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Elektrischer Schichtwiderstand und Verfahren zu seiner Herstellung.
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schichtwiderstand, bestenend
aus einem elektrisch isolierenden Trägerkörper kreisförmigen, ovalen, rechteckigen
oder beliebigen anderen Voll- oder Hohlqfferschnittes mit auf der äußeren Mantelfläche
aufgebrachter Wiaerstandsschiciit in Form einer Widerstandsbahn, deren beide Enden
in der Nähe der Grundflächen des Trägerkörpers liegen und dort mit Anschlußelementen
galvanisch verbunden sind.
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Derartige Schichtwiderstände sind seit langem bekannt. Beispielsweise
offenbart die DT-OS 2 327 750 einen derartigen Widerstand, bei welchem auf einem
lan;ggestreckten zylindrischen Trägerkörper eine auf der Zylindermantelfläche haftende
Widerstandsschicht aufgebracht wird, die auf wesentlichen Teilen der Mantelfläche
vorhanden ist, jedoch nicht vorhanden ist in einem Spalt, der sich entlang der gesamten
Länge einer Seite der genannten Fläche parallel zur Achse des Trägerkörpers erstreckt
und durch mit gegenüberliegenden Endabschnitten der tiderstandsschicht galvanisch
verbundene AnschluSmittel verbunden ist. Bei dieser bekannten Ausführungsform i-st
ein Längsspalt erforderlich, da der Rackel einer Siebdruckvorrichtung mit dem
Spalt
in Deckung gebracht llserden mu, ohne daß ein Uberdrucken irgend eines Abschnittes
der Widerstandsschicht eintritt, welches zu einem Verschmieren der Widerstandsschicht
führen würde. Damit ist der Widerstandewert derartiger Widerstände jedoch in nachteiliger
Weise zu großen Werten hin beschränkt, da die Widerstandslinien nicht be-Ziebig
schmal bzw. beliebig eng nebeneinander dimensioniert und der Umfang des Zylindermantels
nicht voll ausgenutzt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Nachteile
zu überwinden und dabei ebenfalls einen induktionsfreien Schichtwiderstand zur Verfügung
zu stellen, der einfach herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Widerstandsbahn
im die äußere Mantelfläche in eine Ebene abgewickelt gedachten Sinne eine Mäanderlinie
ist, wobei zwei benachbarte Flanken der Mäanderlinie zueinander einen spitzen Winkel
bilden und die doppelte Amplitude der Mäanderlinie gleich oder größer als der Umfang
der äußeren Mantelfläche ist. Dabei kann die in eine Ebene abgewickelte Mäanderlinie
beispielsweise sägezahnförmig oder sinusförmig sein.
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Der Durchmesser des Trägerkörpers ist im Verhältnis'zur doppelten
Amplitude zu kleinen Abmessungen hin allein dadurch begrenzt, daß infolge der endlichen
Breite der Widerstandsbahn und der Steigung einer einzelnen Flanke einer Mäanderlinie
bei mehr als einer ganzen Windung eine Mäanderlinie von der in Projektion gesehenen
nächstgelegenen beabstandet ist, wobei dieser Abstand größer oder vorzugsweise gleich
der Breite der Widerstandsbahn ist.
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Damit ist es also möglich, den Niderstandswert eines erfindrngsgemäßen
Widerstandes verglichen mit einem bekannten Widerstand ;resentlich zu erhöhen, da
der Durchmesser des Trägerkörpers den Widerstandswert nicht direkt beschränkt. Ein
weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Widerstände besteht darin, daß sie induktionsfrei
sind, obwohl die Widerstandsbahn von vornherein induktiv ist. Die Bifilarwirkung
ergibt sich erst infolge der erfindungsgemäßen Widerstandsbahn- Wicklung auf dem
Trägerkörper.
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Die erfindungsgemäßen Widerstände werden vorzugsweise mit einer elektrisch
isolierenden Umhüllung umgeben, welche gleichzeitig auch Schutz vor Feuchtigkeit
und mechanischer Beanspruchung gewährt. Die Widerstandsbahn- Enden sind mit Anschlußelementen
galvanisch verbunden, welche die Form metallischer, auf den Trägerkörper aufgepreßter
Kappen besitzen, an denen Drähte radial oder axial abstehen können.
