DE2854926A1 - Kohlewiderstand und verfahren zur herstellung eines kohleschichtwiderstandes - Google Patents
Kohlewiderstand und verfahren zur herstellung eines kohleschichtwiderstandesInfo
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Description
N.V. Pniiips1 GlcsÜamperiiab.'-cksn, Eindhoven
17.11.78 1 PHN 9OO3
."Kohlewiderstand und Verfahren zur Herstellung eines
Kohleschichtwiderstandes."
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohleschichtwiderstand, bei welchem eine Schicht, die Kohlenstoff,
ein nichtleitendes Pigment und ein Bindemittel enthält, auf einem elektrisch nichtleitenden Träger angebracht
und mit Elektroden versehen ist. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines
Kohleschichtwiderstandes, bei welchem eine Suspension, die Kohlenstoff, ein elektrisch nichtleitendes Pigment
und ein Bindemittel in einem Lösungsmittel enthält, hergestellt und dann in einer dünnen Schicht auf einem
elektrisch nichtleitenden Träger angebracht wird, wonach die Suspensionsschicht getrocknet wird. Das Bindemittel
kann anschliessend, wenn es sich dazu eignet, chemisch oder thermisch gehärtet werden.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Kohlepotentiometer (veränderliche Kohleschichtwiderstände
die eine Kohleschicht hoher Abriebfestigkeit, einen niedrigen
Kontaktwiderstand und die Möglichkeit einer Kontaktänderung über die Kohleschicht haben sollen.
Veiter ist es erwünscht, dass die genannten Eigenschaften und auch der ¥idersta.nd der Schicht bei Einwirkung
von Lösungsmitteln \jnü FeuehtigKeit axif die Schicht
nicht oder nahezu nicht beeinflusst werden.
Bei der Herstellung von Widerstandsschichten durch Aufbringen von Suspensionen, die Kohlenstoff und
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nichtleitende Teilchen enthalten, ist es erwünscht, von möglichst stabilen Suspensionen auszugehen. Derartige
Suspensionen ergeben ein Sediment möglichst dicht gestapelter Teilchen. Die Suspensionen enthalten dazu polymere
Bindemittel, die die gegenseitige Abstossung der Teilchen vergrössern, so dass sich keine flockigen Niederschläge
bilden und vermieden wird, dass leitende und nichtleitende Teilchen ihr kolloidchemisches Verhalten derart gegenseitig
beeinflussen, dass flockige Niederschläge geringer Dichte entstehen können. Es hat sich in der Praxis als
schwierig erwiesen, mit den für derartige Schichten bereits vorgeschlagenen nichtleitenden Teilchen stabile
Suspensionen herzustellen, mit denen durch Änderung des Gehalts an leitenden und nichtleitenden Teilchen unterschiedliche
Widers tandswerte erhalten werden können·.' In der Regel werden daher eine Anzahl von Suspensionen verschiedener
Zusammensetzungen hergestellt, um Widerstandsschichten
mit unterschiedlichen Widerstandswerten bilden zu können. Ein weiterer Nachteil der üblicherweise
verwendeten nichtleitenden Teilchen, wie Siliciumkarbid,
Siliciumdioxid, Glaspulver, u.dgl., ist, dass dies harte
Teilchen sind, die zur Abnutzung der Schiebekontakte
bei Potentiometern führen können und dadurch eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes und der Kontaktwiderstandsänderung
herbeiführen können. Andere vielfach angewendete Füllmittel, wie Molybdändisulfid, weisen zwar
den letzteren Nachteil nicht auf, aber bei Anwendung in Widerstandsschichten für Kohlepotentiometer beeinträchtigen
sie, .wie sich herausgestellt hat, die .elektrischen
Eigenschaften (den Temperaturkoeffizienten des Widerstandes
TC„, die Feuchtigkeitsbeständigkeit und das
Rauschen).
Die Erfindung hat die Aufgabe, die genannten Nachteile möglichst zu beheben.
