DE2327750A1 - Induktionsfreier elektrischer schichtwiderstand und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN Dipl.-Phys. W. KALKOFF

MÜNCHEN 71 (Solin)
Franz-Hals-Straße 21
Tel. (0811) 796213

REC 3174 München, 29. Mai

sch

Richard Elliott Caddock

640 Sandanwood Court

Riverside, Calif. 92507, V.St.A.

Induktionsfreier elektrischer Schichtwiderstand und Verfahren

zu seiner Herstellung

Priorität: 14. Dez. 1972; V.St.A.; Nr. 315 018

Die Erfindung bezieht sich auf Schichtwiderstände, bei denen die Widerstandsschicht auf die Außenfläche eines Zylinders aufgebracht ist. Xn der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen wird der Begriff "Zylinder" in seiner konventionellen Bedeutung benutzt.

Schichtwiderstände, bei denen die Widerstandsschicht auf der Außenfläche eines Zylinders vorgesehen ist, sind seit langem bekannt. Beispielsweise offenbart die US-PS 1 857 769 einen derartigen Widerstand, wobei der Zylinder gedreht wird, während fortschreitend ein gewundenes Muster darauf aufgezeichnet wird; bei einem ähnlichen Verfahren wurde zum Aufzeichnen der Windungen auf den rotierenden Zylinder eine Reißfeder anstelle eines Rades benutzt. Derartige Verfahren sind langwierig und daher teuer. Außerdem war die Dicke der Schicht nicht in dem gewünschten Maß regulierbar oder gleichmäßig.

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Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum Herstellen zylindrischer Schichtwiderstandselemente wurde die zylindrische Fläche mit einer Widerstandsschicht überzogen, worauf durch diese Schicht ein schmaler schraubenlinienförmiger Einschnitt geschliffen wurde. Dieses Verfahren war ebenfalls langsam und teuer und hatte auch noch andere Nachteile zur Folgt. Beispielsweise ergab sich durch das Schleifen eine scharfe und etwas unregelmäßige Kante entlang der Wendel, die, da der wendeiförmige Einschnitt sehr schmal war, die Tendenz zu Spanungsdurchbrüchen und Kurzschlüssen erhöhte. Außerdem bewirkte der Schleifvorgang eine Schwächung des Zylinders, so daß dieser leichter zu Bruch ging, wenn er einem mechanischen oder Wärmeschock ausgesetzt war.

Sämtliche der beschriebenen Wendelmuster hatten keine induktionsfreien Charakteristiken, die bei vielen Anwendungsgebieten sehr erwünscht und wichtig sind. Beispielsweise wird durch niedrige Induktanz eine sehr schnelle Ausregelzeit erreicht (d. h. die Schaltzeit vor Erreichen eines^tabilen Zustandes ist extrem kurz).

Es existieren zylindrische Schichtwiderstände, bei denen die Wendel entlang der Hälfte der Länge des Zylinders links herum und entlang der anderen Hälfte rechts herum verläuft, wodurch die Induktanz gering gehalten werden soll. Ein derartiges Muster ergibt jedoch eine relativ wirksame Induktanzkompensation nur in den Windungen nahe der Mitte des Widerstandselements. Es gibt natürlich außerdem eine große Anzahl bekannter drahtgewickelter zylindrischer Widerstände,, die die Induktanz geringhalten sollen, diese sind jedoch im allgemeinen mit Nachteilen behaftet in bezug auf Größe, Wärmeableitung, Kosten usw. Außerdem reduzieren sie die Induktanz häufig nicht im gleichen Maße, wie dies bei den hier beschriebenen Widerständen der Fall ist.

Es sind Schichtwiderstände mit niedriger Induktanz bekannt, bei denen das Substrat nicht zylindrisch, sondern eben ist.

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Derartige Widerstände werden beispielsweise durch Siebdruck-., verfahren hergestellt. Ebene Flächen sind jedoch für viele Anwendungsgebiete unpraktisch und/oder unerwünscht. Wenn beispielsweise das ebene Substrat dünn ist, ist es in bezug auf Wärme- und mechanischen Schock wenig widerstandsfähig. Wärmeschock ist ein besonders wichtiger Faktor, da der Widerstand beispielsweise sehr schnell auf einige hundert Grad F erhitzt werden kann. Wenn das Substrat dick ist, hat es eine relativ unregelmäßige Oberfläche, die.schwierig mit dem gewünschten Muster des Widerstandsmaterials zu überziehen ist. Andererseits weisen zylindrische Substrate eine hohe Schockwiderstandsfähigkeit auf, insbesondere dann, wenn sie nicht hohl, sondern massiv sind und wenn sie nicht ,eingeschnitten sind. Außerdem weisen sie sehr glatte und gleichmäßige Oberflächen auf, die in wirtschaftlicher Weise durch spitzenloses Schleifen geformt werden. Zylindrische Widerstände weisen noch weitere wichtige Vorteile auf, beispielsweise können sie sehr klein sein, obwohl sie hohe Widerstandswerte erzeugen.

