DE2340170C3 - Hochohmwiderstand für Gleichstrom-Hochspannungsschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochohmwiderstand für Gleichstrom-Hochspannungsschaltungen mit mehreren in bestimmten Abstand übereinander angeordneten Widerstandselementen, von denen jedes eine auf einem isolierenden Trägerkörper aus hochtemperaturbeständigem Material ausgebildete Wider- Standsschicht aufweist, wobei die Widerstandsschichten sämtlicher Widerstandselemente zur Erzielung eines gewünschten Widerstandswertes in Reihe verbunden sind und sämtliche Widerstandselemente in einem bei normalen Betriebsbedingungen festen organischen r> Isolierstoff eingebettet sind.

Ein derartiger Hochohmwiderstand ist aus der US-PS 62 685 bekannt.

Für Gleichstrom-Hochspannungsquellen, wie sie beispielsweise für Elektronensonden-Mikroanalysato- bo ren, Massenspektrometer oder Elektronenmikroskope benötigt werden, ist eine hohe Stabilität erforderlich. In solchen Hochspannungsversorgungsschaltungen werden hochohmige Widerstände als Vergleichswiderstände verwendet und auf der Hochspannungsseite der b^r> Energieversorgung angeordnet, speziell wenn die Hochspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers aus Widerständen gemessen wird. Ein solcher Vergleichs widerstand wird allgemein in Verbindung mit einem Meßwiderstand mit weit geringerem Widerstandswert verwendet, der zur Anzeige der Spannungsteilung dient, wobei die Energieversorgungsspannung auf der Basis der ermittelten Spannung gesteuert wird, wodurch ein stabiler Hochspannungsausgang erhalten werden kann.

Diese beiden für die Spannungsteilung verwendeten Widerstände geben Anlaß zu Rauscherscheinungen wie einem thermischen Rauschen, Stromrauschen und verschiedenen anderen Fluktuationserscheinungfin, die infolge der Anlegung der Hochspannung extern induziert werden können. Infolge eines solchen Rauschens und der auf Spannungs- oder Temperaturänderungen zurückgehenden Drift treten in starkem Maße unerwünschte Schwankungen am (Gleichstrom)-Hochapannungsausgang auf. Es ist daher sehr wichtig, die von diesen Widerständen erzeugten verschiedenen Rauschanteile zu unterdrücken, um den Hochspannungsausgang zu stabilisieren.

Meßwiderstände, die in Energieversorgungsschaltungen der oben beschriebenen Art verwendet werden, haben allgemein einen mittleren Widerstandswert, und an sie wird eine niedrige Spannung angelegt So ist beispielsweise die an einem solchen Widerstand angelegte Spannung geringer als 100 V, und der Widerstandswert desselben liegt in der Größenordnung von 0,1 bis 10 ΜΩ. Es wird also leicht ein Meßwiderstand erhalten, dessen Rauschpegel in der Größenordnung von 0,1 μν/V liegt. Ferner ist infolge der Tatsache, daß die an den Meßwiderstand angelegte Spannung recht niedrig ist, das elektrische Feld um den Widerstand schwach, und derselbe kann leicht elektrostatisch abgeschirmt werden. Ein extern induziertes Rauschen kann somit ausreichend unterdrückt werden.

An Vergleichswiderstände wird dagegen allgemein eine Hochspannung von 50 bis 200 kV angelegt und sie haben hohe Widerstandswerte von 500 bis 2000 ΜΩ, damit der elektrische Verlust möglichst gering bleibt Herkömmliche Widerstände dieser Art, wie z. B. nach der DE-OS 19 64 227, bestehen allgemein im wesentlichen aus einer spiral- oder schraubenförmig auf der Oberfläche eines stabförmigen Trägers aus hochtemperaturbeständigem elektrisch isolierenden Material gebildeten Widerstandsschicht aus Kohle oder Metall. Entsprechend der derzeitigen Technik zur Erzeugung gedruckter Schaltungen und den Eigenschaften von Widerstandsmaterialien ist es jedoch schwierig, einen spiralförmigen Widerstandsfilm von geringer Streifenbreite und engem Abstand zwischen den Streifen zu erzeugen, was zwangsläufig zu großen, sperrigen Widerständen führt. Wenn ein stabförmiger Träger aus hochtemperaturfestem, elektrisch isolierenden Material für die Erzeugung eines Widerstandsfilms mit einem Wirterstandswert von 1000 ΜΩ nach der derzeitigen Technik zur Erzeugung gedruckter Schaltungen verwendet wird, erhält man recht lange Widerstände von größenordnungsmäßig 40 bis 50 cm Länge. In Anbetracht der anzulegenden Hochspannung müssen Widerstände dieser Art ausreichend isoliert sein, und zur Abschaltung nachteiliger Störwirkungen wird eine Isolation wie isolierendes ölimprägniertes Papier um den Widerstand gewickelt oder dieser in öl eingebettet und von einem Gehäuse aus Kunststoff mit anorganischem Füllstoff umgeben. Eine solche Isolation führt zwangsläufig zu einem sperrigen Widerstand, und durch die ölfüllung ergibt sich ein erheblicher Rauschpegel.

