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Beschreibung
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Ieistungsfähiger Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom und Verfahren
zu dessen Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltungselemente der
elektronischen Meßtechnik, und zwars genauer genommen, leistungsfähige Präzisions-Drahtwiderstände
für Wechselstrom und Verfahren zu deren Herstellung.
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Die vorliegende Erfindung kann eine breite Wergendung in verschiedenen
elektronischen Meßgeräten mit hoher Genauigkeit finden. Am vorteilhaftesten kann
dieser Widerstand in den Eingangskreisen von Wechselstromvoltmetern, in leistungsfähigen
Spannungsteilern sowie als Vorschaltwiderstand des Thermoumformers in metrologischen
Anlagen zur Prüfung von Wechs elstromvoltmetern verwendet werden.
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Zur Zeit werden sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit elektronischer
Meßgeräte gestellt. Es ist vollkommen einleuchtend, daß elektronische Meßgeräte
hoher
Genauigkeit nur unter Verwendung von Widerständen hergestellt
werden können, die gleichzeitig günstige technische Daten aufweisen. Die Wechselstrom-Drahtwiderstände
werden durch folgende Hauptdaten gekennzeichnet: Leistung, Genauigkeit, Zeitstabilität,
Temperaturkoeffizient des Widerstandes, Betriebstemperaturbereich, Betriebsspannung,
Frequenzfehler sowie Abmessungen.-Die leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstände
für Wechselstrom müssen fertigungsgerecht in der Herstellung sein, was eine große
Bedeutung für deren Serienfertigung hat.
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Eine Analyse moderner Patentschriften, der wissenschaftlichen und
technischen Literatur sowie Werbeausgaben zeigt, daß zur Zeit keine leistungsfähigen
Wechselstrom-Drahtwiderstände vorhanden sind, deren Kenndaten allen oben angegebenen
Anforderungen gerecht würden. Die existierenden leistungsfähigen Wechselstromwiderstände
haben einen bzw. zwei günstige Kennwerte, während die sonstigen Kennwerte derselben
schlecht sind.
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Es ist eine Vielzahl von Konstruktionen leistungsfähiger Präzisions-Drahtwiderstände
für We.chselstrom vorhanden, die günstige Einzelparameter aufweisen.
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Insbesondere ist ein Widerstand bekannt.(s. de=1 UdSSR-Urheberschein
Nr. 381 104), der ein in einem Gehäusecuntergebrachtes zylindrisches Widerstandselement
darstellt. Im Gehäuse sind in einem gewissen Abstand voneinander Irisblenden
befestigt,
die miteinander durch eine gemeinsame Fassung verbunden sind, die es gestattet,
die Blenden synchron zu öffnen. In der Blendenlösung ist ein in Zylinderform mit
einer Spiralführung zusammengewickeltes Blättchen aus elastischer Metallfolie -
der Schirm - angeordnet. Die auf den Schirm verteilte Kapazität des Widerstands
elements wird mit Hilfe der genannten Blenden geregelt, die den Schirm umfassen.
Nach der Abstimmung des Widerstands auf den minimalen Frequenzfehler wird die Fassung
in der vorliegenden Lage befestigt.
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In diesem Widerstand wird eine Herabsetzung des Frequenz fehlers
erreicht. :£ne Brhöhund der Leistung des vorliegenden Widerstandes kann Jedoch nur
durch eine ergrößerung der Ausmaße des Widerstandselements, d.h. durch Vergrößerung
der Abmessungen des Widerstands als Ganzes erreicht werden. Die Wärmedehnung der
Bestandteile dieses Widerstandes bei dessen Betrieb setzt unvermeidlich dessen Zeitstabilität
herab. Außerdem ist der komplizierte Aufbau des Widerstandes keine gedrungene Herstellung
desselben zu. Daraus ist einleuchtend, daB die Fertigung des diderstandes kompliziert
und aufwendig ist.
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Es ist ein Widerstand bekannt (s. den UdSSR-Urheberschein Nr. 449381),
der die Nachteile des oben betrachteten Widerstandes teilweise behebt.Er enthält
einen Tragkörper einem auf ibn aufgewickelten unterteilten Widerstandselement. Jeder
Teilabschnitt des Widerstandselements ist in Form einer Spirale
ausgeführt.
Der Abstand zwischen den Teilabschnitten bestimmt die Größe der Störkapazität des
Widerstandselement.
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Eine Vergrößerung des Abstands zwischen den Geilabschnitten vermindert
die Größe der Störkapazität, d.h. sie setzt den Brequenzfehler herab. Das führt
jedoch unvermeidlich zu einer Vergrößerung der Abmessungen des Widerstands. Die
in Form einer Spirale ausgeführten Teilabschnitte des Widerstandselements haben
eine große Seitenfläche, was die Kühlung des Widerstandselements verbessert und
dadurch der Leistungserhöhung des Widerstandes beiträgt. Die Vergrößerung der Leistung
des Widerstandes führt jedoch unvermeidlich zu einer Wergrößerung des Durchmessers
der Xeilabschnitte des Widerstandselements, d.h. sie vergrößert die Abmessungen
des Widerstandes im ganzen. Auch ist die aufgeteilte spiralförmige Aufwicklung des
Mikrodrahtes und dessen Befestigung in dieser Lage sehr kompliziert. Infolgedessen
ist auch das Verfahren zur Herstellung dieses Widerstandes kompliziert und aufwendig.
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Aus der US-PS 3 104 311 sind schließlich ein leistungsfähige Fräzisions-Drahtwiderstand
für Wechselstrom und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt, die die Nachteile
der oben betrachteten Widerstände teilweise beheben Dieser Widerstand enthält ein
Gehäuse aus Epoxydharz, der mit einem flüssigen Dielektrikum ausgefüllt ist. Als
solches Dielektrikum wird Transformatoröl verwendet. Im Innern
des
Gehäuses ist ein unterteilter Tragkörper untergebracht, der desgleichen aus Epoxydharz
gefertigt wird. Auf den Tragkörper ist das Widerstandselement aufgewickelt, das
eine wicklung aus einem hochohmigen isolierten Draht mit einem Durchmesser in der
Größenordnung von 50 jim darstellt. Dieser Widerstand wird durch -Aufwickeln des
Drahtes auf den unterteilten Tragkörper und nachfolgende Ausfüllung des Innenvolumens
des Gehäuses mit Transformatoröl hergestellt.
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Die Zeitstabilität dieses widerstandes wird durch die Auswahl des
Drahtwerkstoffs erreicht. Die Leistung des Widerstandes wird durch die Verwendung
eines Kühlmediums gesteigert, wobei als solches hier Transformatoröl benutzt wird.
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Dieser rWiderstand ist kompakt. Die Zeitstabilität dieses Widerstandes
wird jedoch sehr negativ durch die große Wärmedehnung des aus Schichtpreßstoff hergestellten
unterteilten Tragkörpers beeinflußt, der eine mechanische Einwirkung auf den dünnen
Draht des Widerstandselements ausübt, wodurch dessen Widerstand geändert wird. Infolge
der Verwendung eines Schicht preßstoffs als Werkstoff für den Tragkörper und des
Transformatoröls als flüssiges Dielektrikum, die einen hohen Verlustfaktor tan α
aufweisen, kann kein geringer Erequenzfehler des Widerstandes erreicht werden. Außerdem
kann dieser Widerstand keine hohe Leistung besitzen. Das erklärt sich durch folgende
Gründe: das Eransformatoral kühlt nur die Außenfläche der Wicklung des Widerstands
elements,
das Transformatoröl weist eine große Viskosität auf,
infolgedessen die Wärmeableitung vom Widerstands element durch die natürliche Konvektion
behindert ist, das aus Schichtpreßstoff ausgeführte Gehäuse hat eine schlechte Wäremeleitfähigkeit,
wodurch die Wärmeableitung aus dem Transformatoröl in das umgebende Medium erschwert
ist.
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Aus den oben in Betracht gezogenen Konstruktionen derWiderstände
und den Verfahren zu deren Herstellung ist also ersichtlich, daß es keine Widerstände
gibt, bei denen alle Hauptdaten gleichermaßen günstig sind. Die günstigen Einzeldaten
werden bei ihnen auf Kosten einer Verschlechterung der übrigen Daten erreicht. Dieser
Umstand ist durch ihre konstruktiven Besonderheiten, die prinzipiellen Widersprüche
in der Zusammenwirkung der physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften
der Werkstoffe, ihrer Bestandteile sowie durch die Verfahren zu deren Herstellung
bedingt.
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Das Ziel der Erfindung besteht in der B.eseitigung der oben angegebenen
Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leistungsfähigen
Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom zu schaffen und ein Verfahren zu dessen
Herstellung anzugeben, bei denen durch die Vervollkommnung des Herstellungsvorgangs
des Widerstandseiements eine solche Anordnung desselben auf dem unterteilten Tragkörper
erreicht wird und als flüssiges Dielektrikum und Werkstoff des Tragkörpers solche
Stoffe
verwendet werden, daß alle Hauptdaten des Widerstandes günstig sind.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem leistungsfähigen
Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom, der ein mit flüssigem Dielektrikum
ausgefülltes Gehäuse und einen in diesem untergebrachten unterteilten Tragkörper
aus Isolierstoff, auf dem das in Form einer Wicklung aus hochohmigem isoliertem
Draht ausgeführte Widerstandselement angeordnet ist, enthält, erfindungsgemäß das
Widerstandselement auf dem unterteilten Tragkörper mit einem Spalt angebracht ist,
dessen Breite die Größe der Wärmedehnung des Tragkörperwerkstoffs zur Zirkulation
des flüssigen Dielektrikums mindestens um eine Größenordnung überschreitet, wobei
als solches eine flüssige perfluororganische Verbindung verwendet wird, die eine
niedrige Viskosität aufweist, und der unterteilte Tragkörper aus einem in bezug
auf die perfluororgani sche Verbindung chemisch beständigen Werkstoff hergestellt
ist.
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Das Vorhandensein des genannten Spalts zwischen dem Widerstandselement
und dem unterteilten Tragkörper schließt das Auftreten von mechanischen Spannungen
im Draht des Widerstandselements bei der unvermeidlichen Dehnung des Tragkörpers
unter dem Einfluß der Erwärmung des letzteren vollständig aus, unabhängig davon,
ob das unter Einwirkung eines Temperaturanstieges des umgebenden Mediums oder unter
Einfluß der durch das Widerstandselement entwickelten Wärme geschieht.
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Dieser Umstand gewährleistet eine hohe Zeitstabilität des Widärstandes,
da eine Änderung des Widerstandswerts des Widerstandselements unter Einfluß mechanischer
Einwirkunden des Tragkörpers angeschlossen ist. Das Vorhandensein des Spalts zwischen
dem Widerstandselement und dem Tragkörper gewährleistet außerdem eine Zirkulation
des flüssigen Dielektrikums um die gesamte Oberfläche des Widerstandselements in
Gegensatz zu den Widerständen'mit Widerstandselementen, die in Form einer dicht
auf den unterteilten Trag körper aufgewickelten Wicklung aus hochohmigem Draht ausgeführt
werden. Dadurch wird die Kühloberflåche des Widerstands elements vergrößert, Die
Zirkulation des flüssigen DieleRtrikums, wobei als solches eine flüssige perfluororganische
Verbindung mit hoher Dünnflüssigkeit verwendet wird, im Spalt zwischen dem Widerstandselement
und dem Tragkörper gewährleistet eine Vergrößerung der Streuleistung des Widerstandselements
infolge dessen intensiven Kühlung. Die flüssigen perfluororganischen Verbindungen
besitzen neben hohen wärmephysikalischen Kenndaten auch hohe elektrotechnische Sennwerte,
wodurch dem Widerstand in Verbindung mit dessen konstruktiver Lösung gleichzeitig
günstige Hauptdaten verliehen werden. Die flüssigen perfluororganischen Verbindungen
sind aggressiv gegenüber vielen Isolierst offen, weshalb der unterteilte Tragkörper
aus einem in bezug auf die flüssigen fluororganischen Verbindungen chemisch beständigen
Werkstoff ausgeführt ist.
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Es ist zweckmäßig, daß als flüssige fluororganische Verbindung ein
Gemisch von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran verwendet
wird.
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Es ist desgleichen zweckmäßig, daß als flüssige pefluororganische
Verbindung Perfluor-i-n-Butyläther verwendet wird0 Die Verwendung des Gemisches
von Perfluor-n-Butyl-Tetra hydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran oder des PerS -Di-n-Butyläthers
als flüssige perfluororOanische Verbindungen, die eine sehr hohe Dünnflüssigkeit
aufweisen, gewährleistet eine ausgezeichnete Kühlung des Widerstandselements, wodurch
die Leistung des Widerstandes erhöht wird. Dabei haben die vorliegenden Perfluororganganischen
Verbindungen Siedetemperaden Bereich der Betriebstemperaturen des Widerstandes bedeutend
überschreiten. Demzufolge kann beim Betrieb des Widerstands keine große Druckerhöhung
im Innern seines Gehäuses entstehen. Das ermöglicht die Verwendung eines dünnwandigen
Gehäuses, wodurch das Gewicht des Widerstandes und dessen Abmessuneren vermindert
und gleichzeitig die Abfuhr der vom Widerstandselement entwickelten Wärme in das
umgebende Medium verbessert wird. Das Gemisch von Perfluor-n-Butyl Tetrahydrofuran
mit Perfluor-n-Propylpyran sowie das Perfluor-Di-n-Butyläther besitzen sehr hohe
Isoliereigenschaften, die eine hohe Isolationsgüte des Widerstandselements gewährleisten.
Demzufolge weist der Widerstand.eine hohe elektrische
Durchschlagsfestigkeit
auf. Außerdem besitzen diese perfluororganischen Verbindungen einen geringen dielektrischen
Verlustfaktor (tan α ) bis zu Frequenzen in der Größenordnung von 100 MHz.
Infolgedessen hat der Widerstand hohe Erequenzkennwerte.
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Bs ist zweckmäßig, daß als si-ierkstoff für den unterteilten Tragkörper
Poly(2,6-Dimethylphenylenoxyd) verwendet wird.
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Es ist desgleichen zweckmäßig, daß als Werkstoff für den unterteilten
Tragkörper Polyformaldehyd verwendet wird.
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Es ist zweckmäßig, daß als Werkstoff für den unterteilten Tragkörper
Celsiankeramik verwendet wird.
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Die Kunststoffe Poly(2,6-Dimethylphenylenoxyd) und Polyformaldehyd
sowie Celsiankeramik besitzen neben sehr hohen dielektrischen Kenndaten noch eine
sehr wichtige Eigenschaft.
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Sie unterliegen absolut keiner chemischen B'inwirkuns seitens flüssiger
fluororganischer Verbindungen und insbesondere seitens des in bezug auf Nichtmetalle
besonders chemisch aktiven Gemisches von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran
sowie des Perfluor-Di-n-Butyläthers.
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Infolgedessen steigert der aus den genannten Werklstoffen gefertigte
unterteilte Tragkörper die Zeitstabilität des Widerstandes.
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Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß.bei dem Verfahren
zur Herstellung des leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstandes für Wechselstrom,
bei dem der
als Widerstandselement dienende hochohmige isolierte
Draht auf den unterteilten Tragkörper aufgewickelt, der Tragkörper in das Gehäuse
eingesetzt und dieses mit flüssigem Dielektrikum gefüllt wird, erfindungsgemäß der
unterteilte Tragkörper vor dem Aufwickeln mit einer Schicht Sublimierstoff überzogen
wird, den man nach dem Aufwickeln mittels Vakuum entfernt, wodurch zwischen dem
unterteilten Tragkörper und dem Widerstandselement ein Spalt entsteht.
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Wie schon oben gezeigt wurde, hat das Vorhandensein eines Spalts
zwischen dem unterteilten Gragkörper ..and dem auf diesem angebrachten Widerstandselement
eine prinsipielle Bedeutung für den Aufbau des Widerstandes. Die Herstellung des
Widerstandes mit einem Spalt zwischen dem unterteilten Tragkörper und dem Widerstandselements
das in Form einer Wicklung aus einem Draht mit dem Burchmesser in der Größenordnung
von einigen Zehn jum ausgeführt wird, ist möglich nur durch das Auf tragen einer
harten Schicht irgendeines Stoffs auf den unterteiltslragkörper, die nach dem Aufwickeln
des Widerstandselements entfernt wird. Dabei darf das Mittel zur Entfernung dieser
harten Schicht keine mechanischen und chemischen Einwirkungen auf den Draht der
Widerstandselemente ausüben. Nur dieses erfindungsgemaßes Verfahren ermöglicht die
Herstellung des Widerstandes mit einem Spalt zwischen dem unterteilten Tragkörper
und dem Widerstandselement unter Berücksichtigung
der genannten
Anforderungen.
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Es ist zweckmäßig, daß als Sublimierstoff eine schnellhärtende Lösung
von Dimethylterephthalat in Xylol mit Zusatz von Benzophenon bei folgendem Verhältnis
der Komponenten (in Gew.-%): Dimethylterephtalat 8 bis 12 Benzophenon 0,8 bis 1,2
Xylol Rest verwendet wird.
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Es ist; zweckmäßig, daß als Sublimierstoff eine schnellhärtende Lösung
von Anthrazen in Xylol bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%: snthrazen
3 bis 6 Xylol Rest verwendet wird.
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Diese Stoffe mit den angegebenen Verhältnissen der Komponenten bilden
beim Auftragen auf den unterteilten Tragkörper schnellbärtende feinkörnige Überzüge,
die eine gute adhäsion in bezug auf den Tragkörperwerkstoff aufweisen und mechanisch
fest sind. Unter normalen Bedingungen (atmosphirischer Druck und Raumtemperatur)
können diese Ueberzüge praktisch beliebig lange haltbar sein. Unter Vakuum verflüchtigen
sich die tberzüge aus diesen Stoffen schnell und restlos.
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Die angegebenen Grenzen der Komponent;enverhält;nisse dieser
schnellhärtenden
Lösungen sind aus folgenden experimental bestätigten erwägungen gewählt;: - bei
einem Gehalt in der Lösung von weniger als 8 Gew.% Dimethylterephtalat und weniger
als 0,8 Gew.-% Benzophenon sowie bei einem Gehalt in der Lösung von weniger als
8 Gew.-% Anthracen werden die Lösungen zu dünn. Deshalb ist zum Erhalten einer harten
Schicht des Sublimierstoffs mit der erforderlichen Stärke auf der Oberfläche des
unterteilten Tragkörpers für das Widerstandselement ein mehrfaches Auftragen dieser
Lösungen erforderlich, wodurch der Zeitaufwand zum Erhalten dieser harten Schicht
wesentlich erhöht wird; - bei einem Gehalt; in der Lösung von mehr als 12 Gew.c/o
J)imet;hylt;erephtalat und mehr als 1,2 Gew.-%O Benzophenon sowie beim trehalt;
in der Lösung von mehr als 16 Gew.-% anthracen steigt die Korngröße der harten sich
aus diesen Lösungen bildenden Schicht des Sublimierstoffs an. Diese Erscheinung
ist unerwünscht, da beim Aufwickeln des Drahtes des Widerstandselements, der einen
Durchmesser in der Größenordnung von einigen Zehn Mm hat, diese Schicht des Drahtes
beschädigt werden kann Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung
und im folgenden gezeigten bzw. beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen leistungsfähigen Präzisions-Drahtwiderstand
für Wechselstrom,
Fig. 2 die Ansicht A in Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab, Fig. 3 den Schnitt III-III in Fig. 1, Fig. 4 eine Draufsicht des unterteilten
Tragkörpers mit dem auf ihm angebrachten Widerstandselement und Fig. 5 den Auftragvorgang
der Sublimierstoffschicht auf den unterteilten Tragkörper.
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Der leistungsfähige Präzisions-Drahtwiderstand für Wechselstrom enthält;
ein Metallgehäuse 1 (Fig. 1), der aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit;,
z. B. aus Kupfer, gefertigt ist. Das Gehäuse 1 ist mit; einem flüssigen Dielekt;rikum
2 aus6efüllt, wobei als solches eine perrluororganische Verbindung verwendet wird,
die neben hohen dielektrischen Kenndaten eine geringe Viskosität besitzt. Im Innern
des Gehäuses 1 ist der unterteilte Tragkörper 3 untergebracht, der in Form eines
Stabs 4 mit den Rippen 5 ausgeführt ist.
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Der unterteilte Tragkörper 3 ist; aus einem in bezug auf die flüssige
perfluororganische Verbindung chemisch beständigen Isolierstoff hergestellt. Auf
dem unterteilten Tragkörper 3 ist das Widerstandselement 6 angeordnet, das in Form
einer in Teilabschniste 8 unterteilten Wicklung aus einem isolierten hochohmigen
Draht; 7 (Fi. 2) ausgeführt ist;. Zwischen den Deilabschnitten 8 des Widerstands
elements 6 und dem unterteilten Tragkörper 3, und zwar seinem Stab 4 und den Rippen
5, ist ein Spalt 9.vorhanden, dessen Breite mindestens
um eine
Größenordnung die Größe der Wärmedehnung des Werkstoffs des unterteilten Tragkörpers
3 überschreitet. Der Spalt 9 schließt; die mechanischen Binwirklngen des unterteilten
Tragkörpers 3 bei dessen unvermeidlicher Wärmedehnung im Betrieb auf den Draht 7
des Widerstands elements 6 aus, wodurch die Zeitstabilität des Widerstandes erhöht
wird. Das Vorhandensein des Spalts 9 gewährleistet die freie Zirkulation des als
Kühlmedium dienenden flüssigen Dielektrikums 2 (Fig. 1) zwischen dem unterteilten
Tragkörper 3 und dem Widerstandselement 6. Dabei wird die Größe der gekühlten Oberfläche
des Widerstandselements im Vergleich mit den Widerständen, in denen der Draht des
Widerstandselements dicht auf den unterteilten Tragkörper aufgewickelt ist, etwa
um das 3-fache bei sonst gleichen Bedingungen vergrößert.
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Zur Herabsetzung der Reaktanz des Widerst;andselements 6 hat jeder
Teilabschnitt 8 (Fig. 8) desselben eine nacheinanderfalgend abwechselnde Aufwicklungsricht;ung
in den Lagen des Drahtes 7, und in den nebenliegenden Teilabschnit;ten 8 sind die
Lagen mit; entgegengesetzter Aufwicklungsrichtung versetzt angeordnet0 Zur Anderung
der Aufwicklungsrichtung des Drahtes 7 bei dessea t)bergang aus einer Lage in die
andere im Innern der Teilabschnitte 8 der Wicklung dienen Vorsprünge 10 (Fig. 3),
die durch die Einschnitte 11 in den Rippen 5 des unterteilten Tragkörpers 3 ausgebildet;
sind. Zum Übergang des Drahtes 7 aus einem Teilabschnitt; 8 in den anderen dient
der
sämtliche Rippen 5 des unterteilten Tragkörpers 3 überquerende
Einschnitt 12 (Fig. 4). Der unterteilte 'ttragkorper 3 (Fig. 1) mit dem auf ihm
angebrachten Widerstandselement 6 ist in Gehäuse 1 mit Hilfe der Ableitungen 13
des Widerstandselements 6 befestigt, die durch die in die SEitenwänden 15 des Gehäuses
1 eingesetzten Durchgangsisolatoren 14 verlaufen. Die Durchgangsisolatoren 14 sind
aus einem in bezug auf die perfluororganische Verbindung chemisch beständigen Werkstoff
z. B. Celsiankeramik oder Glas, hergestellt.
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Wie schon oben angegeben wurde, ist das Gehäuse 1 des Widerstandes
mit einem flüssigen Dielektrikum 2 ausgefüllt, wobei als solches eine flüssige perfluororganische
Verbindung mit hohen dielektrischen und wärmephysikalischen Kenndaten verwendet
wird. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung einer solchen perfluororganischen
Verbindung im Widerstand, wie z. B. des Gemisches vom Perfluor-,-Butyl-Tetrahydrofuran
mit Perfluor-n-Propylpyran, das außerordentlich hohe dielektrische und wärmephysikalische
Kenndaten besitzt. Die elektrische Festigkeit; dieses Gemisches erreicht 25D kV/cm
und der Volumenwiderstand liegt bei 10 Ohm/cm³. Das garantiert eine hohe Isolationsgüte
des Widerstandselements 7, d.h. es wird eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit
des Widerstandes gewährleistet. Dieses Gemisch hat einen sehr niedrigen dielektrischen
Terlustfaktor (tan o( =2x1014 bei Frequenzen bis 300 MHz), wodurch dem Widerstand
hohe Frequenzkenndaten
verliehen werden. Das Gemisch von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran
mit Perfluor-Propylpyran besitzt bei sehr geringer Viskosität eine hohe Wärmeleitfähigkeit,
was in Verbindung mit der großen Kühlfläche des Widerstandselements 6 eine ausgezeichnete
Kühlung desselben gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Gemisch liegt im Bereich der Betriebstemperaturen
des Widerstandes zwischen -600 und +600C, weit entfernt vom Siedepunkt bei + 101,4
C. Demzufolge kann im Innern des Gehäuses 1 des Widerstands kein Überdruck entstehen,
wodurch die Herstellung eines dünnwandigen Gehäuses 1 ermöglicht wird, wodurch das
Gewicht des Widerstandes und dessen Abmessungen vermindert und gleichzeitig die
Wärmeabfuhr von dem Widerstandselement 6 in das umgebende Medium verbessert wird.
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Das Gemisch ist im Betriebstemperaturbereich desgleichen weit entfernt
von der Gefriertemperatur, die -110° beträgt.
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Dieser perfluororganischen Verbindung steht auch eine solche perfluororganische
Verbindung, wie Perfluor-Di-n-Butyläther, den Kenndaten nach sehr nahe, die desgleichen
erfolgreich im erfindungsgemäßen Widerstand verwendet werden kann.
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Es ist vollkommen einleuchtend, daß im erSindungsgemäßen Widerstand
als flüssiges Dielektrikum auch irgendwelche andere perfluororganische Verbindungen
verwendet werden können, die ausreichend hohe dielektrische und wärmephysikalische
Kenndaten besitzen.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß einige perBluororganische Verbindungen,
besonders die oben in Betracht gezogenen, eine starke Aggressivität in bezug auf
die Mehrzahl der Kunststoffe zeigen, die am häufigsten als Werkstoff für die Tragkörper
der Widerstandselemente in den Widerstanden verwendet werden. Ein Teil der Kunststoffe
löst sich dabei unter Einwirkung dieser Verbindungen auf, und ein anderer Teil quillt
auf.
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Sogar bei geringer Lösbarkeit eines solchen Tragkörpers unter Einwirkung
der genannten perfluororganischen Verbindungen entstehen wasserstoffenthaltende
Verbindungen, wodurch bei hohen Spannungsabfällen am Widerstandalektorlytische Vorgänge
auftreten können. Demzufolge bildet sich Fluorwasserstoffsäure, die eine Korrosion
des Drahtes des Widerstandselements hervorruft, wodurch sich dessen Widerstandswert
ändert, Anders gesagt, setzt das die Zeitstabilität des Widerstandes herab.
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Beim Quellen des Tragkörpers beginnt er den Draht des Widerstandselements
zu beeinflussen, wodurch sich sein Widerstand ändert. Also wird auch beim Quellen
des Tragkörpers die Zeitstabilität des Widerstandes herabSesetzt.
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Zur Gewährleistung einer vollständigen Unlösbarkeit; oder einer vollständigen
FormstabiLität des Tragkörpers in den angegebenen fluororganischen Verbindungen
müssen für dessen Herstellung solche Kunststoffe verwendet; werden, die sich von
diesen {erbindungen chemisch maximal unterscheiden.
Auf diese Weise
ist das unpolare Gemisch von Perfluor-n-Butyl-Tetrahydrofuran mit Perfluor-n-Propylpyran
oder das Perfluor-Di-n-Butylather neutral in bezug auf Kunststoffe, die aus einem
polaren Monomeren, das keine niedermoleklaren Komponenten enthält, hergestellt sind.
Die Anzahl solcher Kunststoffe ist sehr begrenzt, besonders wenn man berücksichtig,
daß sie gleichzeitig hohe dielektrische Eigenschaften aufweisen müssen.
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Unter Berücksichtigung der angeführten Erwäßungen wird erfindungsgemäß
als Werkstoff für den unterteilte ten Tragkörper 3 Poly (2, 6-imethylphenylenoxyd)
verwendet.
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Außer des Poly (2,6-Dimethylphenylenoxyd) kann auch Polyformaldehyd
erfolgreich verwendet; werden. Diese beiden Kunststoffe unterliegen keiner chemischen
Einwirkung seitens sämtlicher perfluororganischer Verbindungen, darunter auch der
oben angegebenen, und besitzen gleichzeitig hohe dielektrische Eigenschaften. Die
Verwendung dieser Werkstoffe erhöht die Zeitstabilität des Widerstandes. Außer den
angeführten Kunststoffen, kann als Werkstoff für den unterteilten Tragkörper 3 auch
die Celsiankeramik verwendet; werden, die desgleichen den an den Werkstoff des Tragkörpers
gestellten Anforderungen genügt.
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Das Verfahren zur Herstellung des leit;ungsfäh,igen Präzisions-Drahtwidemstandes
besteht in folgendem. Der unterteilte Tragkörper 3 (Fig. 5) wird in Halterungen
16 der Drehvorrichtung
befestigt. Der unterteilte Tragkörper 3
wird mit einer Drehzahl von 100 U/min in Drehung versetzt. Mit Hilfe eines Zerstäubers
17 wird auf die Oberfläche des Stabs 4 und der Rippen 5 des unterteilten Tragkörpers
3 in mehreren Arbeitsgängen eine Schicht; 18 des Sublimierstoffs aufgetragen. Die
Stärke der Schicht 18 des Sublimierstoffs ist gleich der Breite des Spalts 9 (Fig.
2) zwischen dem Widerstandselement 6 und dem unterteilten Tragkörper 3. Als Sublimierstoff-wård
eine schnellhärtende Lösung von Dimethyltereph in Xylol mit Zu, satz von Benzophenon
bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%): Dimethylterephtalat 8 bis
12 Benzophenon 0,8 bis 1,2 Xylol Rest oder eine schnellhärtende Lösung von anthracen
in Xylol bei folgendem Verhältnis der Komponenten (in Gew.-%): Anthrazen 3 bis 6
xylol Rest verwendet.
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Die Schicht 18 (Fig. 5) des Sublimierstoffs, wenn als solcher eine
schneilhärtende Lösung von Dimethyltereph in Xylol mit Zusatz von Benzophen verwendet
wird, desgleichen wie die Schicht 18 des Sublimierstoffs,,wenn als solcher dine
schnellhärtende Lösung von anthracen in Xylol verwendet wird, besitzt in den angegebenen
Grenzen der Eomponentenverhältnisse
nach dem austrocknen eine
feinkörnige Struktur, eine gute Adhäsion gegenüber dem ragkörperwerkstoff und eine
hohe mechanische Festigkeit.
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Die genannten Grenzen der Komponentenverhältnisse dieser schnelltrocknenden
Lösungen sind aus folgenden experimentell bestätigten Erwägungen gewählt: - bei
einem Gehalt in der Lösung von weniger als 8 Gew.-gO Dimethylterephtalat und weniger
als 0,8 Gew.-% Benzophenon sowie bei einem Gehalt; in der Lösung von weniger als
8 Gew.-% Äntbrazen werden die Lösungen zu dünn. Deshalb ist zum Erhalten einer harten
Schicht des Sublimierstoffs mit der erforderlichen Stärke auf der Oberfläche des
unterteilten Tragkörpers für das Widerstandselement ein mehrfaches Auftragen dieser
Lösungen erforderlich, wodurch der Zeitaufwand für das Erhalten dieser harten Schicht
wesentlich erhöht wird; - bei einem Gehalt in der Lösung von mehr als 12 Gew.-fO
Dimebyolyterephthalat und mehr als 1,2 Gew.-% Benzophenon sowie beim Gehalt in der
Lösung von mehr als 16 Gew.-gO Anthracen steigt die Kerngröße der harten, sich aus
diesen Stoffen ausbildenden Schicht des Sublimierstoffs steil an. Diese Erscheinung
ist unerwünscht, da beim Aufwickeln des Drahts des Widerstandselements, der einen
Durchmesser in der Größenordnung von einigen Zehn ym hat;, diese Schicht des Drahtes
beschädigt werden kann4
Die Schicht 18 des Sublimierstoffs weist
dann optimale Eigenschaften auf, wenn als solcher die schnellhärtende Lösung von
Dimethylt;erephtälat in Xylol mit Zusatz von Benzophenon bei folgendem Verhältnis
der Komponenten (in Gew.-%): Dimethylterephtalat 10 Benz9phenon 1,0 Xylol Rest oder
die schnellhärtende Lösung von Anthrazen in Xylol bei folgendem Verhältnis der Komponenten
(in Gew.-5»: Anthrazen 14 Xylol Rest vervrendet wird.
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Nach dem Auftragen der Schicht; 18 (Fig. 5) des SublimierstQffs auf
die Oberfläche des unterteilten Tragkörpers 3 wird der unterteilte Tragkörper 3
auf die (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Vickeleinricht;ung aufgesetzt. Auf
dieser Wickeleinrichtung wird das Widerstandselement 6 gewickelt, dessen Ansicht
in der Fig. 2 dargestellt ist. Der unterteilte Tragkörper 3 mit dem auf ihn aufgewickelten
ibiderstandselement 6 wird in eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Vakuumkammer
gebracht Vakuum bei einem Druck von höchstens 1 mm Quecksilbersäule und einer Temperatur
von 600C im Laufe von 1 Stunde ausgesetzt. Bei diesem Vorgang geschieht eine vollständige
Verdampfung der Schicht 18 des Sublimierstoffs von der Oberfläche
des
unterteilten Tragkörpers 3 und zwischen ihm und dem Widerstandselement 6 bildet
sich der Spalt 9 aus. Der unterteilte Tragkörper 3 wird in das Gehäuse 1 des Widerstandes
eingesetzt und befestigt wie das in der Fig. 1 gezeigt ist.
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Danach wird das Gehäuse 1 des Widerstands mit dem flüssigen Dielektrikum
2 ausgefüllt.
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Es ist vollständig einleuchtend, daß der Widerstand dieser Bauart
nach dem beschriebenen Verfahren bei einer beliebigen Verbindung der oben erwähnten
Werkstoffe des unterteilten Tragkörpers 3 und.der flüssigen Dielektrikon verwendet
werden kann.
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Als Beispiel werden die Haupt daten eines leistungsfähig en Präzisions-Drahtwidelstand
für Wechselstrom angeführt, der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
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Gehäuse des WtWiderstands: Werkstoff - Kupfer; Abmessungen - 40x40x70
mm.
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Unterteilter Tragkörper: Werkstoff - Poly( 2, 6-Dimetbyl phenylenoxyd);
Anzahl der Teilabschnitte - 24.
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Widerstandselement: Anzahl der Teilabscchitte - 24; Windungszahl
des Drahtes je Teilabschnit;t - 600; Draht - isolierter hochohmiger Draht, Durchmesser
- 3Ojum.
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Spaltbreite zwischen dem unterteilten Tragkörper und dem Widerstandselement;
- 0,2 mm.