Das Aufbringen eines Musters auf ein zylindrisches Substrat mittels Siebdrucks kann innerhalb von Sekunden anstatt von Minuten erfolgen. Man hat jedoch 1-ange geglaubt, daß die Anwendung von Siebdruckverfahren bei zylindrischen Schichtwiderständen unpraktisch sei. Es wird angenommen, daß diese Denkweise von Fachleuten in der Hauptsache auf die herkömmliche wendeiförmige Schicht bezogen war, und eine Wendel kann nicht im Siebdruckverfahren hergestellt werden, ohne daß ein Überdrucken eines Teils des Musters stattfindet. Ein Überdrucken ist für die Integrität des Widerstandes häufig nachteilig, da sich ungleiche Schichtdicken ergeben, und es kann ein Verschmieren auftreten, wodurch die Windungen der Wendel kurzgeschlossen werden. Es ist zu beachten, daß Überdrucken insbesondere dann von großem Nachteil ist, wenn der das Muster bildende langgestreckte Schichtstreifen schmal ist; andererseits sind sdmale Streifen häufig außerordentlich

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günstig, beispielsweise zum Erhöhen des Widerstandswertes.

Der erfindungsgemäße Schichtwiderstand kann unter Anwendung von Siebdruckverfahren hergestellt werden, deren Ausführung nur Sekunden dauert; es ergeben sich dabei Widerstandselemente höchster Qualität, die in relativ wirtschaftlicher Weise gefertigt werden können. Außerdem sind die Widerstände in hohem Maße induktionsfrei, sehr widerstandsfähig gegen Wärmeschock und mechanischen Schock und in hohem Maße immun gegen Spannungsdurchbrüche und Kurzschlüsse. Die Größe der Widerstände kann sehr gering sein, trotzdem können sie Widerstandswerte von mehreren Megohm aufweisen. Der das Muster bildende Schichtstreifen kann außerordentlich schmal, beispielsweise 0,254 mm, sein, was eine präzise Fertigung derartiger Widerstände mit hohem Widerstandswert gestattet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 eine stark vergrößerte maßgleiche Darstellung eines erfindungsgemäßen Schichtwiderstandes vor dem Aufbringen eines Außenüberzugs5

Figur 2 eine seitliche Aufsicht auf den Widerstand

gemäß Figur 1, wobei jedoch die andere Seite gezeigt istj

Figur 3 einen zentralen Längsschnitt durch den Widerstand, der einen Außenüberzug aufweist;

Figur 4 einen vergrößerten Teilschnitt entsprechend einem kleinen Bereich des unteren Abschnitts von Figur 3 ohne Außenüberzug;

Figur 5 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 5-5 von Figur 3»

Figur 6 eine maßgleiche Darstellung des zylindrischen Substrats, auf das die Widerstandsschicht aufgedruckt wird.

Figur 7 eine Draufsicht von oben, die schematisch eine Siebdruckvorrichtung zur Fertigung des erfindungsgemäßen Widerstands darstellt*

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Figur 8 eine Draufsicht auf den Widerstand nach dem

Aufdrucken des Schichtmusters und nachdem Anschlußschichten auf die Zylinderenden aufgedruckt worden sind;

Figur 9 eine maßgleiche Darstellung, wobei eine Art und Weise der genauen Justierung des Widerstandswertes des.Widerstandselements dargestellt ist; und

Figur 10 eine seitliche Aufsicht auf den fertigen Widerstand, der keinen Schutzüberzug aufweist.

Gemäß den Figuren 1 und 2 weist der Widerstand einen langgestreckten Zylinder- 10 als Substrat auf, der aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist, vorzugsweise aus einem geeigneten hitzebeständigen Keramikmaterial wie Aluminiumoxid. Um dessen Festigkeit zu erhöhen und die Möglichkeit eines Eindringens von Feuchtigkeit möglichst klein zu halten, ist der Zylinder vorzugsweise massiv und nicht hohl. Er hat eine glatte Außenfläche,- die durch spitzenloses Schleifen eines keramischen Strangpreßlings gebildet ist.

Auf der Außenseite des Zylinders 10 ist eine Widerstandsschicht 11 haftend aufgebracht. Die Schicht besteht aus einem langgestreckten Streifen 12, der in einem bestimmten Muster verläuft, durch das die gewünschten Eigenschaften wie Induktionsfreiheit, Verhinderung von Spannungsdurchbrüchen usw. erhalten werden.

