DE2014730A1 - Elektrischer Widerstand - Google Patents
Elektrischer WiderstandInfo
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Description
DIPIi. ING. |
KT
R. |
AVWALt
HOLZEB |
89 A | CTO | SBUIiG |
FHIUPPINE | -WE | LSK-R-STKAfIaB 14 |
".ro | Ni »1373 |
W. 474
Augsburg, den 25. März 1970
Angstrohm Precision, Inc. 78II Lemona Avenue, Van Nuys,
Kalifornien, Vereinigte Staaten von Amerika
Elektrischer Widerstand.
Die Erfindung betrifft elektrische Widerstände und
insbesondere Dünnschichtwiderstände, welche auf einen
genauen Wert einstellbar sind.
008842/1216
Es ist in vielen Fällen vorteilhaft, wenn ein elektrischer Widerstand auf einen bestimmten Widerstandswert
derart eingestellt bzw. "getrimmt" werden kann, daß er bestimmten Betriebserfordernissen gerecht wird.
Es ist beispielsweise in R-C-Schaltkreisen oft erforderlich,
daß der Widerstand auf einen bestimmten Wert einstellbar und damit eine bestimmte Zeitkonstante wählbar
ist. Einstellbare Widerstände herkömmlicher Bauart sind jedoch derart entwickelt worden, daß sie nur der einen
oder anderen Anforderung genügen. Bei einem bekannten, einstellbaren Widerstand herkömmlicher Bauart ordnet man
beispielsweise ein Zickzack- bzw. sinusförmiges Widerstandsmuster auf einem flachen Trägerkörper an, wobei
Teile dieses Widerstandsmusters derart von Hand abbrechbar sind, daß sich bestimmte Widerstandswerte ergeben.
Derartige Widerstandsbauelemente sind nur in diskreten Stufen einstellbar und verlangen darüberhinaus eine
beträchtliche Sorgfalt, damit sich die entsprechenden Widerstandswerte ohne Bruch bzw. Zerstörung der Widerstandsbauelemente
erzielen lassen. Eine weitere bekannte Bauart eines einstellbaren Widerstandes stellt das Potentiometer
dar, welches im allgemeinen eine aus einer Drahtwicklung oder aus einer Widerstandsschicht bestehende
Widerstandsstrecke sowie einen Schleifkontakt aufweist,
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welcher längs dieser Widerstandsstrecke verschiebbar ist.
Derartige kontinuierlich einstellbare Widerstände sind
jedoch den Einflüssen der Umgebung ausgesetzt, wodurch sich
eine Änderung des Widerstandswertes ergeben kann. Beispielsweise wird der Widerstandswert, welcher durch die
Einstellung des Potentiometers festgelegt ist, durch Schwingungen beeinflußt, welche ein Verschieben des
Schleifkontaktes hervorrufen können. Außerdem wird dieser Widerstandswert von Staub bzw. anderen Verunreinigungen beeinflußt, welche auf die elektrische Verbindung zwischen dem Schleifkontakt und der Widerstandsstrecke
einwirken. DarÜberhinaus sind stufenlos einstell·«
bare Widerstände für viele Zwecke nicht erforderlich und außerdem zu teuer. Weiterhin entsprechen derartige
Bauelemente in ihrer Größe nicht den Anforderungen, welche die moderne Mikrosehalttechnik stellt, weil der in einem
Potentiometer für die Einstellung des Widerstandes erforderliche mechanische Aufwand die Grenzen für die Miniaturisierung
von Potentiometern festlegt.
