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Potentiometer" Die Erfindung bezieht sich auf ein Potentiometer,
das einen Träger aus einem temperaturbeständigen, elektrisch isolierenden Werkstoff,
wie Glas, glasierte oder polierte Keramik, eine darauf aufgedampfte oder aufgestäubte
Grundschicht aus elektrisch schlecht- oder nichtleitendem Werkstoff und auf der
Grundschicht eine aufgedampfte oder aufgestäubte Widerstandsschicht aufweist.
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Aus der deutschen Patentschrift 878 236 ist ein hochohmiger Widerstand
für stetig veränderbare Potentiometer bekannt, der einen Träger aus einem Polyplast
aufweist. Auf diesen Träger ist eine dünne dielektrische Schicht aus anorganischem
Werkstoff, insbesondere aus Siliziummonoxid, im Vakuum aufgedampft
und
auf diese dielektrische Schicht eine dünne leitende Metall- oder Halbleiterschicht.
Wegen der zu großen Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen
Träger und Schicht und der mangelhaften Festigkeit des Kunststoffträgers haben sich
diese Potentiometer nicht bewährt.
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Aus der schweizerischen Patentschrift 319 742 sind ebenfalls durch
Aufdampfen im Vakuum oder durch Kathodenzerstäubung hergestellte Potentiometer bekannt.
Dabei wird auf einem Träger aus Glas, Glimmer, einem keramischen Werkstoff oder
aus mit einer Glasur versehenen Metallunterlage die Widerstandsschicht aufgedampft
oder aufgestäubt. Um die Abrasion der Widerstandsschicht zu vermindern, wird auf
die Widerstandsschicht noch eine elektrisch leitende Schutzschicht aufgedampft oder
aufgestäubt, die um ein Vielfaches dicker ist als die Widerstandsschicht. Als Werkstoff
für diese Schutzschicht wird halbleitendes Material bevorzugt, das einen höheren
spezifischen elektrischen Widerstand als der Werkstoff für die Widerstandsschicht
besitzen muß. Aus der Verwendung einer Halbleiterschutzschicht resultiert aber,
daß sich bezüglich des elektrischen Widerstandes undefinierte Oberflächenschichten
ausbilden, die einen stetigen Widerstandsverlauf mit dem Drehwinkel verhindern.
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Weiterhin ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1 540 167 ein
Potentiometer bekannt, bei dem eine Cermetschicht als Widerstandsbahn auf einen
elektrisch nichtleitenden Träger aufgedampft ist. Um bei mäßigem Schleiferdruck
einen weitgehend konstanten Kontaktwiderstand zwischen Schleifer und Cermetschicht
zu erhalten, wird auf die Cermetschicht eine im Vergleich zu ihr dünne Edelmetallschicht
aufgedampft, die -durch anschließende Wärmebehandlung der Anordnung mindestens in
den
Oberflächenbereich der Cermetschicht eindiffundiert. Cermet-Widerstands
schichten bieten infolge ihres metastabilen Zustandes bekanntlich keine ausreichende
Gewähr für eine Widerstandskonstanz über längere Zeiträume. Wenn die Oberfläche
nicht geschützt ist, was bei einem Potentiometer äa nicht möglich ist, ändert sich
der Widerstand besonders stark. -Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,gein Potentiometer
zu schaffen, das bei langer Lebensdauer eine hohe Widerstandskonstanz, hohe Abrasionsfestigkeit
und konstanten Kontaktwiderstand aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe für ein Potentiometer der eingangs genannten
Gattung erfindungsgemäß dadurch, daß die Grundschicht aus einer 1 bis 3 /u dicken
Schicht aus Silizium, Siliziumkarbid, Bor oder Borkarbid besteht, in deren dem Träger
abgekehrte Oberflächenschicht Teilchen aus dem die Widerstandsschicht bildenden
Werkstoff, insbesondere aus Kohlenstoff, Gold, einem Metall der Platingruppe, Titankarbid
oder Tantalkarbid, eingelagert sind. Durch diesen erfindungsgemäßen Schichtaufbau
wird erreicht, daß die belegte Trägeroberfläcne durch die auf ihr gut haftende,
nicht zu dünne und Korrosionsfeste Grundschicht stabilisiert wird. Diese erfindungsgemäße
Grundschicht aus Silizium, Siliziumkarbid, Bor oder Borkarbid verhindert, daß die
Trägeroberfläche infolge des Schleiferdruckes an lokalen Stellen zusammenbricht
und infolge der dadurch bedingten schwankenden Rauhigkeit keine Linearität zu erzielen
ist und die Oberfläche schließlich völlig zerstört wird. Die Grundschicht ist erfindungsgemäß
so ausgewählt, daß sie bei Einlagerung von Teilchen aus dem die Widerstands schicht
bildenden Werkstoff an der Grenzfläche zur Widerstandsschicht eine festhaftende,
die Abriebeirrenschaften nicht verschlechternde Verbindung ergibt wie
im
Falle von Kohlenstoff, einem Metall der Platingruppe oder Titan- oder Tantalkarbid,
bzw. daß im Falle von eingelagertem Gold dieses mit dem Werkstoff der stabilisierenden
Grundschicht ein niedrigschmelzendes Eutektikum bildet. Durch den erfindungsgemäßen
Schichtaufbau ist sichergestellt, daß durch die mechanische Reibbeanspruchung des
Schleifers keine Schichtzerstörung hervorgerufen wird, daß sich ferner keine elektrisch
isolierend wirkenden Oberflächenschichten ausbilden können und daß der elektrische
Widerstand auch über lange Zeiträume gesehen konstant bleibt. Die Lebensdauer von
erfindungsgemäß ausgebildeten Potentiometern ist mit angepaßtem Schleifkontakt größer
als 1 Million Betätigungen.