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Die Widerstandsschicht wird in Dickschichttechnik auf den Trägerkörper
aufgebracht, bzw. die Widerstandsschicht ist eine Dickschicht und wird dadurch auf
den Trägerkörper aufgebracht, daß die auf einem mit Gelatine beschichteten, flexiblen
Hilfsträger befindliche mäanderförmige Widerstandsbahn, die mit einer Deckschicht
versehen und von dieser gehalten ist, dem Trägerkörper zugeführt wird, die Gelatineschicht
in Wasser angelöst, der Hilfsträger vor dem Trägerkörper von der Deckschicht in
der die Widerstandsbahn ruht-abgelöst und die Deckschicht auf der Mantelfläche des
Trägerkörpers auf ge-,
wickelt und der Widerstand anschließend einer
Temperaturbehandlung unterworfen wird. Die Temperaturbehandlung~besteht aus eier
Trocknung und einem Brennvorgang, wobei während ddr Trocknung die Wasserreste entfernt
erden, die sich während des Anlösens der Gelatineæchicht auf der Trägerkörperoberfläche
angelagert haben und beim Brennvorgang die Deckschicht weggebrannt wird, sodaß die
3Viderstandsbahn, welche vor dem Brand auf einer Deckschicht ruhte, nunmehr mit
der Trägerkörperoberfläche direkt. in Berührung kommt und auf dieser -fest gebrannt
wird.
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Damit die Deckschicht problemlos weggebrannt werden kann, ist es selbstverständlich,
diese so dünn als möglich auszubilden ohne daß jedoch der mechanische Zusammenhalt
der mäanderförmigen Widerstandsbahn darunter leiden darf.
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Bei einer anderen Verfahrensvariante wird die Widerstandsbahn im Siebdruckverfahren
auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht, wobei der vorzugsweise zylindrische
Trägerkörper während eines Druckvorganges mehr als eine Umdrehung durchführt und
die Rotationsgeschwindigkeit von der Trockengeschwindigkeit der Widerstandspaste
abhängt. Dabei kann die Trocknung der Widerstandspaste durch Temperaturstrahler
beschleunigt werden, die auf der dem Rackel der Siebdruckvorrichtung gegenüberliegenden
Seite des Trägerkörpers angeordnet sind und welche durch Abschirmungen nicht auf
die Siebdruckvorrichtung einwirken können, bzw. die Trocknung der Widerstandspaste
kann auf dem hohlen Trägerkörper durch Temperaturerhöhung in diesem
Hohlraum
vor3ugsweise durch Heißluft geschehen. Es ist auch eine Kombination dieser beiden
Trocknungsverfahren möglich.
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Wichtig ist daDei einzig und allein, daß die Widerstandspaste während
einer rollen Umdrehung des Trägerkörpers trocken ist, sodaß beim Weiterdrehen huber
eine volle Umdrehung hinaus, ein Verschmieren der Widerstandsbahn vermieden wird.
Damit ist es jedoch möglich, beliebig viele Umdrehungen zu vollführen, wobei die
Zahl der Umdrehungen allein durch die Breite der Widerstandsbahn begrenzt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und vrird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig.1 einen Trägerkörper und
eine Widerstandsban auf einem Hilfsträger in einer schematisch dargestellten Draufsicht,
Fig.2 eine Seitenansicht gemäß Fig.1, Fig.3 einen Ausschnitt aus Fig.2, Fig.4 einen
Schnitt durch den mit der Widerstandsbahn bedruckten Hilfsträger gemäß Fig.1 - Schnitt
AB -, Fig.S einen perspektivisch dargestellten Widerstand, Fig.6 einen Ausschnitt
aus einem mit einer abgleichbaren Widerstandsbahn bedruckten Hilf skörper, Fig.7
eine perspektivische Darstellung eines abgleichbaren Schichtwiderstandes und Fig.8
einen Schnitt entlang der Schnittlinie CD gemäß Fig.7.