Bei bestimmten Widerständen herkömmlicher Bauart sind in bezug auf die Einstellung der Widerstandswerte
während des Herstellungsvorganges zahlreiche Verfahren bekannt. Die Einstellung der Widerstandswerte während
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der Herstellung erfordert jedoch eine komplizierte Ausrüstung und die Einstellung der Widerstandswerte durch
den Benutzer der Widerstände selbst kann deshalb ohne sehr genaue Geräte praktisch nicht durchgeführt werden.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Widerstand derart auszulegen, daß
er sich für die Verwendung in Mikroschaltkreisen eignet und daß er bereits nach der Herstellung einen bestimmten,
genauen Widerstandswert aufweist bzw. daß dessen Widerstandswert bei Bedarf noch unmittelbar vor der
Verwendung durch einen Benutzer einstellbar ist und daß der einmal bei der Herstellung oder aber vom Benutzer
eingestellte Widerstandswert von äußeren Einflüssen völlig unbeeinflußt bleibt.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung einen elektrischen Widerstand, welcher
durch einen Trägerkörper aus elektrisch isolierendem Material, welcher ein zwischen zwei Endteilen angeordnetes
Mittelteil sowie eine in der Außenfläche dieses Mittelteils gebildete Nut aufweist, weiter
durch eine Schicht aus Widerstandsmaterial, welche in die Nut eingebracht ist und eine Widerstandsstrecke
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darstellt, und schließlich durch zwei Anschlußstellen
gekennzeichnet ist, welche jeweils auf den Endteilen des Trägerkörpers gebildet und jeweils mit den Enden
der Widerstandsstrecke verbunden sind, wobei die beiden Anschlußstellen jeweils einen auf einer Fläche des
Trägerkörpers gebildeten, leitenden Teil aufweisen, welcher für den Anschluß an eine gedruckte bzw. geätzte
Schaltung geeignet ist.
Der Widerstand nach der Erfindung kann eingekapselt bzw. mit einem Überzug aus geeignetem Schutzmaterial
versehen sein, so daß eine Verunreinigung der Widerstandsschicht verhindert wird.
Die Einstellung des Widerstandswertes erfolgt beispielsweise derart, daß ein Teil des Schutzmateriales,
welches die Nut bedeckt, weggeschliffen wird und ein
Teil der Widerstandsschicht in der Nut abgetragen wird.
Zu diesem Zweck kann der Widerstand nach der Erfindung an ein Ohmmeter bzw. an ein anderes Widerstandsmeßinstrument
angeschlossen sein, während der betreffende Teil der Widerstandsschicht entfernt wird, so daß die
Widerstandseinstellung dann sofort beendet werden kann, wenn der gewünschte Widerstandswert erreicht ist.
. . - 5. - „ ■ 0098-42/121.8
Der Widerstand nach der Erfindung kann andererseits aber auch dann eingestellt werden, während er sich bereits
in einer Schaltung befindet, so daß ein Trimmen besonderer, von dem Widerstandswert abhängiger Schaltkreisparameter
erfolgt. Wenn der gewünschte Widerstandswert erreicht ist, so wird diejenige Stelle der Oberfläche des Widerstandes
nach der Erfindung, welche wegen des Einstellvorganges freigelegt worden ist, wieder mit Schutzmaterial
bedeckt und damit die Einkapselung des Widerstandes wieder vervollständigt.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte, nur als
Beispiel dienende Zeichnung näher erläutert, welche in stark vergrößertem Maßstab im einzelnen zeigt:
Pig. I eine perspektivische Ansicht
einer Ausführungsform eines
Widerstandes nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Unteransicht der in Fig.
dargestellten Ausführungsform
der Erfindung,
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Pig. 3 einen Querschnitt durch einen
Widerstand nach der Erfindung längs der Linie 3-J5 gemäß der
Darstellung in Fig. 1,
Fig.. 4 einen Querschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Widerstand
nach der Einstellung des Widerstandswertes,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine
weitere Ausführungsform der
Erfindung, und
Fig. 6 einen Querschnitt durch
einen erfindungsgemaßen Widerstand gemäß der Darstellung in Fig. 5 nach
der Einstellung des Widerstandswertes.