Bei dem Hochohmwiderstand der eingangs genannten Art ist jedes Widerstandselement durch Aufbringen

einer Widerstandsschicht auf eine zylindrische Unterlage erzeugt und sind mehrere solche Widerstandselemente in Schrägstellung gestapelt, und dann zunächst in Asphalt und erst dann in Epoxyharz eingebettet. Auch ein solcher Widerstand ist sehr raumaufwendig, und der darin zur Absorption der erzeugten Wärme verwendete Asphalt neigt bei etwa -30° C zur Rißbildung, so daß die Verläßlichkeit bei derartig tiefen Temperaturen nicht gewährleistet ist

Andererseits sind aus »Elektronik« Nr. 5,1962, Seiten 143 bis 145 sogenannte Mikromoduln aus übereinandergeschichteten und mit Drähten an den Außenkanten verbundenen Keramikplättchen mit Dünnschichtwiderständen "bekannt, die in selbsthärtendem Kunstharz eingegossen sind. Diese Druckschrift geht jedoch nicht auf Hochohmwiderstände für Gleichstrom-Hochspannungsschaltungen mit besonderer dielektrischer Festigkeit bei Temperaturzyklen und niedrigem Rauschpegelniveau ein.

Im übrigen wird zur Erzielung der richtigen Spannung am Hochspannungsausgang ein sehr genauer Widerstandswert für den Widerstand gefordert Ferner soll die Feldverteiiung bei Widerständen dieser Art möglichst gleichmäßig sein, insbesondere da an diese eine Hochspannung angelegt wird. Im Falle von Widerständen mit einem so hohen Widerstandswert ist es jedoch nicht leicht, den vorausgesetzten Wert exakt zu erreichen. Gemäß herkömmlicher Praxis zur Einstellung des Widerstandswertes auf den erforderlichen Wert wird ein Teil der Widerstandsschicht weggeschnitten oder unter kontinuierlicher Messung des Widerstandswertes ein elektrisch leitender Überzug aufgebracht. Eine solche Art der Einstellung des Widerstandswertes erhol t die Herstellungskosten erheblich, und es ist außerdem sehr schwer, so hohe Widerstände wie etwa J5 1000 ΜΩ exakt zu messen. Es war daher bislang schwi ;rig, solche Widerstände mit gewünschtem Widerstandswert verläßlich und auf relativ einfache, billige Weise zu erzeugen.

Daneben ist es bei Flachwiderständen mit einer Trägerplatte aus der DE-AS 10 06 492 und dem DE-Gbm 18 69 058 auch bekannt, die Justierung des Widerstandswertes durch Überbrücken eines Teils des Widerstandselementes vorzunehmen.

Schließlich ist aus der DE-OS 15 90 870 ein elektrisches Bauteil mit einer Widerstandsmetallschicht auf einer ebenen Unterlage bekannt, bei dem die Veränderung des Widerstandswertes durch äußere Faktoren wie Temperaturen und Feuchtigkeit dadurch ausgeglichen wird, daß auf den gegenüberliegenden Seiten Überzüge, vorzugsweise aus Epoxyharz, derart aufgebracht sind, daß ein Verbiegen des Bauteils bei einer Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts der Überzüge oder einer Temperaturänderung trotz der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Überzüge, der Wider- v, Standsschicht und der Unterlage verhindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochohmwiderstand der eingangs genannten Art in dem Sinne zu verbessern, daß er einen geringeren Raumbedarf hat und insbesondere auch bei weitreichen- «1 den Temperaturzyklen eine höhere dielektrische Festigkeit und ein geringeres Rauschen aufweist. Bei einer Weiterbildung der Erfindung sollen außerdem eine leichte Einstellung des Widerstandswertes und eine leichte Qualitätskontrolle während der Herstellung hi erreichbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale gelöst, daß die einzelnen Trägerkörper aus Platten bestehen, die überein?.ndergeschichtet und in ihrer gegenseitigen Lage nur durch ein sie einbettendes, ausgehärtetes, warmhärtendes Kunstharzmaterial gehalten sind, und daß der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten dei plattenförmigen Trägerkörper und dem des Kunstharzmaterials geringer als 1 χ 10-V⁰C ist.

Durch die Plattenform der einzelnen übereinandergeschichteten Trägerkörper ergibt sich ein wesentlich niedrigerer Raumbedarf, und die Einstellung des Unterschiedes zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der plattenförmigen Trägerkörper und des alleinigen Kunstharzeinbettungsmaterials unter 1 χ 10-V⁰C sicher eine hohe dielektrische Festigkeit und ein sehr geringes Rauschen auch bei Temperaturzyklen weitesten Ausmaßes.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Glasschutzüberzug auf der Widerstandsschicht jedes Widerstandselementes vor. Für Rotationswiderstandskörper sind Emailleüberzüge an sich aus der DE-PS 5 58 555 bekannt

Zur Einstellung des Unterschiede, der linearen Ausdehnungskoeffizienten der Trägerkörp jr und des Kunstharzmaterials enthält das warmhärtende Kunstharzmaterial vorzugweise 100 Gewichtsteile eines warmhärtenden Harzes und !000 bis 2500 Gewichtsteile eines elektrisch isolierenden anorganischen Füllstoffs.