Die Widerstandsschicht 11 ist zwar in großen Bereichen der Zylinderoberfläche vorhanden, jedoch nicht entlang einem Spalt 13, der über die gesamte Länge des Zylinders 10 parallel zu dessen Achse verläuft. Der Spalt 13 hat eine hinreichende Weite, so daß sich kein Spannungsdurchbruch zwischen Abschnitten der Schicht 11 an gegenüberliegenden Seiten des Spaltes ergibt, und ist auch so weit, daß die Rakel einer unten beschriebenen Siebdruckvorrichtung in dem Spalt angeordnet werden kann, ohne daß sich ein Überdrucken des Widerstandsschichtmusters ergibt. Der Spalt 13 hat eine Weite

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von mindestens etwa 0,38 mm.

Das Muster.der Schicht 11 kann als sepentinenförmig oder schlängelnd beschrieben werden und ist in sich induktionsfrei, Das Muster besteht aus einer Vielzahl von in Reihen angeordneten haarnadelförmigen Abschnitten, von denen jeder einen U-förmigen Grund (Wölbung) ~Lk und parallele Arme 16 besitzt. Einander benachbarte Arme 16 lassen Strom in entgegengesetzten Richtungen durch,. was zur Folge hat, daß die erzeugten Magnetfelder in wirksamer Weise einender neutralisieren und so die Erzeugung einer nennenswerten Induktanz in dem Widerstand verhindern.

Die Breite eines Streifens 12, d. h. die Breite jedes Arms l6 und jeder Basis 14, ist gering. Sie kann in einem Bereich zwischen etwa 0,203 mm und 2,5^ mm liegen.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist die das Widerstandsschichtmuster bildende Schlangenlinie um die zylindrische Außenfläche des Zylinders 10 so herumgeführt, daß die U-Basisteile einander benachbart an gegenüberliegenden Seiten des Spaltes 13 vorgesehen sind. Anders ausgedrückt sind zwei parallele Reihen von Basisabschnitten Ik vorgesehen, und zwar jeweils eine Reihe auf jeder Seite des Spaltes. 13· So erstrecken sich die Arme um den Umfang der zylindrischen Oberfläche, wogegen sich zumindest Teile der U-Basen in Längsrichtung dieser Zylinderfläche erstrecken.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist jeder Arm l6 relativ kurz, seine Länge ist beträchtlich kleiner als der Umfang des Zylinders 10. Wegen der gefingen Länge der Arme 16 ist der Spannungsabfall entlang jedem Arm nicht groß genug, um einen großen Spannungsunterschied relativ zu dem benachbarten Arm zu erzeugen, so daß die Neigung zu Spannungsdurchbrüchen minimisiert wird.

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Bei der gezeigten Ausfübrungsform und in weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Breite jedes Arms l6 im wesent-i liehen die gleiche wie die Breite jedes Zwischenraumes zwischen benachbarten Armen. Derartige Zwischenräume sind beispielsweise bei 17 in Figur 2 dargestellt· Die Breite der Zwischenräume 17 kann in einem Bereich zwischen etwa 0,25 mm bis 2,5^: torn liegen.

Im Unterschied.zur Breite liegt die Dicke eines Streifens vorzugsweise zwischen 0,O25 mm und 0,05 mm an der Stelle maximaler Dicke. Unter Bezugnahme auf Figur k wird darauf hingewiesen, daß die Außenflächen der Randabschnitte des Streifens 12 auf die zylindrische Oberfläche zu konvergieren, so daß sich keine scharfe Ecke oder Abfallstelle ergibt. Diese Form trägt zu einer Minimisierung der mMöglichkeit eines Spaimungszusammenbruches bei.

Ein Abschnitt des Widerstandsschichtmusters ist relativ breit, wie bei l8 gezeigt ist. Dadurch kann der Widerstand in noch zu beschreibender Weise in bezug auf seinen Wert getrimmt oder eingestellt werden. In dem breiten Abschnitt l8 ist gemäß Figur 1 ein abgeschliffener und damit dünner Bereich 19 vorgesehen, dessen Xfänge und Breite derart bemessen sind, daß die Widerstandsschicht einen Widerstandswert innerhalb eines gewünschten engen Bereichs haben kann.

An gegenüberliegenden Enden des schlangenlinienförmigen Streifens 12 der Widerstandsschicht befinden sich Anschlußabschnitte 21, die sich vorzugsweise parallel zur Achse des Zylinders 10 und benachbart dem Spalt 13, jedoch nicht in. diesem, erstrecken« Die Anschlußabschnitte 21 und 22 verlaufen unter zylindrischen Schichten 23 und 2k (Figuren 3, 5 und 8) von hochleitfähigem Material, die auf dem Zylinder 10 an entgegengesetzten Enden desselben vorgesehen sind. Die Schichten 23 und 2k erzeugen eine hohe Gleichmäßigkeit im Widerstandsabschluß und minimisieren Probleme des Übergangswiderstandes .

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Die Schichten 23 und 24 können aus leitfähigem Silber-Keramikmaterial in einer Glasmatrix gebildet sein, oder sie können aus einem leitfähigen Silber-Epoxy-Kunststoff bestehen.