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In der Zeichnung ist in stark vergrößertem Maßstab eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Widerstandes
dargestellt, welcher besonders für die Verwendung in gedruckten bzw. geätzten Schaltungen geeignet ist. Ein
Trägerkörper 10 mit quadratischem Grundriß, welcher aus elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise
Keramik bzw. Glas besteht, weist ein Mittelteil auf, in welchem eine längs einer Diagonalen des Trägerkörpers
verlaufende V-förmige Nut 12 gebildet ist. Der Trägerkörper 10 weist diagonal gegenüberliegende Endteile 14
und 16 auf, welche derart mit einer Metallschicht überzogen sind, daß eine Verbindung mit einer Widerstandsstrecke gebildet
ist, welch letztere in der Nut 12 angeordnet ist. Der Mittelteil ist in bezug auf die Endteile I1I und 16
derart erhöht angeordnet bzw. erhaben ausgeführt, daß eine Einstellung des Widerstandswertes ohne Einwirkung auf die
Anschlußklemmen des Widerstandes und ohne störende Einwirkung durch die Widerstandsanschlüsse selbst möglich
ist. Eine Metallschicht 18 ist auf sämtlichen vier Oberflächen der jeweils diagonal gegenüberliegenden Endteile
bzw. 16 aufgetragen und erstreckt sich jeweils bis zu einem Teil der angrenzenden Enden der Nut 12 derart, daß eine
elektrische Verbindung mit der in der Nut befindlichen Widerstandsstrecke besteht. Gemäß der Darstellung in Pig. I
sind an jedem Ende der Nut 12 Teile 18a der Schicht 18 sichtbar, welche von einer Widerstandsschicht 30 bedeckt
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sind und derart in inniger Berührung mit dieser stehen,
daß ein guter elektrischer Kontakt zwischen dieser Widerstandsschicht und den Anschlußklemmen des elektrischen
Widerstandes nach der Erfindung gebildet ist. Die metallischen
Anschlußflächen werden typischerweise derart gebildet, daß die Ecken des Trägerkörpers 10 in eine Platin-Gold-Paste
getaucht werden und anschließend diese Paste derart beheizt wird, daß sich ein Metallschichtniederschlag
bildet. Die Unterfläche des Trägerkörpers 10 wird in ein Lötbad getaucht, so daß auf der Unterfläche
der Metallschicht Anschlußl'ötstellen 20 und 22 gebildet
werden. Diese Anschlußlötstellen bilden eine Einrichtung, mittels welcher der elektrische Widerstand nach der Erfindung
wirksam mit einer Schaltung verbindbar ist. Alternativ dazu können in solchen Anwendungsfällen, in
welchen Drahtverbindungen an diesen Oberflächen anzubringen sind, die oberen Flächen der Endteile 14 bzw. 16 mit einer
Goldschicht versehen werden, über der Widerstandsschicht
und über der Metallschicht wird eine Glasur angebracht,
welche den elektrischen Widerstand vor Feuchtigkeit bzw.
anderen Verunreinigungen schützt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Widerstand mit einem Gehäuse aus
IsQlationsmaterial umgössen wird, was im folgenden noch
ausführlicher beschrieben ist.
Der Widerstand nach der Erfindung eignet sich
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besonders für den Einbau in" gedruckten bzw. geätzten Schaltungen,
da die Anschlußstellen 20 und 22 auf entsprechende Leiterbahnen aufgesetzt und daran festgelötet werden können.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist die Anschlußstelle 20 mit einer Leiterbahn 24 verlötet, welche auf einer Leiterplatte
26 gebildet ist. Die Anschlußstelle 22 ist mit einer Leiterbahn 28 verlötet, welche ebenfalls auf der Leiterplatte
26 ausgebildet ist. Der elektrische Widerstand nach der Erfindung ist deshalb in Mikroschaltungen anwendbar,
weil seine geringe Größe und ebene Ausbildung derartigen Mikroschaltungen angepaßt ist.
Die Nut 12, welche einen V-förmigen Querschnitt aufweist, ist in dem erhabenen Mittelteil des Trägerkörpers 10
gebildet und verläuft zwischen den Endteilen 14 und 16.
