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Schichtwiderstand mit Sicherungswirkung und hoher Impulsbelastbarkeit
Die Erfindung betrifft einen Schichtwiderstand mit Sicherungswirkung und hoher Impulsbelastbarkeit
mit einem oder mehreren die Form der Widerstandsschicht beeinflussenden Trennschnitten
in der Schicht.
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Schichtwiderstände, deren Widerstandsschicht vorzugsweise auf zylindrischen
Trägerkörpern aufgebracht ist, werden normalerweise durch Einbringen von Trennschnitten,
z.3. in Form einer mehrgängigen Spirale, die die Form der Widerstandsschicht beeinflussen,
abgeglichen.
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Werden solche Widerstäiide mit Impulsen, deren Leistung ein Vielfaches
der Nennbelastbarkeit des Widerstandes erreichen kann, belastet, so treten an den
Wendelanfängen und -enden des Widerstandes durch Stromeinschnürungseffekte Temperaturerhöhungen
auf. Dadurch kann die Schicht teilweise zerstört werden, was eine große änderung
des Widerstandswertes oder sogar Totalausfall des Widerstandes zur Folge haben kann.
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Dieser Nachteil ergibt sich insbesondere bei Schichtwiderständen,
die als Sicherungswiderstand ausgebildet sind, bei denen die Breite und/oder Dicke
der Widerstandsschicht auf einer begrenzten Lange und nicht stetig, und an einer
Stelle
so verringert ist, daß bei einem länger dauernden Überschreiten
der zulässigen Nennbelastung des Widerstandes die Widerstandsschicht an der genannten
Stelle zerstört und damit der Stromkreis unterbrochen und so dem Widerstand nachgeschaltete
Bauelemente oder Geräte geschützt werden.
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Es ist bereits bekannt, den Abgleich.eines Sicherungswiderstandes
durch Einschleifen eines rechteckigen Fensters in die Widerstandrschicht vorzunehmen.
Die bei Impulsbelastung auftretende Stromeinschndrung führt aber auch bei einem
solchen Widerstand zu den bereits für die gewendelten Schichtwiderstände genannten
Ausfallmechanismen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schichtwiderstand
mit Sicherungsw7irklung und hoher Impulsbelastbarkeit zu schaffen, bei dem keine,
die Widerstandsschicht schädigenden Stromeinschnürungseffekte auftreten und der
trotzdem eine ausreichende Sicherungswirkung hat, d.h. der bei längerem Überschreiten
der Nennbelastbarkeit die nachgeschalteten Bauelemente oder Geräte durch Stromunterbrechung
schützt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennschnitte
so verlaufen, daß die Breite der Widerstandsschicht zwischen den beiden kontaktierten
Enden des Widerstandes unter Vermeidung eines scharfen Sprunges auf einen Minimalwert
eingeengt ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß bei Impulsbelastung die Widerstandsschicht schädigende Stromeinschnürungseffekte
nicht auftreten und trotzdem die gewgnschte Sicherungswirkung erhalten bleibt.
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Entsprechende Widerstände bleiben z.B. bei durch Blitzschlag verursachte
Wanderwellen in elektrischen Leitungen funktionsfähig, schützen aber bei länger
dauerndem Überschreiten der Nennbelastung die nachgeschalteten Geräte durch Stromunterbrechung.
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Die Trennscheitte können entweder eine geschlossene Kurve bilden,
die eine Flache umschließt, deren die Breite der Widerstandsschicht einengende Breite
stetig zu- und dann wieder abnimmt oder als einzelne Trennschnitte parallel zueinander
verlauf 011 und in Läiigsrichtung der Widerstandsschicht hintereinander liegen und
sich in ihrer Länge über ein Teil der Breite der Widerstandsschicht erstrecken.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können solche Widerstände
dadurch hergestellt werden, daß die Urennschnitte in die l.iderstandsschicht eingeschliffen
oder mit einem Laser eingeschnitten werden. Dabei ist es zweckmäßig, das Einschleifen
bzw. Einschneiden der Trennlinien selbsttätig zu steuern.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die Widerstandsschicht
eines Schichtwiderstandes mit Sicherungswirkung entsprechend dem Stand der Technik
und die Fig. 2 bis 4 die Widerstandsschicht von drei Ausführungsbeispielen eines
Widerstandes gemäß der Erfindung.
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Die Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf eine Widerstandsschicht 3 eines
Schichtwiderstandes, die an ihren Enden mit Anschlüssen 4 versehen ist. Da die Widerstandsschicht
eines Schichtwiderstandes normalerweise auf einen zylindrischen Trägerkörper aufgebracht
ist, zeigt die Fig. 1 die Abwicklung einer solchen Widerstandsschicht, d.h. bei
der praktischen Ausführung des Schichtwiderstandes gehen die Linien 2 ineinander
über. Fur die hier im folgenden angestellten Betrachtungen ist es übersichtlicher,
die Draufsicht, d.h. die Abwicklung der Widerstandsschicht zu betrachten.
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Bei dem bekannten Scbichtwiderstand ist ein rechteckiges Fenster 1
in die Widerstandsschicht 3 eingeschnitten; dies hat den bereits erwähnten Nachteil,
daß insbesondere an den Fensterkanten bei Impulsbelastung eine starke Stromeinsclmürun.g
und damit eine örtliche Überhitzung der Widerstandsschicht eintritt.