Das die Schicht 11 bildende Widerstandsmaterial kann aus elektrisch leitfähigen komplexen Metalloxiden in einer Glasmatrix bestehen, die z. B. für 30 Minuten bei Temperaturen von etwa 760 C in Luft gebrannt werden. Damit die komplexen Oxide und Glaspartikel im Siebdruckverfahren aufgebracht werden können, werden sie zuerst mit einem Pineöl-Bindemittel (Rakel-Öl) gemischt. Ein weiteres mögliches Widerstandsmaterial sind Kohlenstoffρartikel in einem Epoxybinder, der auch als Klebmittel wirkt.

Das hier gezeigte Schichtmuster herumgeführter Schlangenlinien wird zwar vorgezogen; es ist jedoch auch möglich, andere Schichtmuster vorzusehen, bei denen der Spalt 13 vorhanden ist und sich im wesentlichen induktionsfreie Beziehungen ergeben. Beispielsweise können sich die Arme der Schlangenlinien parallel zur Achse des Zylinders 10 erstrecken und nicht in Umfangsrichtung desselben. In diesem Fall verlaufen dann die U-formigen Basisabschnitte umfangsmäßig im Gegensatz zu den hier gezeigten Basisabschnitten, die sich zumindest in ihren Mittelabschnitten allgemein parallel zur Zylinderachse erstrecken.

Die Widerstände werden häufig sehr heiß, beispielsweise werden sie auf einige hundert Grad C erhitzt. Aus diesem Grund ist es normalerweise nicht gut möglich, zur Bildung der Endanschlüsse des Widerstandes Lotmaterial zu verwenden. Daher werden metallische Endkappen 26 im Preßsitz über die Enden des Zylindes 10, d. h. über die zylindrischen Schichten 23 und 24, aufgebracht und bilden Kontakt mit den Schichten 23 und 24 und dadurch mit den Anschlußabschnitten 21.

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Elektrische Zuleitungen. 27 erstrecken sich axial nach außen von den Endkappen 26 und sind mit diesen Endkappen durch geeignete Mittel elektrisch und mechanisch verbunden.

Zusätzlich weist der Widerstand einen Schutzüberzug 28 aus einem geeigneten Material auf, das die erforderlichen ."Eigenschaften bezüglich Isolationsfähigkeit, Widerstand gegen Feuchtigkeit und Hitze usw. hat. Ein bevorzugtes Überzugsmaterial ist "Silicone Conformal", das von der Midland Industrial Finishes Company hergestellt wird·

Für die Zwecke der Verwendung mit extrem hohen Spannungen kann die Widerstandsschicht eine primäre und eine sekundäre Umkapselung aufweisen· Außerdem kann eine Außenummantelung vorgesehen sein, beispielsweise eine Silberummantelung, die über eine Zuleitung geerdet ist.

Es wird nunmehr auf die Figuren 6 bis 10 Bezug genommen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein langgestreckter Zylinder 10 benutzt, der aus einem gewünschten Keramiksubstrat wie Aluminiumoxid besteht. Wie bereits erwähnt, wird vorzugsweise durch spitzenloses Schleifen die Außenfläche des Zylinders 10 sehr glatt und rund geschliffen. Der Durchmesser des Zylinders ist mit D in Figur 7 bezeichnet.

Als nächster Verfahrensschritt wird die Widerstandsschicht 11 auf die Außenfläche des Zylinders 10 auf den größten Teil derselben aufgedruckt, jedoch nicht auf den Spalt 13. Dieses Aufdrucken wird sehr schnell ausgeführt und ist nicht mit dem schrittweisen Aufzeichnen des Musters auf die Fläche zu vergleichen.

Das Aufdrucken geschieht durch Umfangskontakt zwischen einer Druckvorrichtung 30 und der zylindrischen Fläche des Zylinders 10. Auf der Druckvorrichtung 30 ist ein Druckbereich

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vorgesehen, der in der unten beschriebenen Weise mit dem

Durchmesser des Zylinders 10 in Beziehung steht. Der zwischen dem Zylinder 10 und der Druckvorrichtung 30' bewirkte Umfangskontakt ist ein geradliniger Kontakt entlang einer parallel zur Achse des Zylinders 10 verlaufenden Linie. Bs findet kein Gleitkontakt zwischen der Druckvorrichtung 30 und dem Zylinder statt, und somit ergibt sich kein überdrucken von auf dem Zylinder aufgedrucktem Material«

Die Druckvorrichtung 30 arbeitet mit einer Schablone, d. h. sie ist eine Siebdruckform mit einem undurchlässigen Bereich 31 und einem durchlässigen Bereich 32. Die Form, Abmessungen usw. des durchlässigen Bereichs 32 entsprechen der des beschriebenen Musters der Widerstandsschicht, wobei jedoch bei der gezeigten Vorrichtung der durchlässige Bereich 32 eben ist. Die Abmessung des Druckbereiches (durchlässiger Bereich 32) in Richtung der Bewegung der Druckschablone ist X und entspricht ITD abzüglich der Weite des oben beschriebenen Spaltes 13.