Die Steigung der Nutflanken ist derart gewählt, daß sich bei Abtragen einer bestimmten Menge der Widerstandsschicht
in der Nut eine bestimmte Änderung des Widerstandes ergibt, was im folgenden noch ausführlicher beschrieben ist. Obgleich
die Nut in der Zeichnung als V-förmige Nut dargestellt ist, muß die Nut selbstverständlich nicht unbedingt diese
besondere Gestalt aufweisen, sondern kann ebenso bogenförmig bzw. von anderer Querschnittsform sein.
Die Widerstandsstrecke wird von einer Schicht 30
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JIi
aus Widerstandsmaterial gebildet, welche auf die Oberfläche der Nut 12 sowie auf die Teile 18a der leitenden
Schicht 18 aufgebracht ist, welche jeweils auf den entsprechenden Enden der Nut gebildet sind.. Die äußersten
Ränder der Widerstandsschicht 30 schließen im wesentlichen
mit dem äußersten Rand des erhabenen Mittelteiles des Trägerkörpers IO ab. Die Widerstandsschicht 30 kann jedoch
auch benachbarte Oberflächen 36 bzw. 38 des erhabenen
Mittelteils Überdecken. Eine Glasur bzw. eine andere Schutzschicht ist auf die Widerstandsschicht 30 und
auf die Metallschicht 18 aufgebracht und schützt diese beiden Schichten gegen Feuchtigkeit bzw. Verunreinigung.
Diese Glasur ist gewöhnlich lichtdurchlässig und deshalb
in Fig. 1 nicht sichtbar. Sie bedeckt den gesamten Trägerkörper 10 und läßt lediglich die Anschlußstellen 20 bzw.
frei.
Zum Zwecke der Einstellung des Widerstandswertes des
elektrischen Widerstandes nach der Erfindung werden die
äußersten Ränder der Schicht 30 entfernt, beispielsweise durch Abschleifen, und dadurch der Widerstand der Widerstandsstrecke
durch Verringerung ihrer Querschnittsfläche erhöht.
Dieses Abschleifen ist leicht derart durchführbar, daß beispielsweise eine Schleifscheibe bzw. ein Ultraschallschleifer
über die oberste Fläche des Widerstandes
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hinweggeführt und damit eine bestimmte Menge an Widerstandsmaterial entfernt wird. Wie in Fig. 4 dargestellt,
sind Ränder 32 und 34 der Widerstandsschicht 30 gemeinsam mit der angrenzenden Oberfläche von Ecken 36
und 38 abgetragen und damit der Widerstand um einen bestimmten
Betrag erhöht worden. Die Steigung der Nutflanken ist derart gewählt, daß sich bei Abtragen einer bestimmten
Menge von Trägermaterial eine bestimmte Widerstandsänderung ergibt. Beispielsweise erlaubt eine relativ flache Nut
eine ziemlich große Widerstandsänderung bei ziemlich geringem Materialabtrag, während eine stelle Nut eine
relativ geringe Widerstandsänderung bei einem bestimmten Materialabtrag erlaubt. Zur raschen Bestimmung des Widerstandswertes
kann der Widerstand über die Anschlußklemmen mit einem Ohmmeter verbunden sein, so daß der
Widerstand während des Abtragens von Widerstandsmaterial ständig gemessen wird. Es ist ersichtlich, daß
nur ein relativ schmaler Rand der Schicht 30 nach dem
Materialabtragungsvorgang den Einflüssen der Umgebung ausgesetzt ist und daß demzufolge fast die gesamte Widerstandsschicht
gegenüber der Umgebung durch die Glasur geschützt bleibt. Die durch das Materialabtragen freigelegten
Ränder der Schicht 30 können anschließend wieder mit einer Glasur bzw. mit einem anderen geeigneten Material
bedeckt werden, so daß der eingestellte Widerstand wieder
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vollständig geschützt ist.
