DE2112595A1 - Verfahren zur Herstellung eines aufloetbaren Temperaturmesswiderstandes und aufleotbare Temperaturmesswiderstaende

Info

Description

Claims

DE2112595A1

Publication number: DE2112595A1
Application number: DE19712112595
Authority: DE
Inventors: Helmut Schilling; Herbert Schuhl
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1971-03-16
Publication date: 1972-09-28
Also published as: GB1389067A; IT952235B; CH535950A; DE2112595B2; FR2130349B1; FR2130349A1; DE2112595C3

Patent anme!dung

"Verfahren zur Herstellung eines auflöfbaren Temperaturmeßwidersta,ndes und auflötbare Temperaturmeßwider stände"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines auflötbaren TemperaturmeßwiderStandes, bei dem auf einen Träger aus elektrisch isolierendem Werkstoff ein Widerstandsdraht aufgebracht und danach der Träger mit dem Widerstandsdraht in einen elektrisch isolierenden glasartigen oder keramischen Werkstoff eingebettet wird.

Bei der Temperaturmessung besteht ganz allgemein die Aufgabe, den Temperaturfühler mit dem zu messenden Gegenstand so zu verbinden, daß sich ein guter Wärmeübergang und damit eine hohe Ansprechgeschwindigkeit ebenso wie eine hohe Meßgenauigkeit ergeben. In der Praxis werden beispielsweise bei der Temperaturmessung von Kunststoffspritζ- und -preßmaschinen Widerstandsthermometer verwendet, bei denen eine oder mehrere Meßwendeln auf einem Isolierkörper angeordnet sind. Solche Widerstandsthermometer sind meist als Zylinderkörper ausgebildet und in einem Sackloch angeordnet, welches in den zu messenden Körper gebohrt wurde.

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Um einen möglichst guten Wärmeübergang zwischen dem zu messenden Körper un dem Temperaturfühler sicherzustellen, wurde in dem deutschen Gebrauchsmuster 1 919 344 und in der Deutschen Offenlegungsschrift 1 473 254 bereits eine satte Anlage der Stirnfläche des Temperaturfühlers am Grund der Meßbohrung empfohlen, wobei der Wärmeübergang lediglich am Boden des Fühlers erfolgt. Im vorerwähnten Gebrauchsmuster erfolgt der Wärmeübergang dabei über eine dünne Silberschicht.

Hierbei sind zur Erzielung einer satten Anlage der Stirnfläche des lose eingeschobenen Meßwiderstandes an dem Grund der Meßbohrung besondere Maßnahmen wie ein hoher AnpreSdruck erforderlich.

Zur Ausschaltung von der Temperaturübertragung schädlichen Zwischenräumen,\vie Luftpolstern oder sonstigen Isolierschichten, ist es aus der deutschen Patentschrift 967 507 bekannt, auf eine auf der Meßwicklung angebrachte Isolierschicht eine Metallschicht aufzuspritzen. Diese Art der Aufbringung von Metallschichten ist jedoch insbesondere für die Massenproduktion wegen des erforderlichen hohen Arbeitsaufwandes zu teuer. Sie bedingt ferner große Metallabfälle und Schutzmaßnahmen für das Bedienungspersonal. Häufig haftet im Gebrauch, die aufgespritzte Metallschicht nicht auf Dauer, sondern platzt leicht ab.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Temperaturmeßwider jstand zu schaffen, der auf eine Oberfläche des zu messenden Körpers oder Gegenstandes auflötbar ist und die oben angeführten Forderungen einer hohen Meßgenauigkeit, eines guten Wärmeüberganges und damit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit erfüllt und in einfacher Weise herzustellen ist.

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Gelöst wird diese Aufgabe bei einem auflötbaren Temperatürmeßwiderstand dadurch, daß wenigstens auf den Teilbereich der rauhen Oberfläche des Einbettwerkstoffes, der den Widerstandsdraht einhüllt, eine elektrisch leitfähige Teilchen enthaltende Suspension aufgebracht und anschließend bei einer Temperatur eingebrannt wird, die kleiner ist als die Erweichungstemperatur des Einbettwerkstoffes, und daß auf dieser Einbrennschicht in an sich bekannter Weise eine mindestens mehrere /U dicke Metallschicht hergestellt wird.