Weiterhin weist die Siebdruckvorrichtung eine Rakel 33 auf, die durch nicht gezeigte Mittel gehalten ist. Die Rakel greift an der Oberseite der Siebdruckform 30 über dem oberen Bereich des Zylinders 10 an, wobei der mit der Rakel in Kontakt befindliche Bereich der Siebdruckschablone entlang einer mit der Zylinderachse parallelen Linie in geradlinigem Kontakt mit dem Zylinder steht. Nicht gezeigte geeignete Mittel sind vorgesehen, um die äußersten Enden des Zylinders 10 drehbar derart zu halten, daß der Zylinder sich mit der Siebdruckschablone dreht, während diese unter der Rakel 33 durchbewegt wird, oder um den Zylinder 10 anzutreiben und eine Rotation desselben mit einer Geschwindigkeit zu bewirken, die der Bewegungsgeschwindigkeit der Siebdruckschablone entspricht.

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Bei der Ausführung des Siebdruckvorganges ist ein nicht , gezeigter geeigneter Wischer vorgesehen, der über die Oberseite der Siebdruckschablone 30 wischt und den ganzen durchlässigen Bereich 32 mit Widerstandsmaterial tränkt, beispielsweise mit dem oben genannten, aus komplexen Oxiden bestehenden Widerstandsmaterial. Anschließend wird die Siebdruckform 30 nach links in Figur 7 unter die Rakel 33 bewegt, wobei der Betrag der Bewegung derart bemessen ist, daß Jeder Abschnitt des druckenden Bereiches der Siebdruckform 3O₁ d. h des durchlässigen Bereichs 32, nur einmal mit dem Zylinder IO in Kontakt gelangt.

Wenn also der druckende Bereich, d. h. der durchlässige Be-! reich 32, der Siebdruckform 30 eine Abmessung X in der Bewegungsrichtung der Druckform 30 hat, ist der Betrag der Verschiebung derselben, der erreicht wird, nachdem der am weitesten vorne befindliche Abschnitt des druckenden Bereiches mit der Rakel 33 in Kontakt gelangt ist, größer als X₁ aber kleiner als iPD. Infolgedessen befindet sich am Ende des linken Druckhubes der Druckform 30 der in Figur 7 mit Jk bezeichnete Druckformbereich unter der Rakel 33* Dieser Bereich" 34 entspricht dem Spalt 13 gemäß Figur 8, der eine Weite hat, die gleich Tu - X ist.

Nach Beendigung des Druckvorganges wird der mit dem Aufdruck versehene Zylinder 10 entfernt, so daß er nicht mehr mit der Druckform 30 in Kontakt steht. Anschließend wird die Druckform 30 in die entgegengesetzte Richtung, d. h. nach rechts in Figur 7, bewegt, und gleichzeitig wischt der Wischer wiederum etwas von dem Widerstandsmaterial in den durchlässigen Bereich 32 der Druckschablone. So ist die Vorrichtung für den nächsten Druckvorgang bereit.

Der mit dem Aufdruck versehene Zylinder 10 wird dann in Luft in einem Brennofen gebrannt, und aer bei Temperaturen, die

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über 76O⁰C liegen, um ein Schmelzen des Glases und Aushärten des Widerstandsmaterials zu bewirken. Dieser Brennvorgang dauert 30 Minuten·

Anschließend werden die aus hochleitfähigem Anschlußmaterial (z. B. dem oben genannten Silber-Keramik-Material) bestehenden zylindrischen Schichten 23 und 2k an entgegengesetzten Enden des Zylinders über den Anschlußabechnitten 21 der Widerstandsschicht aufgebracht. Sodann werden die Zylinder nochmals gebrannt, beispielsweise für fünf Minuten bei 593°C.

Beim folgenden Verfahrensschritt werden die Endkappen 26 über die Schichten 23 und 2k aufgepreßt, und die zugeordneten Zuleitungen 27 werden elektrisch mit in Figur 9 gezeigten Zuleitungen 35 verbunden, die Teil einer Widerstandsprüfvorrichtung sind. Außerdem weist die Vorrichtung einen Widerstandsmesser 36 und eine Energiequelle 37 auf. Wenn von der Quelle 37 Energie zugeführt wird, zeigt der Widerst andsmesser 36 den Widerstandswert der Widerstandsschicht des geprüften Elements an·

Bei der Herstellung wird dafür gesorgt, daß die so gebildete Widexsfcandsschicht einen Wert hat, der etwas geringer ist als der gewünschte Endwiderstandswert. Der Widerstandswert wird also so lange erhöht, bis der Widerstandsmesser 36 den gewünschten Wert anzeigte Diese Erhöhung kann auf verschiedene Weise bewirkt werden; bei der gezeigten Ausführungsform wird aus einer Düse 38 (Figur 9) ein Hochgeschwindigkeitsstrahl von Schleifmaterial auf den Zylinder gerichtet, wobei der Strahl auf den breiten Abschnitt 18 des Musters gerichtet und auf diesen Bereich begrenzt ist« Infolgedessen wird das Widerstandsmaterial abgeschliffen und dadurch die Länge des Weges vergrößert, durch den der Strom zwischen den Enden des Zylinders fließen muß. Während auf diese Weise die Länge des Stromweges vergrößert wird₉ erhöht sich der Widerstands-

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wert des Widerstandselements, bis der Widerstandsmesser 36 den gewünschten Wert anzeigt.

