selbst

sehr gute ReiBleitereigenschaften haben, können sie in

vereinfachter

Erfindung auch allein, d.h.

ohne Zusätze hochsclmmelzender ltetalloaide verwendet wer-

den.

1s ist zwar bereits ein. aus seinen Werkstoffkomponenten

durch Zusammenschmelzen hergestellter .Heißleiter bekannt,

jedoch handelt es sich bei diesen Komponenten nicht um

Metalloxide und man erhält nach dem bekannten Verfahren

lediglich Gussrohlinge, die weiter verarbeitet, insbe-

sondere kontaktiert werden müssen (deutsche Patent-

schrift i 069 263).

Die Erfindung gestattet demgegenüber eine sehr vorteil-

hafte Ausführung in Stabform, bei der die drahtförmigen

Stromzuleitungen des Heißleiterwiderstandes in ein Zwei-

Zoch-Biöhrehen aus einen nichtleitenden, temperaturbestän-

digen Werkstoff, z.B. Keramik, eingeschoben sind, so daß

sie auf einer Stirnseite des Röhrchens etwas vorstehen,

und der HeiBleiteaverkstoff, d.h. das gewählte lLtallozid

oder ein Gendach mehrerer Metalloxide zu einer Perle

ist. Vorteilhaft kann über das Röhrchen - dabei

über die Perle überstehend - eine Schutzhülse geschoben

sein, in deren. freiem Kühlraum ein Betallozid mit niedri-

gem Fließpunkt oder ein Gemisch mehrerer solcher Metall-

oxide eingesehrolamme. ist. In der erwähnten vereinfachten

Ausführung der @rfindang kann der Hohlraum auch mit einer

Binbettsasse, s.B. einen fitt, ausgefüllt sein.

Dae @rfih @re@,BA Einscömelsverfaären erlaubt also die

sofortige =aatattäernng des entsprechenden ReiBleiter-Wider-

standekörpers, und da die Schmelze eine hohe Materialdichte

erreicht, iet dieser Iaatakt innig und dauerhaft. Demgegen-

über ist die tautattierung bei Sintermassen technologisch.

kamplisiert.

Im folgenden soll die Erfindung bezüglich ihrer Ausführungsmöglichkeiten und Vorteile an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung drei Stufen des Herstellungsverf ahrens , und zwar in Fig. 1 die Vorbereitung des Trägers, Fig. 2 den Träger mit angeschmolzener Reißleiterperle und Fig. 3 den fertigen, stabförmigen Heißleiter.