Die leichte Einstellbarkeit des Widerstandswertes und Qualitätskontrolle erreicht man in Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß jedes Widerstandselement eine mäanderförmig ausgebildete und mit Zwischenanschlußpunkten versehene Widerstandsschicht zur Widersiandsjustierung durch entsprechende Wahl von zwei Anschlußpunkten aufweist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht auf ein beim Hochohmwiderstand gemäß der Erfindung angewandten Widerstandselement,

Fig.2 eine Aufsicht auf den zur Einstellung des Widerstandswertes dienenden Abschnitt des Widerstandsuementes gemäß F i g. 1 (in stärkerer Vergrößerung),

Fig.3 und 4 Aufsichten auf Varianten des in Fig. 1 gezeigten Widerstandselementes,

Fig.5 einen Längsschnitt durch einen Hochohmwiderstand gemäß der Erfindung, der durch Verbindung (in Reihe) einer Mehrzahl von Widerstandselementen, wie sie in den Fig. 1, 3 oder 4 gezeigt werden und Vergießen der Anordnung mit einem haftfähigen warmhärtenden Harz erhalten wird und

F i g. 6 und 7 Längsschnitte durch hochohmige Widerstände gemäß der Erfindung, die durch Abschirmunpsm^:':le! elektrostatisch abgeschirmt sind.

Gemäß der Erfindung wird ein Hochohmwiderstand vorgesehen, der durch Verbindung einer Mehrzshl von Widerstandselementen erhalten wird, wie sie in den Fig. 1, 3 oder 4 gezeigt sind; diese werden in Reihe miteinander verbunden und die gesamte Anordnung mit einem haftfähigen waitnhärtenden Harz, wie in F i g. 5 gezeigt ist, yer|ossen,

Zur Bildung des im Rahmen der Erfindung benutzten Widerstandselementes wird eine flache Unterlage aus einem hochtemperaturfesten und elektrisch isolierenden Material verwendet. Eine solche flache Basisplatte ist in der Weise vorteilhaft, daß ein präziser Druck selbst mit der derzeitigen Drucktechnik aufgebracht und

mithin eine Widerstandsschicht mit maximalem Widerstandswert auf der Oberfläche der Basisplatte durch bestmögliche Oberflächenausnutzung gebildet werden kann. Die Größe des hochohmigen Widerstandes kann daher infolge der Tatsache auf ein Minimum reduziert ■> werden, daß der Widerstandswert des Widerstandsfilms auf jeder Basisplatte erhöht und die Zahl der zur Bildung des gewünschten Gesamtwiderstandswertes erforderlichen Basisplatten so gering wie möglich gehalten werden kann.

Gemäß der Erfindung wird die Widerstandsschicht auf einer Seite der Basisplatte gebildet. Obgleich die WiderstdiiJsichiclit auf beide Flächen der Basisplatte aufgedruckt werden könnte, bestehen Schwierigkeiten in der Vermeidung von Beschädigungen der auf die r> entgegengesetzten Oberflächen der Basisplatte aufgedruckten Widerstandsschichten, und es ist auch vom Fertigungsstandpunkt aus betrachtet schwierig, unerwünschte Streuungen des Widerstandswertes zu eliminieren. .'(I

Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Widerstandselement hat einen Widerstandswert in der Größenordnung von einigen zehn Megohm und ist mit einer Mehrzahl von zumindest zu einem Ende der Widerstandsschicht benachbarten Anschlüssen zur r> Einstellung des Widerstandswertes, wie beispielsweise in F i g. 2 gezeigt ist, versehen. Mögliche Schwankungen oder Variationen des Widerstandswertes während der Fertigung und die erforderliche Präzision des Widerstandswertes werden von vornherein in der Weise in berücksichtigt, daß die Einstellung bzw. Justierung des Widerstandswertes allein durch Auswahl eines dieser Anschlüsse erreicht werden kann, ohne daß irgendeine Präzisionsbearbeitung wie Zurechtschneiden der Schicht oder Auftragen von leitenden Überzügen η erforderlich wäre.

Dies ist ein bedeutsamer Vorteil, da der Widerstandswert des einzelnen Widerstandselementes praktisch sehr leicht kontrolliert werden kann. Wenn also eine Mehrzahl solcher Widerstandselemente in einer Anzahl w in Reihe miteinander verbunden werden, die den gewünschten Gesamtwiderstandswert des (zu erzeugenden) Hochohmwiderstandes für Gleichstrom-Hochspannungsschaltungen (nachfolgend der Einfachheit halber nur als »hochohmiger Widerstand« bezeichnet) ·τ> liefert, können der gewünschten Widerstandswert mit hoher Genauigkeit erhalten und die Fertigungskosten stark reduziert werden.