Ein anderes Verfahren zur entsprechenden Einstellung des Widerstandswertes besteht darin, daß beispielsweise durch Schleifen das gesamte Äußere der Widerstandsschicht 11 abgeschliffen wird, wobei nur ein sehr geringfügiges Abschleifen bewirkt wird, bei dem die Schicht jedoch etwas dünner als zuvor ist. Die Schicht wird so weit abgeschliffen, bis der Widerstandsmesser 36 den gewünschten Widerstandswert anzeigt.

Schließlich wird als letzter Verfahrensschritt der Schutzüberzug 28 vorgesehen, beispielsweise durch Aufsprühen oder Tauchen, worauf sich das in Figur 10 gezeigte fertige Produkt ergibt.

Der hier verwendete Begriff "Widerstandsschicht" bezeichnet eine Schicht, die (a) kein elektrischer Isolator ist, (b) ein elektrischer Leiter ist, (c) ein schlechter elektrischer Leiter ist und (d) einen beträchtlichen elektrischen Widerstandswert aufweist.

Patentansprüche:

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Claims (1)

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   tv

   Patentansprüche

   !./Elektrischer Schichtwiderstand, gekennzeichnet d.urch ein langgestrecktes zylindrisches Substrat (lO), durch eine auf der äußeren zylindrischen Fläche desselben haftend aufgebrachte elektrische Widerstandsschicht (11), die auf wesentlichen Teilen der genannten Außenfläche vorhanden ist, jedoch nicht vorhanden ist in einem Spalt (13)« der sich entlang der gesamten Länge einer Seite der genannten Fläche parallel zur Achse des Substrats

   (10) erstreckt, und durch mit gegenüberliegenden Endabschnitten der Widerstandsschicht (ll) elektrisch verbundene Anschlußmittel (23, 24, 26, 27), so daß die Schicht (ll) mit einem elektrischen Schaltkreis verbunden werden kann.

   2. Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Widerstands— schicht (ll) aufweisende Substrat (lO) eine Schutzumhüllung (28) aufweist.

   3· Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Spaltes (13) so groß ist, daß die Rakel (33) einer Siebdruckvorrichtung (30) mit dem Spalt (I3) in Deckung gelangt, ohne daß sich ein Überdrucken irgendeines Abschnittes der Widerstandsschicht (ll) ergibt.

   4. Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Weite des Spaltes (13) mindestens 0,38 mm beträgt.

   5. Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschiefet

   (11) aus einem länglichen schmalen Streifen (12) aus Wid ετ-standsmaterial besteht.

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   6. Schichtwiderstand nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Streifen (12) schlangenlinienförmig verläuft, so daß der Strom in entgegengesetzte Richtungen durch benachbarte Abschnitte des Streifens (12) fließt, wodurch die Induktanz des Widerstandes minimisiert wird.

   7· Schichtwiderstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der schiangenlinienförmige Streifen(12) aus einer Vielzahl von haarnadelförmigen Abschnitten besteht, deren Arme (16) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und miteinander durch Basisabschnitte (l4) verbunden sind.

   8. Schichtwiderstand nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Streifens (12) im wesentlichen gleich der Breite der Zwischenräume (17) zwischen benachbarten Armen (l6) der haarnadelförmigen Abschnitte ist.

   9* Schichtwiderstand nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet , daß die Breite des Streifens (12) im Bereich zwischen etwa 0,20 nun und 2,54 mm liegt und daß die Breite der Abstände zwischen benachbarten Armen (l6) der haarnadelförmigen Abschnitte im Bereich zwischen 0,254 mm und 2,54 mm liegt.

   10. Schichtwiderstand nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet, daß sich die Arme (l6) der haarnadelförmigen Abschnitte umfangsmäßig auf der zylindrischen Fläche erstrecken und daß die Basisabschnitte (l4) allgemein in Längsrichtung der zylindrischen Fläche verlaufen, wobei eine Reihe der Basisabschnitte (l4) auf einer Seite des Spaltes (13) und die andere Reihe auf der gegenüberliegenden Seite desselben, liegt und die genannten Reihen parallel zur Achse des Substrats (lO) entlang umfangsmaßig versetzten in Längsrichtung sich erstreckenden

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   Seitenabschnitten der genannten Fläche verlaufen.