Diese Aufgabe wird bei einem Kohleschichtwiderstand nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die
Widerstandsschiclit als elektrisch nichtleitendes Pigment
Kohlenstofffluorid (Brutto-förmel (CF) ) enthält. Eine
XL'
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derartige Schiclit wird dadurch erhalten, dass eine Suspension
verwendet wird, die als elektrisch nichtleitendes Pigment Kohlenstofffluorid enthält. In der angegebenen
Bruttoformel (CF) bedeutet n, dass in der betreffenden Vernindung eine nicht näher zu definierende grosse Anzahl
von (CF)-Gruppen vorhanden ist.
Die Verbindung (CF) kann z.B. dadurch erhalten werden, dass Graphit mit Fluor .bei einer Temperatur von
etwa 400 C zur Reaktion gebracht wird. Das Reaktionsprodukt
ist grau bis weiss und ist elektrisch nichtleitend ' (siehe z.B. "Journal of the Electrochem. Soc. of Japan"
32 (1), S. 17 - 25 (196*0). Das Erzeugnis weist, gleich
wie Graphit, die Eigenschaften eines Schmiermittels auf.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
dass mit Kohlenstoff sowie mit Kohlenstofffluorid (CF)
mit demselben Lösungsmittel und demselben Bindemittel und derselben Bindemittelkonzentration stabile Suspensionen
erhalten werden können und dass diese Suspensionen bei einer bestimmten Pigmentvolumenkonzentration sowohl
gesondert als auch gemischt Schichten optimaler Packung ergeben. Dadurch, dass derartige Suspensionen in verschiedenen
Verhältnissen gemischt werden, können Kohleschichten
mit verschiedenem spezifischem Widerstand, aber im übrigen gleichen Eigenschaften erhalten werden. Potentiometer
mit verschiedenen Widerstandswerten weisen also alle denselben Temperaturkoeffizienten des Widerstandes
(TOR), denselben Kontaktwiderstand (RC), dieselbe Kontaktwiderstandsänderung
(CRV) und dieselbe Empfindlichkeit fur Feuchtigkeit und Lösungsmittel auf. Insbesondere ergibt
dies einen Vorteil, wenn Potentiometer hergestellt
werden müssen, in denen sich der spezifische Widerstand der Kohleschicht mit der Stelle in der Kontaktbahn ändert
(sogenannte logarithmische Potentiometer). Bei solchen Potentiometern ändert sich die abgenommene Spannung nicht
oder nahezu nicht bei Änderung, der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit, Ein derartiger Widerstand kann z.B.
dadurch erhalten werden, dass die Bahn, über die sich der Kontakt bewegt, in zwölf Teile unterteilt und dass durch
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Änderung des Mischungsverhältnisses der Suspensionen auf
jedem folgenden Teil eine Schicht mit einem grösseren spezifischen Widerstand als der des vorangehenden Teiles
abgelagert wird. Die angebrachten Suspensionsschichten können dann alle auf gleiche Weise und optimal ausgeheizt
werden. Dies ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung.
Für die industrielle Produktion veränderlicher Kohleschichtwiderstände mit unterschiedlichen Widerstands—
werten wird daher die folgende elegante Ausführungsform
des Verfahrens nach der Erfindung möglich:
Die Kohlenstoffhaltige Suspension wird dadurch hergestellt,, dass in einem ersten Schritt ges.onderte
stabile Suspensionen von Kohlenstoff und Kohlenstofffluorid (CP) mit denselben Bindemittel und derselben
Bindemittelkonzentration in demselben Lösungsmittel (gegebenenfalls
Lösungsmittelgemisch) hergestellt und in einem zweiten Schritt diese Suspensionen miteinander in
einem Verhältnis gemischt werden, das beim Eintrocknen der Suspensionsschicht und etwaiger Nachhärtung des
Bindemittels den gewünschten Widerstandswert ergibt.