Bei einem nach dem erfindungsgemäßen Yerfahren hergestellten Temperaturmeßwiderstand hat die praktische Anwendung gezeigt, daß dieser leicht in üblicher Weise in ein Schutzrohr einlötbar oder auf eine Oberfläche auflötbar ist. Der Wärmeübergang ist erheblich verbessert, und dadurch ist ein schnelles Ansprechen bei auf ein Mindestmaß herabgesetzten Meßfehlern gewährleistet. Die durchgeführten Messungen ergaben zum Teil sogar bessere Werte als diejenigen von temperaturabhängigen Halbleite rwiderständen.

Die Versuche haben gezeigt, daß ein Abplatzen der aufgebrachten Metallschichten durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vermieden wird.

Die die elektrischen Teilchen enthaltende Suspension wird vorteilhafterweise aufgestrichen oder im Tauchverfahren aufgebracht Metallverluste, wie sie beim Aufspritzen von Metallschichten auftreten, sind hierdurch vermieden.

Die Suspension enthält als elektrisch leitende Teilchen bevorzugt Edelmetalle oder Edelmetallverbindungen. Besonders bewährt haben sich die als Glanzsilber, Glanzgold oder als Glanzplatin bekannten Zusammensetzungen, wie sie z.B. zum Dekorieren von Porzellan verwendet werden.

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-A-

Die aufgebrachte Suspension wird bei einer Temperatur von mehr als 300 ⁰G eingebrannt. Nach dem Einbrennen wird eine mehrere /U dieke Metallschicht auf die Einbrennschicht aufgebracht. Besonders vorteilhaft hat sich hierzu das galvanische Verfahren bewährt. Auch hierbei treten keine Metallverluste auf. Die aufgebrachte Metallschicht besteht insbesondere aus Silber oder einer Legierung auf Silberbasis.

Der auf diese Weise hergestellte Temperaturmeßwiderstand kann schon direkt aufgelötet werden. Es hat sich aber als vorteilhaft erwiesen, auf die galvanisch aufgebrachte Metallschicht noch eine zusätzliche Metallschicht, beispielsweise eine Kupferschicht, auf galvanischem Wege aufzubringen. Die Metallschicht und die zusätzlich aufgebrachte Kupferschicht sollen, um eine gute Lötbarkeit sicherzustellen, eine Dicke von insgesamt 10 /U aufweisen.

Als Werkstoff für den Meßdraht werden für diesen Zweck an sich bekannte Werkstoffe verwendet, wie beispielsweise Platin. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung einer Drahtwendel beschränkt. Anstelle der Drahtwendel kann z.B. als elektrischer Widerstand auch eine mäanderförmig oder in Form einer Wicklung aufgedampfte Metallschicht verwendet werden.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für erfindungsgemäße Meßwiderstände ist das Gebiet der Kunststoffspritz- und -preßmaschinen. Der erfindungsgemäße Meßwiderstand kann aber auch auf anderen Sachgebieten mit Vorteil angewendet werden. Hierzu seien beispielsweise genannt: Messung und Regelung von schnell ansprechenden Heizungen, Thermometer für Kraftwerke.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung beispielsweise und rein schematisch dargestellt.

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J?igur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Temperaturmeßwiderstand

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Temperaturmeßwiderstand gemäß Figur 1

Wie den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, besteht der erfin-■ dungsgemäße Temperaturmeßwiderstand im dargestellten Ausfüh-r rungsbeispiel aus einem flachen, z.B. lamellenartigen Träger aus Glas oder einem geeigneten keramischen Werkstoff. Der Träger kann auch als Stab oder Röhrchen ausgebildet sein.

Auf diesem Träger wird der Widerstandsdraht 2 in Form einer Wicklung entweder in Zickzack-Lagen parallel zur Längsachse des Trägers oder als mono- oder bifilare Spiralwicklung oder mäanderförmig aufgebracht. Die Festlegung der Wicklungsform kann durch entsprechende Profilierung des Trägers erleichtert werden.

Der Träger 1 und der aufgewickelte Widerstandsdraht 2 werden sodann mit einer elektrisch isolierenden Schicht 3 aus glasartigem oder keramischem hochtemperaturbeständigen und/oder hochschmelzenden Material überzogen und darin vollständig eingebettet. Als Material für diese Einbettschicht haben sich sowohl Glas als auch Aluminiumoxidkeramiken bewährt. Glaspulver oder Glasfasern können ebenfalls Verwendung finden. Die Glasur oderd|.e ähnlich.zusammengesetzte Isolierschicht 3 besitzt eine rauhe Oberfläche zumindest an den Teilen, an denen die darauf folgende elektrisch leitfähige Schicht 4 aufgebracht wird. Eine mechanische Aufrauhung oder eine Ätzung der Schicht 3, z.B. mittels Fluorwasserstoffsäure, ist nur erforderlich, falls die