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Fig.I zeigt einen Hilfsträger 1 mit aufgedruckter Widerstandsbahn
2 der Breite b, wie er dem elektrisch isolierenden Trägerkörper 3 eines
elektrischen
lUiderstandes tangential in Pfeilrichtung X zugeführt wird. Der Hilfst,räger 1 kann
beliebig lang ausgebildet sein, wobei die Widerstandsbahn in Form einer Sägezahnlinie
mehrfach hintereinander auf dem Hilfsträger 1 vorhanden sein kann. Die doppelte
Amplitude der Widerstandsbahn, d.h. von Spitze 4 zu Spitze 4' ist gleich oder größer
als der Umfang des Trägerkörpers 3, was durch den Abstand n.D mit n > 1 dargestellt
ist. Um einen reibungslosen Arbeitsablauf zu gewährleisten, besitzt der Hilfsträger
1 einen Vorlaufbereich 5 der Länge a und zwischen den hintereinander liegenden Widerstandsbahnen,
d.h. zwischen den Spitzen 4' und 4 einen Nachlaufbereich z und einen Vorlaufbereich
a1 der kleiner als a sein kann.
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Fig.2 zeigt die auf einem mit Gelatine 6 beschichteten, flexiblen
Hilfsträger 1 befindliche Widerstandsbahn 2 die mit einer Deckschicht 7 versehen
ist und welche'die Widerstandsbahn mechanisch stabilisiert und in ihrer Mäanderform
hält, wenn der Hilfsträger 1 durch einen Spalt 8 einer Rolle 9 zugeführt und dort
aufgewickelt wird. Die Ablösung der durch eine Deckschicht 7 zusammengehaltenen
Widerstandsbahn 2 geschieht dadurch, daß der Hilfsträger eine vorgeschaltete Anlösestation
1o durchläuft, in der die Gelatineschicht 6 angelöst wird, sodaß eine Schneide 11
den Hilfsträger 1 von der Widerstandsbahn 2 mit Deckschicht 7 trennt. Durch eine
Rotationsbewegung der Rolle 9 wird der Hilfsträger 1 in Pfeilrichtung X bewegt und
die Deckschicht 7 mit der darunter haftenden Widerstandsbahn 2 dem Trägerkörper
3 des elektrischen Widerstandes zugeführt. Eine elastische Rolle 12, die gegen den
Trägerkörper 3 gepreßt ist, drückt die
Deckschicht 7 mit Widerstandsbahn
2 gegen die Manteifläche 13 des Trägerkörpers 3 und wickelt die mäanderförmige Widerstandsbahn
auf den Trägerkörper 3 auf. ist die Widerstandsmäander vollständig auf den Trägerkörper
3 aufgewickelt, so schneidet ein Messer 14 den Hilfsträger 1 entlang der in Fig.1
dargestellten-strichlierten Linie 15 ab; der Widerstand wird aus der Vorrichtung
entfernt und ein neuer, zu beickelnder Widerstand nimmt seinen Platz ein.
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Vorzugsweise wird für die Schicht 6 eine Gelatine verwendet, die klebefähig
ist, bztI. auch eine klebefähige Deckschicht 7 verwendet, sodaß'die Widerstandsbahn
sicher auf dem Trägerkörper 3 haftet und in einem weiteren Arbeitsgang getrocknet
und festgebrannt.erden kann.
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Es versteht sich von selbst, daß ein Deckschichtmaterial zu verwenden
ist, welches auf das verwendete Widerstandsmaterial abgestimmt ist, sodaß die flüchtigen
Bestandteile des Deckschichtmaterials entweichen können bevor die Widerstandsbahn
auf der Oberfläche 13 des Trägerkörpers 3 festbrennt.
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Fig.3 zeigt den auf einem Tisch 25 in Richtung X vorwärts bewegten
Hilfsträger 1 mit angelöster Gelatineschicht 6 und der durch eine Deckschicht 7
mechanisch in der Mäanderform gehaltenen Widerstandsbahn 2. Der Hilfsträger 1 wird
durch einen Spalt 8 am Tisch 25 umgelenkt und auf eine sich drehende Rolle aufgewickelt.