Vorzugsweise wird das Verhältnis zwischen den Pigmentvolumenkonzentrationen und dem Bindemittelgehalt der
stabilen Suspensionen dabei derart gewählt, dass beim EintrOcknen der Suspensionsschicht und etwaiger Nach- .
härtung Schichten mit optimalen Eigenschaften (TCR, RC,
CRV usw.) erhalten werden. Bei Mischung der Suspensionen hat sbh überraschenderweise gezeigt, dass die gemischte
Suspension dann ebenfalls eine optimale Schicht ergibt. Optimale mechanische Eigenschaften werden erhalten, wenn
der Bindemittelgehalt in der Schicht derartig ist, das die Poren zwischen den Pigmentteilchen völlig oder nahezu
völlig gefüllt sind. Nun wurde gefunden, dass bei denselben Konzentrationsverhältnissen nicht nur die mechanischen
Eigenschaften, sondern auch die elektrischen Eigenschaften
optimal sind. In den erfiudungsgemässen Widerständen können
die üblichen Kohlenstoff;trten, wie TUiss, Graphit
u.dgl., verwendet werden. Geeignete Bindemittel sind z.B. Lackharze wauf Basis von Harnstoff- und Melaminformaldehyd -
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harzen, wie. sie käuflich erhältlich sind. Die Suspensionen können auf den zu überziehenden Substraten in dünnen
Schichten ausgegossen oder z.B. durch ein Siebdruckverfahren angebracht werden. Die Lösungsmittelmenge
wird an die erforderliche Viskosität bei dem angewandten Aufbringungsverfahren angepasst.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, deren einzige Figur schematisch einen veränderlichen
Widerstand zeigt, und einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Ausführungsbeispiel I Herstellung Kohlenstoffsuspension A
Ausführungsbeispiel I Herstellung Kohlenstoffsuspension A
60 g graphit,
120 ml einer käuflich erhältlichen Melaminformaldehydharzlösung (60 Gew. 0Jo) in Butanol und 850 ml Butylacetat
120 ml einer käuflich erhältlichen Melaminformaldehydharzlösung (60 Gew. 0Jo) in Butanol und 850 ml Butylacetat
werden durch i6-stündiges Mahlen in einer Kugelmühle
dispergiert; dabei wird eine stabile Suspension erhalten.
Ausführungsbeispiel II
Herstellung Kohlenstofffluorxdsuspension B.
75 g Kohlenstofffluorid (CF)
120 ml Harzlösung gemäss Ausführungsbeispiel I und
850 ml Butylacetat
werden 16 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen;
es wird eine stabile Suspension erhalten. Ausführungsbeispiel 111
Herstellung eines Kohleschichtwiderstandes:
Herstellung eines Kohleschichtwiderstandes:
Die Suspensionen A und B werden in einem Mischungsverhältnis
gemischt, das von dem endgültig gewünschten Widerstandswert abhängig ist. Das· Gemisch wird auf einem
ringförmigen Träger 1 aus Hartpapier ausgegossen, der bereits mit Metallkontakten 2 und 3>
z.B. aus Silber, versehen ist, getrocknet und während 20 Minuten bei 220 C
ausgeheizt. Dann.wird der Träger 1 mit der KohleSchicht
in ein Potentiometer montiert, von dem in der Zeichnung ein Träger 4, ein drehbares Kontakt 5 und Kontakte 6, 7
und 8 dargestellt sind.
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ft
Die Eigenschaften der nach dem Ausführungsbeispiel
III erhaltenen Potentiometer werden mit käuflich erhältlichen Potentiometern vom gleichen Typ verglichen.
In der nachstehenden Tabelle sind in Spalte 1 das Mischungsverhältnis
in Vol.$ der Suspensionen A und B, in Spalte 2 der erhaltene Widerstand (r), in Spalte 3 der1
Temperaturkoeffizient des Widerstandes zwischen 20 und 60°C (TÜR), in Spalte k der Kontaktwiderstand nach 10
Umdrehungen (RC) des Koirtaktr 5 über die Kohleschicht
auf dem Träger 1 j.n Spalte 5 die Kontaktwiderstandsänderung über die Kohleschicht (CRV) und in Spalte 6
die Widerstandsänderung AR nach Drehung des Kontakts
5 angegeben.