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rauhe. Oberfläche dem verwendeten Material nicht bereits eigen

ist. Die elektrisch leitfähige Schicht 4 wird durch Aufstreike ine r

chen mit einem PinselVoder Eintauchen in eine Suspension erhalten, welche aus Glanzsilber, Glanzgold oder Glanzplatin besteht Die Bereiche der elektrischen Anschlüsse 7 des Widerstandes 2
werden erforderlichenfalls frei gelassen bzw. abgedeckt. Dana,ch wird die so aufgebrachte Suspension bei einer Temperatur von
mehr als 300 ⁰C, vorzugsweise bei 600 ⁰O, eingebrannt. Hierdurch entsteht eine festhaftende, elektrisch leitfähige Schicht 4.

j Auf der leitfähigen Schicht 4 wird nach dem Einbrennen eine
Silberschicht 5 oder eine Legierung auf Silberbasis¹ galvanisch
abgeschieden und dadurch die leitfähige Schicht weiter verstärkt. Die Dicke der Silber- oder Silber enthaltenden Schicht 5 ist größer als 2 /u.

Obwohl der so erhaltene Temperaturmeßwiderstand bereits lötfähi^ ist, wird vorzugsweise eine weitere Schicht 6 aus einem anderen lötfähigen, gut elektrisch und Wärme leitenden Metall wie Kupfei galvanisch hierauf abgeschieden. Die Silberschicht 5 und die
Kupferschicht 6 sollten eine Gesamtdicke von mindestens 10 /U
aufweisen.

Der so erhaltene Meßwiderstand wird dann mit der Silberschicht I oder der Kupferschicht 6 auf den zu messenden Körper aufgelötet und ist nach Anlegen einer EMK an den Anschlüssen 7 zur schnellen und genauen Temperaturmessung geeignet.

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Hanau, den
PA-Zw/Th

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Hanau (Main)

Patentansprüche

My Verfahren zur Herstellung eines auflötbaren Meßwiderstandes für Temperaturmessungen, bei dem auf einem Träger aus elektrisch isolierendem Werkstoff ein Widerstandsdraht aufgebracht wird und danach der Träger mit der Widerstandsspirale in einen elektrisch isolierenden glasartigen oder keramischen Werkstoff eingebettet wird, dadurch^kejgnjaej.chaet, daß wenigstens auf den Teilbereich der rauhen Oberfläche des Einbettwerkstoffes, der den Widerstandsdraht einhüllt, eine elektrisch leitfähige Teilchen enthaltende Suspension aufgebracht und anschließend bei einer Temperatur eingebrannt wird, die kleiner ist als die Erweichungstemperatur des Einbettwerkstoffes, und daß auf dieser Einbrennschicht in an sich bekannter Weise eine mindestens mehrere /U dicke Metallschicht hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht auf galvanischem Wege aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrischen Teilchen enthaltende Suspension aufgestrichen oder im Tauchverfahren aufgebracht wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Edelmetall oder Edelmetall-Verbindungen enthaltende Suspension verwendet wird.

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^l3 if

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5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Suspension Glanzsilber, Glanzgold und/oder Glanzplatin verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Suspension bei einer Temperatur von mehr als 300 ^QC eingebrannt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die eingebrannte Schicht eine Schicht aus SiI-

P ber oder einer legierung auf Silberbasis aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Metallschicht wenigstens eine weitere aus einem anderen Metall bestehende Schicht von wenigstens insgesamt 10 /U Dicke atifgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Metallschicht eine Eupferschicht galvanisch aufgebracht wird.
10. Temperaturmeßwiderstand, bestehend aus einem Träger aus elek k trisch isolierendem Werkstoff, einem Widerstandsdraht und einer den Träger und den Widerstandsdraht umhüllenden glasartigen oder keramischen Isolierschicht, dadurch gekennzeich net, daß auf die Isolierschicht wenigstens im Bereich des Widerstandsdrahtes eine edelmetallhaltige Einbrennschicht aufgebracht und auf dieser Einbrennschicht eine wenigstens mehrere /u dicke Metallschicht angeordnet ist.
11. Temperaturmeßwiderstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Metallschicht wenigstens eine zusätzliche aus einem anderen Metall bestehende Schicht von wenigstens insgesamt 10 /U Dicke angeordnet ist.

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