In den Fig. 5 und 6 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Widerstand
mit einem Schutzgehäuse umgössen ist. Ein Gehäuse 40 aus Epoxydharz bzw. aus einem anderen geeigneten
Isolations- und Schutzmaterial ist gegossen bzw. auf andere Weise um den Trägerkörper 10 herum ausgebildet und
bedeckt dabei die Widerstandsschicht 30 und die'metallischen Endteile 14 und 16. Die Unterfläche des Widerstandes,
welche die leitenden Anschlußstellen 20 und 22 aufweist, wird von dem Gehäuse nicht bedeckt, so daß
der Widerstand mit einer Schaltung verbindbar ist« Gemäß der Darstellung in Fig. 5 sind die oberen. Ränder der
Widerstandsschicht 30 mit Gehäuse- bzw. Einkapselungsmaterial
bedeckt. Wenn der Widerstand für einen bestimmten-Verwendungszweck
seinen genauen Wert aufweist, so wird er in dieser Form verwendet, ebenso wie die mit einer Glasur
versehene Ausführungsform, welche oben beschrieben ist.
Zum Zweck der Einstellung des Widerstandswertes bei der
hier hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung werden die äußersten Ränder der Widerstandsschicht abgeschliffen bzw.
abgetragen, beispielsweise derart, daß eine Schleifscheibe
bzw. ein Ultraschallschleifer über die oberste Fläche des
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lfc
Widerstandes geführt und damit eine Epoxydharzschicht 42, welche die oberste Fläche des Trägerkörpers
bedeckt, und außerdem die Oberflächen 36 und 38 der Ecken abgetragen, wodurch die wirksame Fläche der Widerstandsstrecke
vermindert und deren Widerstandswert entsprechend erhöht wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 6
verbleibt ein Teil 44 des Gehäuses 40 nach der Einstellung des Widerstandswertes in der Nut und lediglich
dünne Ränder 46 und 48 der Widerstandsschicht 30 sind nach dem Materialabtragungsvorgang den Einflüssen
der Umgebung ausgesetzt. Diese dünnen Ränder können anschließend wieder mit einem geeigneten Material bedeckt
werden, so daß die Einkapselung bzw. das Schutzgehäuse des eingestellten Widerstandes wieder vollständig ist.
Das Schutzgehäuse 40 der letztgenannten Ausführungsform dient nicht nur zum Schutz des erfindungsgemäßen
Widerstandes vor den Einflüssen der Umgebung, sondern dient als auch Verstärkung, so daß ein Abschleifen der
Widerstandsschicht möglich ist, ohne daß der Keramikkörper zerpringt, in welchem die Widerstandsstrecke gebildet ist.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstandes
werden bestens bekannte Metallniederschlagsverfahren ver-
- 14 -
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wendet und das Herstellungsverfahren braucht deshalb hier nicht bis ins einzelne beschrieben zu werden· Kurz gesagt,
die leitende Schicht 18 wird auf die Endteile 11 und 16
sowie auf die Enden der Nut 12 mittels geeigneter Masken aufgesprüht und anschließend beheizt bzw. der Widerstand
nach der Erfindung wird getaucht und anschließend beheizt. Die Widerstandsschicht 30 wird aufgedampft
bzw. auf andere Weise durch eine entsprechend gebildete Maske auf die Oberfläche der Nut 12 aufgetragen.
Alternativ dazu kann, wie oben bereits erwähnt, die Widerstandsschicht
30 jedoch auch die gesamte obere Fläche des Widerstandsbauelementes bedecken, d.h. die Nut 12 und
außerdem die benachbarten Oberflächen 36 und 38. Das Aufbringen dieser Widerstandsschicht erfolgt derart, daß
eine Vielzahl von Widerständen Seite an Seite ohne Maske angeordnet wird und die Widerstandsschicht beispielsweise
durch Sprühen bzw. durch Aufdampfen im Vakuum aufgetragen wird. Eine Schutzglasur bzw. Schutzschicht wird anschließend
auf die Schichten 18 und 30 aufgebracht bzw. es wird in. oben beschriebener Weise ein vollständiges Gehäuse um
den erfindungsgemäßen Widerstand herum gegossen.