Das rührt daher, daß die — wie oben beschrieben in der Größenordnung von einigen zehn Megohm ν) liegenden Widerstandswerte der einzelnen Schichtwiderstandselemente exakt gemessen werden können. Eine einfache Addition der Widerstandswerte der einzelnen den hochohmigen Widerstand bildenden Schichtwiderstandselemente liefert dann den gewünschte Gesamtwiderstandswert mit hoher Präzision.

Ferner wird durch die Bildung des ho :hohmigen Widerstandes aus Schichtwiderstandselementen mit im vorgeschriebenen Bereich kontrolliertem Widerstandswert eine gleichmäßige Feldverteilung erreicht. Ein bo hochohmiger Widerstand mit Bereichen möglicher Feldverdichtung ist rauschanfällig gegen von außen induziertes Rauschen und neigt zu dielektrischen Durchschlägen.

Eine praktische Form des gemäß der Erfindung verwendeten Schichtwiderstandselementes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 beschrieben.

Eine leilfähigc Paste aus Pd-Ag-Glas wurde auf eine Oberfläche einer elektrisch isolierenden Unterlage 1 au« Aluminiumoxid mit einer Größe von

50 mm χ 50 mm χ 0,6 mm

zur Bildung einer Mehrzahl von Anschlüssen 2, 3 und 4 wie in Fig. I gezeigt ist, aufgedruckt und gebrannt Danach wurde eine RuO2-Ag-Paste durch Siebdruck aul die gleiche Seile der Basisplatte 1 aufgedruckt und untei Bildung einer Widerstandsschicht 5 aus einer Mehrzah von Streifen auf der Unterlage 1 in der in F i g. 1 gezeigten Art etwa 10 Minuten lang bei etwa 800°C gebrannt.

Die Breite der den Widerstandsfilm 5 bildender Streifen lag bei etwa 0,5 mm und die Gesamtlänge dei Widerstandsschicht 5 bei etwa 2 m, so daß an diese; Schichtwiderstandselement eine Spannung von 1OkV rngelegl werden konntn.

Für die Begrenzung des Widerstandswertes de« Schichtwiderstandselementes auf einen vorbeüiinmter Bereicii wurden unter Berücksichtigung der möglicher Variationen des Widerstandswertes während der Fertigung und der gefo-^erten Präzision des Widerstrmciswertes fünf Justieranschlüsse 4 vorgesehen, wie ir Fig. 2 zu sehen ist. Die Differenz zwischen der Widerstandswerten der mit benachbarten Justierenschlüssel 4 verbundenen Schichtteile bc;rug etwa 1 ΜΩ. Von diesen fünf Anschlüssen 4 wurde dann der am meisten geeignete Anschluß ausgewählt und mil dem Anschluß 3 durch einen aufgelöteten Weichkupferdraht 7 mit einem Durchmesser von 0,4 mm verbunden unter Erzielung des gewünschten Widerstandswertes von 40 ΜΩ für das Schichtwiderstandselement.

In dieser Weise erhaltene Schichtwiderstandselemente hatten einen Widerstandswert von 40ΜΩ±3ΜΏ und die Ausschußrate war niedriger als 1%. Die Fertigungskosten konnten infolge der Tatsache, daß die Justierung des Widerstandswertes im Vergleich zu den bekannten Verfahren der Justierung solcher Schichten durch Schneiden oder Auftragen von leitfähigen Überzügen auf einfachere Weise erreicht werden konnte, stark reduziert werden.

Ohne die Anschlüsse zur Einstellung bzw. Justierung des Widerstandswertes lag der Prozentsatz der Elemente mit Widerstandswerten innerhalb des Bereichs von 40 ΜΩ±3 ΜΩ in der Gegend von 50%, und es ergab sich eine außerordentlich schlechte Ausbeute, wenn nicht eine Nachbearbeitung wie Beschneiden der Schicht angewandt wurde.

Bei den Schichtwiderstandselementen gemäß ^r i g. 1 sind fünf Justieranschlüsse 4 an einem Ende der Widerstandsschicht 5 zur Einstellung des Widerstandswertes vorgesehen. Diese Justieranschlüsse 4 können auch, wie in Fig.3 oder 4 gezeigt ist, an den entgegengesetzten Enden der Widerstandsschicht 5 verteilt und in beliebig wählbarer Anzahl vorgesehen werden. Ferner können die Verbindungsanschlüsse 2 und 3 des Schichtwiderstandselementes auf der hochtemperaturbeständigen isolierenden Basisplatte 1, die in F i g. 1 an diagonal entgegengesetzten Stellen angeordnet gezeigt werden, an anderen Stellen vorgesehen werden und sie sind in keiner Weise auf die in F i g. 1 gezeigte Anordnung beschränkt Diese Anschlüsse 2 und 3 können auf der gleichen Seite des Schichtwiderstandselements angeordnet und wie ir, F i g. 3 und 4 gezeigt ist. auch nicht speziell vorgesehen werden.

Es ist klar, daß ein durch Bildung einer spiral- oder schraubenförmigen Widerstandsschicht auf einem einzelnen stabförmigen Träger aus elektrisch isolierendem Material erhaltenes Schichtwiderstandselement bei Verwendung zum Aufbau eines hochohmigen Widerstandes mit einem hohen Widerstandswert von mehr als 500 ΜΩ unmöglich in der in F i g. 5 gezeigten Anordnung verwendet werden kann, bei der eine Mehrzahl von flachen Widerstandselementen zur Bildung eines hochohmigen Widerstandes Qbereinandergelagert oder geschichtet angeordnet wird.