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Weiterhin bringt der erfindungsgemäße Schichtaufbau des Potentiometers
den Vorteil mit sich, daß durch entsprechende Wahl der Dichte der in die Oberflächenschicht
der Grundschicht eingelagerten Teilchen aus Werkstoff der Widerstandsschicht Widerstandswerte
von wenigen Ohm bei großer Teilchendichte bis zu 1.000 Megohm (109 Ohm) auf einfache
Weise und nach gleichem Verfahren hergestellt werden können.
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Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Potentiometers wird an nachstehendem
Beispiel erläutert. In einer an sich bekannten Aufdampfanlage, in der ein Vakuum
von etwa 10-5 mm Hg aufrechterhalten wird, wird ein in üblicher Weise vorgereinigter
Glasträger je nach Glasart auf eine Temperatur im Bereich von 500 OC bis 600 OC
erhitzt. Dann wird mittels Elektronenbombardement Silizium verdampft und auf dem
erhitzten Glasträger eine Siliziumschicht von etwa 2 /u Dicke niedergescillagen.
Diese Siliziumscilicht besitzt einen elektrischen Widerstand von einigen 100 bis
1.000 Megohm. Wenn die Dicke voll 2 /u erreicht ist, wird gleichzeitig mittels einer
zweiten Elektronenkanone Kohlenstoff verdampft und darm zusammen mit
Silizium
niedergeschlagen. Dabei wird der elektrische Widerstand der niedergeschlagenen Schicht
laufend mit einer Meßbrücke an einem gleichzeitig beschichteten Testglas gemessen.
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Wenn die elektrische Leitfähigkeit der Schicht etwa 2/3 des gewünschten
Wertes erreicht hat, wird die Verdampfung von Silizium langsam bis auf Null reduziert,
so daß am Ende nur noch Kohlenstoff niedergeschlagen wird. Die Verdampfung von Kohlenstoff
wird dann beendet, wenn der gewünschte Widerstandswert auf dem Testglas erreicht
wird. Auf die so hergestellte Schicht folge werden dann noch wie an sich bekannt
lötfähige ELektroden aufgedampft. Die fertig beschichteten Glasträger können dann
auf Metallplättchen aufgeklebt werden, um sie bruchsicher zu machen. Bei den anderen
genannten Werkstoffen erfolgt die Aufdampfung sinngemäß in gleicher Weise.
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Die Dicke der auf die Grundschicht aufgedampften, nur aus Widerstandswerkstoff
bestehenden Widerstandsschicht beträgt bis zu 1 /U.
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Die vorstehend beschriebene Herstellungsweise von Potentiometern durch
Aufdampfen der Schichten kann auch in der Weise abgeändert werden, daß die Schichten
aufgestäubt werden.
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Die Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäß beschichtetes
Potentiometer in vergrößertem Maßstab.
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Mit 1 ist ein Glasträger beoeicimet. Auf diesen ist die Grundschicht
2 aufgedampft oder aufgestäubt. In die Oberflächenschicht der Grundschicht sind
TeiLchen 3 aus dem die Widersbandssc}iicht 4 bildenden Werkstoff eingelagert. Mit
5 sind die teiLweise auf den Träger, teilweise auf die Widerstarl(lsschicht aufgedampften,
lötfähigen Fes tkontak be bezeichnet.