   11. Schichtwiderstand nach Anspruch 5» dadurch ge kennzeichne t , daß der Streifen (12) in einer zu seiner Länge senkrechten Richtung eine derartige Querschnittsform besitzt, daß die Außenflächen der Ränder des Streifens auf die zylindrische Fläche zu konvergieren·

   12. Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zylindrische Substrat ein massiver Keramikzylinder (10) ist.

   13· Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußmittel aus hochleitfähigen Schichten (23, 24) bestehen, die an entgegengesetzten Enden der zylindrischen Fläche in elektrischem Kontakt mit gegenüberliegenden Endabschnitten der Widerstandsschicht (ll) haftend vorgesehen sind, sowie leitfähige Endkappen (26) aufweisen, die im Preßsitz über die leitfähigen Schichten (23, 24) gedrückt sind und mit Zuleitungen (27) verbunden sind, die sich von dem Widerstandselement nach außen erstrecken.

   X4. Schichtwiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einem dicken Überzug (28) aus einem Silikonmaterial besteht.

   15· Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Dicke der Schicht (11) im Bereich zwischen 0,0254 mm und 0,0508 mm liegt.

   l6. Elektrischer Schichtwiderstand, gekennzeichnet durch ein aus hitzebeständigem Keramikmaterial gebildetes langgestrecktes zylindrisches Substrat (10), durch eine auf der zylindrischen Außenfläche desselben festhaftend

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   vorgesehene Wxderstandsschicht (ll), die auf einem großen Teil der genannten Außenfläche aufgebracht ist, jedoch nicht in einem Spalt (I3) vorhanden ist, der sich entlang der gesamten Länge einer Seite der Außenfläche parallel zur Achse des Substrats (lO) erstreckt, wobei die Weite des Spaltes

   (13) mindestens 0,38 mn* beträgt und die Schicht (ll) aus einem langgestreckten schmalen Streifen (12) aus Widerstandsmaterial besteht, der schlangenlinienförmig verläuft und aus einer Vielzahl paralleler Arme (l6)_s die über Basisabschnitte

   (14) verbunden sind, besteht, und durch aus leitendem Material gebildete Anschlußschichten (23s 24), die an gegenüberliegenden Enden der zylindrischen Fläche auf dieser haftend vorgesehen sind und jeweils mit entgegengesetzten Endabschnitten des schlangenlinienförmxgen Streifens (12) verbunden sind, durch im Preßsitz über die leitenden Schichten (23, 24) gedruckte Abschlußkappen (26), die mit Zuleitungen (27) verbunden sind, und durch Mittel (28) zur Einkapselung des beschichteten Substrats (10) zum Schutz desselben.

   17· Schichtwiderstand nach Anspruch l6, dadtsrch gekennzeichnet, daß sich die Arme (l6) in bezug auf die zylindrische Oberfläche umfangsmäßig erstrekken und die Basisabschnitte (l4) sich allgemein is Längsrichtung der zylindrischen Fläche erstrecken und daß die Basisabschnitte (l4) am gegenüberliegenden. Seiten: des Spaltes (13) angeordnet sind.

   l8. Schichtwiderstand nach Anspruch l6₈ d a d ia ir c Is gekennzeichnet«, daß die Breite des Streifens (12) im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen benachbarten Armen (l6) ist.

   19· Schichtwiderstand nach Anspruch l6„ i a d is r c !s g e k e η nz eicfc.met, - daß die Breite *3es Streifens (12) im Bereich zwischen, etwa O₉ 2© mm tsnd S₈ 54 'mm liegt und daß die Breite jedes der Zwischenräume zwischen benachbart en

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   Armen. (l6) im Bereich zwischen etwa 0,25^ mnt und 2,54 mm liegt.

   20· Verfahren zum Herstellen eines gedruckten Schichtwiderstandes, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

   a) Vorsehen eines langgestreckten zylindrischen Substrats,

   b) Vorsehen einer Druckvorrichtung mit einem Druckb er eicht, der dem Muster der Widerstandsschicht entspricht, die auf auf der äußeren zylindrischen Fläche des Substrats haftend aufgebracht werden soll,

   c) Bemessung einer Dimension des Druckbereiches derart, daß diese im wesentlichen kleiner als der Umfang der genannten Bäche ist,

   d) Verschieben der Druckvorrichtung und des Substrats relativ zueinander in einer zu der genannten einen ' Abmessung parallelen Richtung und gleichzeitiges Herstellen vom Umfangskontakt zwischen der Druckvorrichtung und der genannten Oberfläche,

   e) Fortsetzen des Bewegungsschrittes über einen der genannten einen Abmessung zumindest gleichen Weg_s bis der gesamte ' Druckbereich mit der genannten Oberfläche in Kontakt gelangt ist,

   f) Lösen des Substrats von der Druckvorrichtung, ohne daß ein Überdrucken des auf die Fläche aufgedruckten Schicht— musters erfolgt, und

   g) Vorsehen von Anschlußmitteln an den, Enden, des Zylinders und in elektrischem Kontakt mit den Endabschnitten des Bereiches, der mit dem Schichtmuster bedruckt wurde»