Nach dem Stande der Technik wird vielmehr der stabförmige Träger (und die »Wicklung«) verlängert, was den Widerstand insgesamt unhandlich und die Ermittlung des Gesamtwiderstandswertes problematisch macht. Würde man in gleicher Weise wie nach dem Stande der Technik bei der ebenen Ausbildung des Widerstandselementes eine Erhöhung des Widerstandes durch Vergrößerung der isolierenden Basisplatte und Verlängerung des aufgetragenen Schichtstreifens vorsehen, würde man auf Schwierigkeiten hinsichtlich der Qualitätskontrolle der isolierenden Basisplatte selbst stoßen. Auch bei einem stabförmigen Träger von größeren Abmessungen treten Schwierigkeiten hinsichtlich der Qualitätskontrolle des Isolierkörpers auf.

Die Erzeugung von hochohmigen Widerständen von spiral- oder schraubenförmigen Typ ist im übrigen wirtschaftlich ungünstig, da ein geringfügiger Defekt des Widerstandselements die Betriebscharakteristik des hochohmigen Widerstands beeinträchtigen und ein fehlerhafter Abschnitt nicht ohne weiteres durch ein neues Element ersetzt werden kann.

Es wird in mannigfacher Hinsicht bevorzugt, daß das Schichtwiderstandselement bei dem erfindungsgemäßen Hochohmwiderstand eine Größe in der Gegend von 50 mm χ 50 mm, wie vorstehend beschrieben, hat. Eine isolierende Basisplatte, die frei von jeglicher Krümmung und Unebenheit ist, wird speziell benötigt, wenn die Widerstandsschicht durch Drucktechnik gebildet wird. Bei isolierenden Basisplatten mit einer Größe, die über der beschriebenen liegt, besteht eine Neigung zum Auftreten von Krümmungen oder Verwerfungen.

Der Widerstandswert in der Gegend von einigen zehn Megohm wird auch hinsichtlich der Isolierung besonders bevorzugt, da die Höhe der zwischen zwei Widerstandselementen bestehenden Potentialdifferenz in der Gegend von 10 bis 2OkV liegt wenn eine Mehrzahl solcher Widerstandselemente zur Bildung eines hochohmigen Widerstandes, wie weiter unten beschrieben ist, verwendet wird.

Für die Widerstandsschicht sind zahlreiche Muster möglich, jedoch ist das in den F i g. 1 bis 4 gezeigte in der Weise am besten geeignet, daß die Basisplattenoberfläche am besten ausgenutzt werden kann, die elektrischen Anschlüsse leicht ausgeführt werden können und die elektrische Feldverteilung im Widerstandselement gleichmäßig ist

Das die Basisplatte des erfindungsgemäß angewandten Schichtwiderstandselementes bildende hochtemperaturfeste und elektrisch isolierende Material kann beispielsweise Aluminiumoxid, Steatit, Mullit, Forsterit, Berylliumoxid oder Quarzglas sein, die Temperaturen von mehr als 1000° C aushalten können. Geeignete Materialien für die Widerstandsschicht können beispielsweise durch eine Mischung von Pulvern von Glas und einer widerstandsbildenden Substanz wie einer Pd-Ag-Mischung, RuC>2, einer RuOrAg-Verbindung oder ■ Kombination oder T^Oj sein. Diese Mischung wird durch Vermischen der Pulver zusammen mit einer geeigneten Flüssigkeit wie einem organischen Lösungsmittel und Äthylcellulose hergestellt. Die Paste wird durch Vermischen und Durcharbeiten der obigen Materialien erhalten. Das Widerstandsschichtmuster kann durch Aufdrucken der Paste auf die isolierende Basisplatte in einer Dicke von 10 bis 30 μηι, ζ. Β. durch Siebdruck und Brennen der Paste bei etwa 600 bis

in 900⁰C für etwa 5 bis 20 Minuten, erhalten werden. Vorzugsweise haben die Streifen der Widerstandsschicht eine Breite in der Gegend von 0,5 mm und benachbarte Streifen der Widerstandsschicht einen Abstand von etwa 0,5 mm, wenn man die Präzision des

ι ϊ Siebdrucks berücksichtigt.