Eine Schneide 11 unterstützt die-Trennung der mit der Widerstandsbahn 2 versehenen
Deckschicht 7 vom Hilfsträger 1.
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Fig.4 zeigt den mit einer Gelatineschicht 6 versehenen Hilfsträger
1
im Querschnitt. Auf der Geletinescnicht befindet sich die beispielsweise
im Siebdruckverfahren aufgebrachte Widerstandsschicht 2, die durch eine Deckschicht
7 abgeschlossen ist. Die Deckschicht kann ebenfalls im Siebdruckverfahren aufgebracht
werden, wobei es auch möglich ist, Flächenbereiche zwischen der Widerstandsmäander
von Deckmaterial frei zu halten um beim späteren Einbrand. der Widerstandsbahn auf
den Trägerkörper unkritischer arbeiten zu können.
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Neben dem Siebdruckverfahren kommen auch Spritzen, Walzen 0' der Streichen
in Betracht.
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Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Widerstandes,
bei dem eine sägezahnförmige iderstandsmäander 2 zweimal auf einen zylindrischen
Trägerkörper 3 aufgewickelt ist, da sich die gegenüber liegenden Spitzen 4 und 4
auf einer gemeinsamen Mantellinie treffen und ein Flankenstück der Widerstandsbahn
zwischen den Spitzen liegt. Die Enden der Widerstandsbahn 2 sind mit Anschlußkappen
16 elektrisch leitend verbunden, welche auf den Trägerkörper 3 aufgepreßt sind.
An den Anschlußkappen 16 sind Anschlußdrähte 17 befestigt, die axial abstehen..
Eine Schutzumhüllung 18 auf der gesamten Widerstandsoberfläche ist in einer dünnen,
strichlierten Linie angedeutet.
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Fig.6 zeigt sinusförmige Widerstandsbahnen 2 auf einem Hilfsträger
1, die voneinander beabstandet sind. Ein Abgleichsack 18 zwischen benachbarten Flanken
19 der Widerstandsbahn 2, dessen Längsausdehnung kleiner als der Umfang des Trägerkörpers
ist, auf welchen die Widerstandsbahn aufgebracht wird, dient zum Feinabgleich des
Widerstandes.
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Dieser Feinabgleich geschieht bei'spielsweise mittels Sandstrahlvorrichtung,
Schleifscheibe oder Laserstrahles in Richtung-des'Pfeiles Y,
Fig.7
zeigt eine Widerstandsbahn 2 gemäß Fig.6, mit einem Abgleichsack 18. Die Widerstandsbahn
ist auf einen zylindrischen Trägerkörper 3 aufgewickelt, wobei ungefähr zwei Umdrehungen
ausgeführt wurden. Auch hier sind wieder Anschlußkappen 16 und axiale Drahtenden
17 dargestellt, welche mit den Enden der Widerstandsbahn galvanisch in Kontakt stehen.
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Fig.8 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie CD gemäß Fig.7,
den Trägerkörper 3 mit auf dessen Oberfläche 13 befindlicher '#oder standsbahn 2
darstellend. Die Widerstandsbahn 2 wird durch die Deckschicht 7 mechanisch zusammengehalten.
Dadurch daß mindestens eine, vorzugsreise mehr als eine Umdrehung des Trägerkörpers
3 ausgeführt wird, bis die Mäanderbahn 2 vollständig auf der Oberfläche 13 des Trägerkörpers
3 aufgewickelt ist, kommen verschiedene Widerstandsbahnbereiche bzw. ihre Deckschichten
7 aufeinander zu liegen. Es ist deshalb notwendig, daß das Material der Deckschicht
7 mit dem der Widerstandsbahn 2 abgestimmt ist, damit beim Einbrand der Widerstandsbahn
diese gut auf der Oberfläche 13 des Trägerkörpers 3 festbrennt und nicht die unter
einer Widerstandsbahn liegende Deckschicht aufkocht.
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Patentansprüche