χ yiischver- liältnis |
2 R |
* 1 TCR (20-60°C) |
4 RC |
CRV | 6 |
6OA+4OB 37A+63B 25A+75B |
8 kjQ 60 kQ 2 ΜΩ |
-240 ppm -220 ppm -390 ppm |
+ 1$ + 1$ + 1$ |
+ 0,2$ + 0,2$ + 0,3$ |
-1,8$ -3,1$ -6,7$ |
Handels- produkten |
SkQ ,6OkQ 2MQ |
-5OO bis +500 ppm |
+ 0,5hds + 2$ |
-5 bis | |
Die Empfindlichkeit für Feuchtigkeit und Lösungsmittel der Kohleschicht wird.als Widerstandsänderung gemessen. Bei
dem angewandten Testverfahren änderte sich der Widerstand um höchstens 20 $ bei Verwendung einer Schicht mit optimalen
Eigenschaften, d.h. bei einer Schicht, bei welcher die Poren zwischen den Pigmentteilchen völlig oder fast
völlig mit Bindemittel gefüllt sind unter der Einwirkung von Feuchtigkeit und Lösungsmitteln. Bei Abweichungen
von einem optimalen Füllgrad, z.B. zur Erzielung verschiedener Widerstandswerte, stellte sich heraus, dass
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•s
Änderungen von 200 bis 3OO °/o unter den gleichen Bedingungen
auftreten konnten. Ausführungsbeispiel V
Bei der Herstellung eines sogenannten logarithmischen Potentiometers-besteht die Widerstandsschicht
auf dem Träger 1 aus einer Anzahl nebeneinander liegender Bereiche mit unterschiedlxchem spezifischen Widerstand,
die dadurch erhalten sind, dass Suspensionsgemische geeigneter Zusammensetzung an den gewünschten
Stellen auf dem Träger 1 angebracht werden.
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ήΟ
Leerseite
Claims (1)
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Patentansprüche;
Kohleschichtwiderstand, bei welchem eine icht, die Kohlenstoff, ein elektrisch nichtleitendes
Pigment und ein Bindemittel enthält, auf einem elektrisch nichtleitenden Träger angebracht und mit Elektroden versehen
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht
als elektrisch nichtleitendes Pigment Kohlenstoff fluorid (CF) enthält.
2. Verfahren zur Herstellung eines Kohleschichtwiderstandes nach Anspruch 1, bei welchem eine Suspension,
die Kohlenstoff, ein elektrisch nichtleitendes Pigment und ein Bindemittel in- einem Lösungsmittel enthält, hergestellt
und diese dann auf einen elektrisch nichtleitenden Träger, der mit Elektroden versehen ist-, aufgebracht
wird, wonach die Suspension getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Suspension
dadurch hergestellt wird, dass in einem ersten Schritt gesonderte stabile Suspensionen von Kohlenstoff und
Kohlenstofffluorid (CF) mit demselben Bindemittel und
derselben Bindemittelkonzentration in demselben Losungsmittel
hergestellt und. in einem zweiten Schritt diese Suspensionen'miteinander in einem Verhältnis gemischt
werden, das beim Eintrocknen der Suspr-nsionssohicbt mid
etwaiger Nachhärtung des Bindemittels den gewünschten
Widerstandswert ergibt.
3- Verfahren naclj Anspruch 2, dadurch gcker.nzeich-
3- Verfahren naclj Anspruch 2, dadurch gcker.nzeich-
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ORtGiNAL INSPECTED
2354926
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net, dass eine kohlenstoffhaltige Suspension verwendet
wird, die beim Eintrocknen Schichten ergibt, bei denen die Poren zwischen den Teilchen völlig oder fast völlig
mit Bindemittel gefüllt sind.
h. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass Scliichtbereiche mit unterschiedlichem spezifischem
Widerstand nebeneinander auf einen Träger aufgebracht werden.
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