   21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, .daß das Substrat ClO) aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial geformt ist_o

   2. Verfahren nach Anspruch 2O₈ dadurch gekennzeichnet _fl daß die Druckvorrichtung (3©) ■ eine Schablone ist„ daß der Druckbereicii durchlässige Abschnitte (32) der Schablone aufweist and dlaß die genannte

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   REC 3?

   eine Abmessung (Χ) des Druckbereiches (32) kleiner ist als · der Umfang der genannten Außenfläche, und zwar um einen Betrag, der die Breite der der Druckvorrichtung (30) zugeordneten Rakel (33) überschreitet.

   23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Schablone ein siebartiges Trägermaterial ist.

   24· Verfahren zum Herstellen eines zylindrischen Widerstandselements mit niedriger Induktanz, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

   a) Vorsehen eines langgestreckten Keramikzylinders,

   b) Vorsehen einer Siebdruckschablone mit einem undurchlässigen Bereich sowie einem schlangenlinienförmigen durchläsägen Druckbereich,

   c) Vorsehen einer Rakel für die Siebdruckschablone,

   d) Bemessung einer Abmessung des Druckbereiches derart, daß diese Abmessung kleiner ist als der Umfang der äußeren zylindrischen Fläche des Zylinders, und zwar um einen Betrag, der größer ist als die Breite der Rakel,

   e) Tränken des Druckbereiches mit einem Widerstandsmaterial,

   f) Bewegen der Schablone auf den Zylinder zu/einer zu der genannten einen Abmessung parallelen Richtung, während die Schablone in geradlinigem Kontakt mit der genannten Fläche gehalten wird, und gleichzeitiges Drehen des Zylinders um seine eigene Achse mit einer der Bewegungsgeschwindigkeit der Schablone entsprechenden Geschwindigkeit, wodurch zwischen der genannten Fläche und der Schablone Umfangskontakt bewirkt wird,

   g) Aufrechterhalten des Kontakts der Rakel mit dem Seitenabschnitt der Schablone, der dem geradlinigen Kontaktbereich zwischen der Schablone und der genannten Fläche gegenüberliegt, wodurch Widerstandsmaterial in Form von Schlangenlinien auf die zylindrische Fläche aufgedruckt wird,

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   REC 317^t - Ψ -

   IO

   h) Anhalten der Bewegung der Schablone, nachdem alle Schlangenlinien auf die genannte Oberfläche aufgedruckt worden sind und bevor ein Überdrucken stattfindet,

   i) Lösen des bedruckten Zylinders aus dem Kontakt mit der Schablone, ohne daß zuerst die Bewegungsrichtung der Schablone im wesentlichen umgekehrt wird, und

   j) Vorsehen von Anschlußmitteln an gegenüberliegenden Enden des Zylinders und in elektrischem Kontakt mit den bedruckten Zylinderabschnitten.

   25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte eine Abmessung (X) derart bemessen ist, daß die Bögen oder Windungen auf einer Seite der Schlangenlinie das erste sind, was auf die genannte Fläche aufgedruckt wird, und die Bögen oder Windungen an der anderen Seite der Schlangenlinie das letzte sind, was auf die genannte Fläche aufgedruckt wird, wodurch die gedruckte Reproduktion der Schlangenlinien Bögen oder Windungen an entgegengesetzten Seiten eines Spaltes (13) in dem Druckmuster auf dem Zylinder (10) aufweist, und der Spalt (13) sich parallel zur Zylinderachse entlang der gesamten Länge einer Seite des Zylinders (1O) erstreckt.

   26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet _t daß das die Schicht bildende Material auf der genannten Oberfläche eine haftende Wi-derstandsschicht bildet und daß an den Enden des Zylinders (lO) hochleitfähige Schichten (23, 24) in elektrischem Kontakt mit den Enden der Widerstandsschicht (ll) aufgebracht werden und daß zusätzlich leitfähige Endkappen (26) über die leitenden Schichten (23, 24) aufgebracht werden, wobei die leitenden Schichten (23, 24) und die Endkappen (26) Anschlußmittel bilden.

   27· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des die Schlangen-

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   REC 3174 - & -

   232.775Ü

   linie bildenden Streifens (12) im Bereich zwischen 0,20 mm und 2,54 mm liegt, daß die Zwischenräume (17) zwischen benachbarten Abschnitten der Schlangenlinie in der Größenordnung zwischen 0,254 mm bis 2,54 mm liegen und daß der Spalt (13) zwischen den Kanten der bedruckten Bereiche auf der genannten Oberfläche mindestens 0,38 mm beträgt.

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