In Fig. 1 ist ein prismatisches oder zylindrisches Keramikröhrchen 1 von acht bis zehn mm Länge und einem Außendurchmesser von 1,3 mm dargestellt, das mit zwei parallelen Bohrungen-versehen ist, die zueinander einen Abstand von 0,2 mm haben und einen Durchmesser, der so bemessen ist, daß je ein Anschlußdraht 2 von 0,3 mm Durchmesser gerade noch eingeschoben werden kann. Die Drähte, z.B. Platindrähte, stehen auf einer Stirnseite des Röhrchens 1 um den Betrag a = 2 mm über.
Bei der Herstellung wird nun mit einer Drahtschlaufe ein Gemisch von 1 g Bleioxid (Pb02) und 334 mg Eisenoxid (Fe203) aufgenommen und bei einer Temperatur von 1000 bis 1200°C an die Drahtenden gebracht, auf denen es zu einer Perle 3 zusammenscbmilzt (Fig. 2).
Anschließend wird eine Schutzhülse 4 aus Keramik oder nichtrostendem Stahl mit einer lichten Weite von 2 mm, einer Wandstärke von 0,25 mm und einer Inge von 5 mm soweit über das Keramikröhrchen 1 geaohoben, daß die Drahtenden mit der angeschmolzenen Perle 3 noch etwa 1 mm innerhalb der Hülse bleiben. Dann wird mit einem Kitt 5, der aus Wasserglas und Bleisilikat angesetzt wird, der Hohlraum zwischen Keramikröhrchen 1 mit Heißleiterperle 3 und Schutzhülse 4 ausgefüllt. Nachdem die Einbettmasse abgebunden hat, ist der Heißleiter verwendungsfähig (Fis. 3).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit oxidischer Einbettmasse kann die Konstruktion nach Fig. 1 bis 3 in folgender Weise ausgeführt werden: In das Keramikröhrchen 1, das dieselben Abmessungen hat wie im vorhergehenden Beispiel, werden zwei Chrom-Nickel-Drähte von 0,3 mm eingeschoben. Die auf einer Stirnseite des Röhrchens herausragenden kurzen Drahtenden werden mit einer Schablone auf 0,1 mm Abstand gebogen.
Mit einer Drahtschlaufe wird Kupferoxidpulver (0u0) aufgenommen, bei 1350°C zu einer Perle geschmolzen und auf die beiden Drahtenden übertragen.
Sodann wird eine Hülse 4 aus nichtrostendem Stahl von 5 mm länge, einem Innendurchmesser von 1,4 mm und einer Wandstärke von 0,2 mm über das Keramikröhrchen 1 geschoben soweit, daß die angeschmolzene Perle etwa 1 mm tief innerhalb der Hülse sitzt. Mit einer Drahtschlaufe wird nun Wismutoxidpulver (Bi 203) aufgenommen und bei 850°C der Zwischenraum zwischen Heißleiterperle und Schutzhülse ausgefüllt. Das Pulver kommt zum Fließen und verbindet sich fest mit dem Reißleiter und der IKilse. Der Heißleiter (Fis. 3) ist nun verwendungsfähig.
Die Ausführung der erfindungsgemäßen Heißleiter ist keineswegs auf die in den beiden Beispielen angegebenen Werkstoffe und Abmessungen beschränkt, insbesondere können auch Träger, Röhrchen und Schutzhülse andere Formen haben. Sie lassen sich wegen ihrer Kleinheit mit besonderem Vorteil als Temperaturfühler verwenden, sind aber ebensogut als Anlaßhei0-leiter mit Selbetaufheizung oder als Regelheißleiter mit Bremdbeheizung geeignet.

Claims

Patentansprüche 1. Aus einem Gemisch mehrerer Metalloxide bestehender elektrischer Heißleiter, dadurch gekennzeichnet, daß Metalloxide mit einem Fließpunkt über 'l.30000 in ein oder mehrere Metalloxide mit einem Fließpunkt unter 130000 als Bindemittel eingeschmolzen sind.
2. Heißleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Bindemittel verwendeten Metalloxide selbst Reißleitereigenschaften haben.
3. Heißleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metalloxid oder eine Mischung von Oxiden wie Eisenoxid, Nickeloxid, Titanoxid, ILithiumoxid und Manganoaid geschmolzen und in ein Metalloxid oder eine Mischung von Oxiden wie Kupferoxid, Bleioxid, Wismutoxid eingeschmolzen ist.
4. Heißleiter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung des oder der Metalloxide mit niedrigem Fließpunkt allein.
5. Heißleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zwei-Loch-Röhrchen (1) aus einem nichtleitenden, temperaturbeständigen Werkstoff , z.B. einer Keramik, in das die drahtförmigen Stromzuleitungen (2) auf einer Stirnseite etwas vorstehend eingeschoben sind, und dadurch, daß auf die vorstehenden Leiterenden der Hei ßleiterwerkstoff zu einer Perle (3) aufgeschmolzen ist (Fig. 2).
6. Heißleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über das Röhrchen (1) und über die Reißleiterperle (3) überstehend eine H,ilse (4) geschoben und der freie ERlsenraum (5) mit einer Einbettmasse ausgefüllt ist (Firn. 3). _ 7. Heißleiter nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den freien Hülsenraum ein Metalloxid mit niedrigem Fließpunkt oder ein Gemisch mehrerer solcher Oxide eingeschmolzen ist. B. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Heißleitern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das als Heißleiterwerkstoff ausgewählte Metalloxid oder das Gemisch aus solchen in an sich bekannter Weise feingemahlen und innig gemischt, sodann in einer kleinen Menge zu einer Perle erschmolzen und auf die Enden der drahtförmigen Stromzuleitungen aufgebracht wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter mittels eine*etalloxides mit niedrige-

rem Fließpunkt oder eines Gemisches aus solchen Oxiden in ein Gefäß eingeschmolzen wird. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter mittels eines Kittes in ein Gefäß eingebettet wird.