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Fig. 2 zeigt eine entsrreehende Draufsicht auf eine Widerstandsschicht
eines Widerstandes nach der Erfindung. Hier wird die erforderlichc Einengung der
Breite der Widerstandsfläche durch einen Trennschnitt 5a erreicht, der eine geschlossene
Kurve bildet und eine Fläche umschließt, deren, die nutzbare Breite der Widerstandsschicht
3 einengende Breite stetig zu- und dann wieder abnimmt. Dies bedeutet, daß der Treniischnitt
5a so verläuft, daß die Breite der Widerstandsschicht 3 zwischen den beiden kontaktierten
Enden 4 des Widerstandes unter Vermeidung eines scharfen Sprungea auf einen I4inimalwert
eingeengt ist.
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Diese stetige Einengung kann aber auch, wie die Fig. 3 zeigt, dadurch
weitgehend angenähert werden, daß Trennschnitte 5b parallel zueinander angebracht
werden, die in Längsrichtung der Widerstandsschicht hintereinander liegen und sich
in ihrer Länge über einen Teil der Breite, d.h.
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hier des Umfanges, der Widerstandsschicht 3 erstrecken. Die Länge
der hintereinander liegenden Trennschnitte 5b nimmt dabei von einem Minimalwert
auf einen Maximalwert in der Mitte zu und dann wieder auf den Minimalwert ab.
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Eine brauchbare und technisch besonders einfach erreichbare Annäherung
an die in Fig. 2 dargestellte Einengung der Widerstandsschieht läßt sich, wie dies
in Fig. 4 dargestellt ist, bei verminderten Anforderungen an die Impulsfestigkeit
des Widerstandes bereits mit drei Trennschnitten 5b erreichen, von denen der mittlere
Trennschnitt etwas länger ist als die beiden äußeren Trennschnitte.
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Auch bei einem solchen Widerstand mit nur drei Trennschnitten ist
bei Dauerbelasturg an der am stärksten eingeengten Stelle der Widerstandsschicht
die Erwärmung groß genug, um den Widerstand oberhalb einer vorgegebenen Dauerbelastung
zu unterorechen und so den gewünschten Sicherungseffekt zu erreichen.
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Die elektrische Belastbarkeit des Widerstandes im Dauerbetrieb richtet
sich nach der zugelassenen Temperatur am heißesten Punkt der Widerstandsoberfläche.
Sie wird wesentlich bestinit durch die äußeren Abmessungen des Widerstandes und
die Einenguiig seiner leitenden Schicht.
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Bei zwei praktisch ausgeführtem Schichtwiderständen mit Sicherungswirkung
entsprechend Fig. 4 ergaben sich folgende Kennwerte: Bei dem ersten Widerstand war
die Widerstandsschicht auf einen Keramikzylinder mit 5,1 mm Durchmesser aufgebracht;
die Länge zwischen den Kontakten betrug 8,8 mm. Die drei Trennschnitte hatten je
2,5 mm Abstand voneinander; die Länge der äußeren Trennschnitte betrug 210° über
dem Umfang und die Länge des mittleren Trennschnittes 2400 über dem Umfang.
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Nit einem Endwert des Widerstandes von 30 Ohm und einer Dauerbelastbarkeit
von 1 W bei 70 0 ergaben sich eine Ansprechzeit der Sicherungswirkung bei 10 W Dauerbelastung
von 3 - 5 Min. und als Impulsfestigkeit eine Widerstandswertänderung <0,1 % nach
1000 Impulsen mit 10 W und 1,5 Sekunden Einschalt- und 15 Sekunden Ausschaltzeit.
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Bei dem zweiten Widerstand war die Widerstandsschicht auf einen Keramikzylinder
mit 3,25 mm Durchmesser aufgebracht, die Lange zwischen den Kontakten betrug 7,7
mm. Die drei Trennschnitte hatten je 2,0 mm Abstand voneinander; die Länge der äußeren
Drennschnitte betrug 1500 über dem Umfang und die Länge des mittleren Trennschnittes
1900 über dem Umfang.
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IEt einem Endwert des Widerstandes von 200 Ohm und einer Dauerbelastbarkeit
von 0,6 W bei 70 °G ergaben sich eine Ansprechzeit der Sicherungswirkung bei 8 W
Dauerbelastung von 10 - 15 Sekunden und als Impulsfestigkeit eine Widerstandsänderung
< 0,1 % nach 105 Impulsen mit 40 mWsec und 400
Länge bei einer Folgefrequenz von 50 Hz.
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Die Schnitte können z.B. durch eine Schleifscheibe, einen Ultraschallmeißel,
durch Funkenerosion, durch Ätzen des nicht durch eine Maske abgedeckten Schichtbereiches
oder mit Hilfe eines Sandstrahles oder eines Laser-, Ionen-oder Elektronenstrahls
vorgenommen werden.
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Bilden - wie dies in Fig. 2 dargestellt ist - die Trennschnitte eine
geschlossene Kurve, so kann auch die gesamte Schicht innerhalb des so gebildeten
Fensters abgetragen werden.
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Patentansprüche: