DE2854926A1 - Kohlewiderstand und verfahren zur herstellung eines kohleschichtwiderstandes - Google Patents

Kohlewiderstand und verfahren zur herstellung eines kohleschichtwiderstandes

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DE2854926A1
DE2854926A1 DE19782854926 DE2854926A DE2854926A1 DE 2854926 A1 DE2854926 A1 DE 2854926A1 DE 19782854926 DE19782854926 DE 19782854926 DE 2854926 A DE2854926 A DE 2854926A DE 2854926 A1 DE2854926 A1 DE 2854926A1
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DE19782854926
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Pierre Hubertus Maria Jacobs
Jacob Klaas Vondeling
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C10/00Adjustable resistors
    • H01C10/30Adjustable resistors the contact sliding along resistive element
    • H01C10/32Adjustable resistors the contact sliding along resistive element the contact moving in an arcuate path
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C17/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/065Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
    • H01C17/06506Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
    • H01C17/06573Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the permanent binder
    • H01C17/06586Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the permanent binder composed of organic material

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
60 g graphit,
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:
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
Allsführungsbeispiel IV
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.
TABELLE
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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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-
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ORtGiNAL INSPECTED
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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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