Ein typisches Beispiel für einen elektrischen Widerstand nach der Erfindung stellt eine Widerstandsschicht
- 15 -
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von 100 Ohm pro Quadrat dar, welche auf einen Keramikkörper
aufgebracht ist, dessen typische Abmessungen gemäß der Darstellung in Fig. 2 etwa lmm χ lmm betragen und welcher
gemäß der Darstellung in Fig. 3 eine Höhe von etwa 0,6 mm aufweist. Der Anfangswiderstand beträgt 80 Ohm, Dieser
Widerstand ist bis auf 400 0hm dadurch veränderbar, daß
etwa 0,76 mm der Breite der Schicht 30 abgetragen werden.
Eine Widerstandsänderung im Verhältnis 5 : 1 ist demzufolge durch Abschleifen einer relativ winzigen Menge von
Keramikträgermaterial und Widerstandsmaterial leicht erreichbar.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das, was im vorhergehenden dargestellt und beschrieben worden
ist, da es anhand der Erfindung dem Fachmann möglich ist, diese auf vielfältige Weise abzuwandeln. In der Zeichnung
ist zwar eine einzelne lineare Nut dargestellt, es ist jedoch klar, daß für höhere Widerstandswerte auch eine
gekrümmte, beispielsweise sinusförmige, Widerstandsstrecke
vorgesehen sein kann. Obgleich die dargestellte Ausführungsform einen quadratischen Grundriß aufweist, können
selbstverständlich auch andere geometrische Formen gewählt werden. Bei einer weiteren Ausfuhrungsform der
Erfindung können beispielsweise die Ecken 36 und 38 des
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in Pig. 1 dargestellten Widerstandes nach der Erfindung
derart abgeschliffen sein, daß sich ein recheckförmiger Trägerkörper mit. rechteckförmigen Anschlußend-*
teilen ergibt.
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Claims (8)
- Patentansprüche;1, Elektrischer Widerstand, gekennzeichnet durch einen Trägerkörper (10) aus elektrisch isolierendem Material, welcher ein zwischen zwei Endteilen (14, 16) angeordnetes Mittelteil sowie eine in der Außenfläche dieses Mittelteils gebildete Nut (12) aufweist, weiter durch eine Schicht (30) aus Widerstandsmaterial, welche in die Nut eingebracht ist und eine Widerstandsstrecke darstellt, und schließlich durch zwei Anschlußstellen (18 bzw. 20, 22), welche jeweils auf den Endteilen des Trägerkörpers gebildet und jeweils mit den Enden der Widerstandsstrecke verbunden sind, wobei die beiden Anschlußstellen jeweils einen auf einer Fläche des Trägerkörpers gebildeten, leitenden Teil (20, 22) aufweisen, welcher für den Anschluß an eine gedruckte bzw. geätzte Schaltung geeignet ist.
- 2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (10) einen quadratischen Grundriß aufweist, daß weiter der Mittelteil längs einer Diagonalen dieses quadratischen Grundrisses ange-- 18 -009842/121620147 3Di!ordnet ist und daß schließlich die Endteile (14, 16) von zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken des Trägerkörpers gebildet werden.
- 3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil mit Bezug auf die Endteile (14, 16) erhöht ausgebildet ist.
- 4. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußstellen (18) Jeweils einen leitenden Teil (20, 22) aufweisen, welcher jeweils auf einer Oberfläche des Trägerkörpers (10) gebildet ist, die sich auf der von der genannten Außenfläche abgewandten Seite des Trägerkörpers befindet.
- 5. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen überzug aus Schutzmaterial, welcher auf die Widerstandsschicht aufgebracht ist und deren Verschmutzung verhindert.
- 6. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (12) V-förmig ist.- 19 -009842/1216
- 7. Widerstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Nut (12) als sinusförmige Strecke in der genannten Außenfläche des Mittelteiles gebildet ist.
- 8. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis Y, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußstellen (18) eine leitende Schicht aufweisen, welche jeweils auf den Endteilen (14, 16) des Trägerkörpers (10) sowie jeweils auf einem Teil der Nutenden aufgebracht ist, wobei die Schicht aus Widerstandsmaterial in innigem elektrischem Kontakt mit der leitenden Schicht steht.- 20 -009842/1216
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