Eine Mehrzahl von in oben beschriebener Weiie erhaltenen Schichtwiderstandselementen wird ^!.n der erforderlichen Anzahl zur Bildung des gewünschten Gesamtwiderstandswertes, wie in F i g. 5 gezeigt ist,

2r. Hne Reihe miteinander verbunden und die gesamte Anordnung mit einem haftfähigen warmhärtenden Harz oder einer Harzzusammensetzung vergossen. Das für das Vergießen benutzte Harz muß so beschaffen sein, daß es die »Sprödigkeit« der isolierenden Basisplatte des Widerstandselements überdeckt und eine befriedigende Haftfähigkeit besitzt und beim Vergießen keine Fehler einschließlich von Lücken oder Hohlräumen auftreten. Warmhärtende Harze sind für diesen Zweck geeig-

jo net. Beispielsweise kann eine Kombination eines Epoxyharzes vom alicyclischen, Bisphenol- oder Novolaktyp mit einem Härtungsmittel wie einem Säureanhydrid oder einer Aminoverbindung verwendet werden. Zu bevorzugten Epoxyharzen vom alicyclischen Typ

ji gehört Vinylcyclohexendiepoxid, zu bevorzugten Epoxyharzen vom Bisphenoltyp BisphenoI-A-diglycidyläther und zu bevorzugten Epoxyharzen vom Novolaktyp Kresol-Novolak und Phenol-Novolak. Zu bevorzugten Säureanhydridhärtungsmitteln gehört Tetrahy- drophthalsäureanhydrid und zu bevorzugten als Härter verwendeten Aminoverbindungen gehören Tetraäthy lenpentamin, Diaminodiphenylmethan und Diiithylte- tramin.

Infolge der vom Unterschied im linearen Ausdeh-

nungskoeffizienten zwischen dem anhaftenden warmhärtenden Harz und dem Filmwiderstandseilement herrührenden Spannungen können Schäden an der isolierenden Basisplatte und Risse im gehärteten Harz auftreten. Um dies zu vermeiden, können denn Harz mehr als 1000 Gewichtsteile eines anorganischen Füllstoffs mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 1 χ 10-V⁰C pro 100 Gewichtsteile des haftfähigen warmhärtenden Harzes zugemischt werden. Dieser anorganische Füllstoff kann beispielsweise durch Zirkoniumoxid, Kieselsäure oder Silicate, Quarz oder Aluminiumoxid mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 1000 μ gebildet werden. Es wurde sichergestellt, daß in der gehärteten Harzzusammensetzung keine Risse entstehen und die isolierende Unterlage nicht zerstört oder beschädigt wird, und zwar selbst bei der Durchführung von Wärmeschockprüfungen unter sehr strengen Bedingungen, wenn der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoef-' fizienten der isolierenden Unterlage und demjenigen

es des gehärteten Harzes durch entsprechende Auswahl geringer als 1 χ 10-VC ist

Zur Erzielung einer solchen Differenz im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen isolierender Basis-

platte und gehärtetem Harz sollten mehr als 1800 Gewichtsteile des anorganischen Füllstoffs zu 100 Gewichtsteilen des haftfähigen warmhärtenden Harzes zugemischt werden. Eine Zumischung von mehr als 2500 Gewichtsteilen des anorganischen Füllstoffs zu besagtem warmhärtenden Harz ist jedoch im Hinblick auf Schwierigkeiten beim Vergießen unerwünscht.

Eine Schutzschicht, die durch einen dünnen Glasüberzug gebildet werden kann, wie bei 6 in F i g. 1 angedeutet ist. wird vorzugsweise zur Abdeckung der Widerstandsschicht 5 auf dem Schichtwiderstandselement derart vorgesehen, daß die Widerstandsschicht während der Verarbeitung oder beim Vergießen nicht beeinträchtigt wird. Der Glasüberzug kann durch Auftragen einer niedrigschmelzenden Glaspaste und Brennen der Paste bei etwa 500°C für etwa 1 Minute erhalten werden. Der Glasüberzug ist vorzugsweise 10 bis 100 μπι dick.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die F i g. 5, 6 unu / oescnneoen.

Ausführungsart 1

Eine Glaspaste, wie oben beschrieben, wurde auf ein Schichtwiderstandselement mit einem Widerstandswert von 40 ΜΩ, wie in F i g. 1 gezeigt ist, unter Bildung einer Glasschutzschicht 6 von 25 μπι Dicke aufgetragen, welche die gesamte Oberfläche des Schichtwiderstandselements mit Ausnahme der Anschlußbereiche abdeckte. 25 soldier Filmwiderstandselemente wurden in einer festen Anordnung mit vorbestimmtem Abstand, wie in F i g. 5 gezeigt ist, angeordnet und in Reihe jeweils miteinander durch Verbindung der Anschlüsse mit Hilfe von aufgelöteten Weichkupferleitungen 7 mit einem Durchmesser von 0,4 mm verbunden. Dann wurde ein Paar äußerer Anschlußklemmen 9 und 9' aus Messing an den entgegengesetzten Enden der in Reihe miteinander verbundenen Schichtwiderstandselemente unter Erzielung einer Anordnung mit einem Gesamtwiderstand von 1000 ΜΩ befestigt.

Diese Anordnung wurde dann mit einer Epoxyharzzusammensetzung 8 mit den in Tabelle 1 angegebenen Mischungsanteilen vergossen und die Harzzusammensetzung bei etwa 120⁰C etwa 16 Stunden lang zur Erzielung eines hochohmigen Widerstandes gemäß der Erfindung gehärtet Dieser hochohmige Widerstand hatte Außenabmessungen von etwa

70 mm χ 70 mm χ 250 mm.