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Flüssiges Dielektrikum - Gemisch von Perfluor-di-n-Butyl-Retrahydrofuran
mit Perfluor-Propylpyran.
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Betriebsspannung des Widerstandes 1,2 k-f.
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Leistung des Widerstandes 3 uJ.
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Wederstand 500 kohm.
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ebler 0,01%.
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Temperaturkoeffizient des Widerstandes 5x10 7.
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Eine Gegenüberstellung der Haupt;kenndat;en des erfindungsgemäßen
PräzisionsrDrahtwiderstands für Wechselstrom mit den Hauptkenndaten der besten ähnlichen,
in verschiedenen Ländern der Welt produzierten Widerstände ist; in der beigelegten
Tabelle angeführt.
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Aus den angeführten konkreten Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung ist für den Fachmann auf diesem Gebiet die Möglichkeit des Erreichens
sämtlicher Ziele der Brfindung in dem durch die Patentansprüche bestimmten Umfang
vollständig einleuchtend. Es ist jedoch auch vollständig einleuchtend, daß unwesentliche
Änderungen im Aufbau des Widerstands und in den Vorgängen dessen Herstellungsverfahrens
ohne Abweichung vom Wesen der Erfindung vorgenommen werden können. Alle diese Abweichungen
werden nicht als die durch die Patentansprüche bestimmten Grenzen des Wesens und
Umfangs der Erfindung überschreitende betrachtet.
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Der erfindungsg'emäße leistungsfähige Präzisions-Drahtwiderstand
für Wechselstrom besitzt; gleichzeitig gleich gute Hauptkenndaten, was durch die
Verbindung dessen Konstruktion mit den außerordentlich günstigen physikalischen
und chemischen
Kennwerten der Werkstoffe seiner Bestandteile erreicht
wird. Der Widerstand besitzt eine hohe Leistung in Sombination mit einer hohen Zeitstabilität
und Genauigkeit sowie geringen Abmessungen. hat eine niedrige Reaktanz und kann
bei hohen Frequenzen des Stroms ohne Herabsetzung seiner Genauigkeit; verwendet
werden.
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Das Verfahren zur Herstellung des vorliegenden Widerstandes ist in
hohem Maße fertigungsgerecht und zur Serienfertigung der Widerstände leicht verwendbar.
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Tabell Land Firma Typ Wider- Streu- Be- Fehler Betriebs- Zeit- Wider-
Anmerstands- ungs- triebs- % frequenz stabi- stands- kungen wert R lei- apan- lität
koeffistung nung % zient P max.
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UaSSR erfin- 300 bis 3w 1,2v 0,01 100khz 0,001% dungsge- 500 kOhm
in 100 St. 06x10-7 Präzimäßer bei P sions-Widerstand max. I/.c Draht-USA ALLEN FN
1 kOhn =0,3 = o,3 w wider-BRADLEY 130 bis 25W 20v #0,01 100ns stand 2 KOhm -6 -
#25x10-6 Präzisions-I/°C Dünnfilm-Widerstands-USA Vishay- SI 120 ohm netzwerk 0,03%
in Resistive 060 bis Iw 500v #0,005 - 2000 St #1x10-6 Vishaysystem 600 ohm bis I
bei P max I/°C Präzisionsgroup = 0,3 w widewsrstand Groß- Muir- R340B 1 kOhm #5x10-6
gewickelter bri- head bis 1,5w 1,2kV #0,01 =150s -I/°C Präzisionstan- 3 MOhm Drahtnien
widwerstand
Land Firma Typ Wider Streu- Be- Fehlerbs- Betrisbs-
Zeit- Wider Anmerstands- ungs- trisgbs frsquenz stabi- stands- houmgen Nert R lei-
span- % litët koeffistung P Zex. % zient Greß- Dubi- WW-2 1 OkI bri- lier bis zw
2000v #0,29 - - #22x10-6 gewickelter I/°C präzieionstan 3 mOhm Dsebteidernien Sohweiz
Tettex 7140 100 kohn einzflres bis 1,3v 1000v #0,05 - - Ix1003 Präzisions-500 kohn
I/°C viderstand Sie- Philips B 192 1 ohm der- zeries bis lende 57 koms 1,85 - #o,25
- - 2Gew/C-6 gewicksltes I/°C Präzisions-Drahteider-
Land Firma
Typ Wider- Streu- Be- Fehler Bertriebs- Zeit- Wider- Anmerstands- ungs- triebs-
% frequenz stabi- stands- kungen wert R lei- lität koeffistung span- % zient p nung
max.
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BRD Deutsche Vitrohm CED GmbH & Co KG 10.Ohms 0,5N 350N #I - -
3000x10-4 Netallfilz-I/°C widerstand Japan Kcs- U@tra- 500 kOhm sN - - - - -2,5x10-4
Widersteit Denke series max. I/°C geringem Temp.koeff.
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Frenk- sier- 222- 50 ohm rich nece 100 bis 4 kOhm 1N - #0,1 - - +20x1006
gewickelter I/°C rester Präzi sionswiderstand Romä- Bleo- RBC1003 nien tme- bis
1 chm 3 bis - #5 - - 200x10-6 gewickslter num RBC1008 bis 8N I°C verkitterter 39
komm Diahtwiderstand