Tabelle 1 Zusammensetzung

Mischungsanteile (Gew.-Teile)

Vinylcyclohexendiepoxyharz 100

»CH 206«, Epoxyäquivalent = 75)

Zirkoniumoxidfüllstoff, Teilchen- 2300 durchmesser unter 400 μΐη

Methyltetrahydrophthalsäure- 89

anhydrid »NH-200«, Säureanhydridäquivalent = 122)

2-Äthyl-4-methyl-imidazol 3

Beim Vergießen der Anordnung mit der Epoxyharzzusammensetzung können die Schichtwiderstandselemente durch Lehren in einer vorbestimmten Position gehalten und die Epoxyharzzusammensetzung in solcher Menge eingegossen werden, daß die Lehren nicht in die Vergußmasse eingebettet werden. Nach einem Vorhärten bei etwa 80⁰C für etwa 2 Stunden und Entfernung der Lehren kann weitere Epoxyharzzusammensetzung in einer solchen Menge nachgegossen werden, die zu einer vollständigen Versiegelung der Filmwiderstandselemente in der Harzmasse führt, wonach die Anordnung zur vollständigen Aushärtung

ίο der Epoxyharzzusammensetzung 16 Stunden lang auf etwa 120⁰C erwärmt wird. Statt des vorstehend beschriebenen zweistufigen Gießverfahrens können die Schichtwiderstandselemente durch Lehren gestützt werden, die aus der zu vergießenden Epoxyharzzusam i mensetzung bestehen und die gesamte Anordnung kann zusammen mit diesen Lehren mit der Epoxyharzzusammensetzung vergossen werden.

Der lineare Ausdehungskoeffizient der isolierenden Unterlagen aus Aluminiumoxid des hochohmiger Widerstandes liegt bei 0,8 χ 10 - V° C, während derjenige der gehärteten Epoxyharzzusammensetzung gemäß Tabelle 1 bei 1,2 χ 10-VC liegt und es ergibt sich somit nur eine sehr geringe Differenz von 0,4 χ 10-⁵/°C. Es ist danach klar, daß der hochohmige Widerstand gemäß der Erfindung in seiner Bauweise kompakt ist und eine hohe dielektrische Festigkeit sowie hohe mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit besitzt.

Die Feldverteilung zwischen den Anschlüssen 9 und 9' des hochohmigen Widerstandes ist infolge der Tatsache, daß die Schichtwiderstandselemente voneinander durch die Epoxyharzzusammensetzung elektrisch isoliert und in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet sind, gleichmäßig. Wenn man beispielsweise annimmt, daß eine Gleichspannung von 100 kV an die Klemmen 9 und 9' des hochohmigen Widerstandes angelegt wird, so können in diesem Falle Kriechverluste, die längs der Oberfläche von hochohmigen Widerständen auftreten, ausreichend vermieden werden, wenn die Klemmen 9 und 9' mehr als 20 cm voneinander entfernt sind. Die

4n Größe des hochohmigen Widerstandes kann somit auf weniger als die Hälfte der herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art vermindert werden.

Der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene hochohmige Widerstand wird allgemein elektrisch abgeschirmt, wenn er als Vergleichswiderstand verwendet wird. Zu Problemen, die sich in dieser Beziehung ergeben, gehören die elektrische Isolation zwischen der Abschirmung bzw. dem Abschirmkäfig und dem Hochspannungsanschluß. In den F i g. 6 und 7

so sind zwei Formen solcher Isolation gezeigt Bei dem in Fig.6 gezeigten hochohmigen Widerstand wurde ein Porzellanisolator 10 an den Block 8 der von der Abschirmung 12 umgebenen gehärteten Epoxyharzzusammensetzung zur Erzielung eines ausreichenden isolierenden Abstandes zwischen dem Hochspannungsanschluß 11 und der Abschirmung 12 angeformt bzw. angegossen. Obgleich gemäß F i g. 6 ein Porzellanisolator verwendet wurde, kann dieser Isolatorteil aus dem gleichen Material sein wie der durch die gehärtete Epoxyharzzusammensetzung gebildete Block und in sich zusammenhängend mit letzterem geformt werden.

Ein herkömmlicher (stabförmiger) hochohmiger Widerstand dieser allgemeinen Art wurde durch Präparation eines handelsüblich erhältlichen Schicht- Widerstandselements (Durchmesser 50 mm χ Länge 600 mm) mit einer spiralförmig auf einen stabförmigen elektrisch isolierenden Träger aus Aluminiumoxid aufgetragenen Kohlenstoff-Harzwiderstandsschicht

und U:"jwickelit des Schichtwiderstandselements für die elektrostatische Abschirmung mit ölimprägniertem Papier hergestellt. Ein solcher herkömmlicher hochohmiger Widerstand wurde mit dem in F i g. 6 gezeigten hochohmigen Widerstand gemäß der Erfindung verglichen. Bei der Prüfung wurden diese beiden hochohmigen Widerstände in Isolieröl mit einer sehr geringen Menge von darin dispergierter feinpulveriger Kohle anstelle von Staub eingetaucht und eine Gleichspannung von 15OkV zum Vergleich von Rauschen und ι ο Stabilität angelegt.

Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Erfindungsgemäßer
Widerstand

Herkömmlicher Widerstand

Rauschen

Spannungsschwankung

weniger als

ι _μν/ν

weniger als
1 μν/V/min

3 μν/V

4 μν/V min

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, sind sowohl das Rauschen als auch die Spannungsschwankungen bei dem hochohmigen Widerstand gemäß der Erfindung geringer als bei dem herkömmlichen hohen Widerstan i. Wenn also der hochohmige Widerstand gemäß der Erfindung in einem Elektronenmikroskop als Vergleichswiderstand verwendet wi.J. kann die Auflösung d^s Elektronenmikroskops 1,5- bis 2mal gegenüber der.eniger. von herkömmlicher, Elektronenmikroskopen verbessert werden.

Ausführungsart 2

25 Schichtwiderstandselemente wie in F i g. 1 mii je einem Widerstandswert von 40 ΜΩ wurden wie im Falle der Ausführungsart 1 in Reihe miteinander verbunden und die Anordnung mit einer elastischen Polyesterharzzusammensetzung vergossen. Diese elastische Polyesterharzzusammensetzung bestand aus 100 Gewichtsteilen eines durch Herbeiführung einer Reaktion zwischen Maleinsäureanhydrid und einem Polybutadien mit hydrierten Hydroxylendgruppen erhaltenen ungesättigten Polyesterharzes (wie in der US-Patentanmeldung 8 80 926 vom 28.11.1969 mit dem Titel »Polyesterharz und Verfahren zur Herstellung desselben« beschrieben), 35 Gewichtsteilen tert Butylstyrol und 1 Gewichtsteil Dicumylperoxid sowie 1,2 Gewichtsteilen Kobaltnaphthenat (als Katalysator zugegeben). Nach Vergießen dieser Polyesterharzzusammensetzung wurde zur Härtung des Harzes 16 Stunden lang auf 80⁰C erwärmt unter Erzielung eines vergossenen hochohmigen Widerstandes ähnlich wie in Fig ?. Das vorstehend angegebene Polyesterharz hat ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und ist ausreichend elastisch. Auf diese Weise absorbiert dieses Polyesterharz Deformationen der Widerstandselemenie infolge von Wärmespannungen, die zwischen dem Harz und dem isolierenden Träger des Schichtwiderstandselements auftreten, wodurch eine unerwünschte Beschädigung der Widerstandselemente verhindert wird. Zu Materialien, mit denen eine ähnliche Wirkung wie mit dem vorstehenden Polyesterharz erreicht werden kann, gehören warmhärtende Siliconharze und flexible Epoxyharze.

Als warmhärtende Harzzusammensetzungen, wie sie im Zusammenhang mit den Ausführungsarten 1 und 2 beschrieben wurden, kommen solche in Frage, wie sie allgemein zum Vergießen verwendet werden, und es besteht keinerlei besondere Beschränkung. Solche Harze, die beim Vergießen eine Viskosität von mehr als 10 Pais (100 Poise) zeigen, sind jedoch für Hochspannungsanwendungen unerwünscht, da eine Tendenz zum Auftreten von schwierig zu eliminierenden Lücken oder Hohlräumen im Formkörper besteht, außer wenn die Harze einen Füllstoff enthalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichniineen

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   J, Hochohmwiderstand für Gleichstrom-Hochspannungsschaltungen mit mehreren in bestimmtem s Abstand übereinander angeordneten Widerstandselementen, von denen jedes eine auf einem isolierenden Trägerkörper aus hochtemperaturbeständigern Material ausgebildete Widerstandsschicht aufweist, wobei die Widerstandsschichten sämtlicher Widerstandselemente zur Erzielung eines gewünschten Widerstandswertes in Reihe verbunden sind und sämtliche Widerstandselemente in einem bei normalen Betriebsbedingungen festen organischen Isolierstoff eingebettet sind, g e k e η η -zeichnet durch die Gesamtheit der folgenden Merkmale, daß die einzelnen Trägerkörper (1) aus Platten bestehen, die übereinandergeschichtet und in ihrer gegenseitigen Lage nur durch ein sie einbettendes, ausgehärtetes, warmhärtendes Kunsthanzmaterial (8) gehalten sind, und daß der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehungskoeffizienten der plattenförmigen Trägerkörper (1) und dem des Kunstharzmaterials (8) geringer als Ix 10-V⁰CiSL
2. 2. Hochohmwiderstand nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Glasschutzüberzug (6) auf der Widerstandsschicht (5) jedes Widerstandselementes.
3. 3. Hochohmwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das warmhärtende Kunstharzmaterial (8) 100 Gewichtsteile eines warmhärtenden Harzes und 1000 bis 2500 Gewichtsteile eines elektrisch isolierenden anorganischen Füllstoffs enthält
4. 4. Hochohrnwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Widers'andselement eine mäanderförmig ausgebildete uno mit Zwischenanschlußpunkten versehene Widerstandsschicht (5) zur Widersiandsjustierung durch entsprechende Wahl von zwei Anschlußpunkten aufweist au