DE3134586A1

DE3134586A1 - Verfahren zur herstellung hochspannungsfester widerstaende

Info

Publication number: DE3134586A1
Application number: DE19813134586
Authority: DE
Inventors: Andreas 8300 Landshut Breu; Otto Dipl.-Phys. Nögel; Wolfgang Schreiber
Original assignee: Resista Fabrik Elektrischer Widerstande GmbH
Current assignee: Resista Fabrik Elektrischer Widerstande GmbH
Priority date: 1981-09-01
Filing date: 1981-09-01
Publication date: 1983-03-17
Also published as: DE3134586C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hoch-
spannungsfester Widerstände, insbesondere von Hochohmwiderständen, bei dem durch Tauchen mit einer Widerstandsschicht überzogene, stabförmige Trägerkörper in Einzelwiderstände unterteilt, bekappt und mit einer Umhüllung versehen werden.
Hochspannungsfeste Widerstände sowie Höchstohmwiderstände werden insbesondere in Hochspannungsgeräten als Schutzwiderstände und Strombegrenzer eingesetzt. Von diesen Widerständen wird gefordert, daß sie im Störungsfall unbedingt hochspannungsfest sind. Außerdem dürfen derartige Widerstände nur einen geringen Temperaturkoeffizienten besitzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung hochspannungsfester Widerstände, insbesondere Hochohmwiderstände zu schaffen, das es ermöglicht, in wirtschaftlicher Weise Widerstände in einem relativ weiten und insbesondere sehr hohen Wertebereich zu erhalten, die eine Grenzspannung von 2000 V und mehr besitzen.
Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß eine kolloidales Metalloxid als elektrischen Leiter enthaltende Widerstandspaste durch Zugabe eines als Verdünnungsmittel dienenden Aromaten in eine bei Raumtemperatur tixotrope Glasurmasse überführt wird, daß dann die Tixotropie durch Bewegung der Glasurmasse aufgehoben wird und in die erhaltene tauchfähige Glasur bei Raumtemperatur stabförmige Keramikkörper getaucht werden, daß anschließend die eine gleichmäßig dicke Glasurschicht aufweisenden Keramikkörper vorgetrocknet und schließlich in einem Einbrennofen gebrannt und dann zu Einzelkondensatoren weiterverarbeitet werden Aufgrund dieser Verfahrensschritte gelingt es, gleichmäßige, beim Lagern und Trocknen nicht verlaufende Glasurschichten und schließlich fertige Widerstände zu erhalten, die die Forderungen hinsichtlich der hohen Grenzspannung erfüllen, einen sehr geringen Temperaturkoeffizienten besitzen, in einem weiten Wertebereich bis über 150 MJlhinaus gefertigt werden können und auch bei einfacher Umhüllung gegen Feuchte stabil sind. Das Verfahren eignet sich auch sehr gut zur Automation und damit zur Erzielung hoher Stückzahlen pro Zeiteinheit.
Vorzugsweise wird eine als kolloidales Metalloxid Rutheniumdioxid enthaltende Widerstandspaste und als Verdünnungsmittel Toluol verwendet, das der Widerstandspaste in einer Menge von etwa 15 bis 20 Gewichtsprozent als Verdünnung zugegeben wird.
Es ist überraschend, daß auf diese Weise eine bei Raumtemperatur tixotrope tauchfähige Glasurmasse erhalten wird, da bei Verwendung eines zur jeweiligen Widerstandspaste zugehörigen Verdünnungsöls und bei entsprechender Temperaturerhöhung einer auf diese Weise hergestellten Tauchmasse keine brauchbare Beschichtung von Keramikstäben erzielt wird. Nur durch komplizierte Handhabung kann nämlich bei einer auf diese Weise hergestellten tauchfähigen Masse eine Sackbildung der verflüssigten Paste am Stab verhindert werden. Eine Massenfertigung von Widerständen wäre auf diese Weise nicht möglich.
Im Gegensatz dazu kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Raumtemperatur getaucht werden, und dabei ergibt sich eine Beschichtung der Keramikstäbe, die keinerlei Tendenz zum Verlaufen zeigt und eine sehr gleichmäßige Dicke besitzt.
Wesentlich ist auch, daß vor der Durchführung der Tauchvorgänge die Tixotropie der Tauchglasur aufgehoben wird. Eine kolloidale Tauchglasur wird dann als tixotrop bezeichnet, wenn die Kolloidteilchen durch polare Ladungsträger in einer ruhenden Lösung einen energieärmeren, geordneten Zustand einnehmen. Durch Bewegung der Lösung, z.B. durch Rühren, Umpumpen, Schütteln oder Schwingen kann die Tixotropie aufgehoben und die Glasur dann tauchfShig gemacht werden.
Die Viskosität der tauchfähigen Glasurmasse liegt bei Raumtemperatur im Bereich von 150 bis 200 cP, Die Messung erfolgt dabei mit einem Viskosimeter Haake VT01.
Als Trägermaterial für die Glasurschichten eignet sich besonders die K70-Keramik, die nach dem Polieren nicht weiter behandelt werden muß und sich besser schleifen läßt als beispielsweise die harte AL203-Keramik. Die K-70 Keramik ist Steatite.
Um eine wirtschaftliche Fertigung in großen Stückzahlen zu ermöglichen, wird jeweils eine Vielzahl von Keramikstäben mit einer Stirnfläche mit einerSäulenhorde verklebt, wobei der Durchmesser der einzelnen Säulen kleiner als der Stabdurchmesser gewählt wird und die Stäbe gemeinsam und senkrecht bis zur angegebenen Stirnseite getaucht werden. Die Verwendung von kleineren Durchmesser als die Stäbe besitzenden Trägersäulen stellt sicher, daß Adhäsionskräfte den Meniskus der Glasuroberfläche nicht zu einer größeren Oberfläche hin heben können und somit eine einwandfreie Beschichtung der Keramikstäbe über deren gesamte Länge sichergestellt wird.
Im Zusammenhang mit dem zur Befestigung der Keramikstäbe an der Säulenhorde verwendeten Kleber ist darauf zu achten, daß dieser Kleber einerseits die notwendige Festigkeit, andererseits aber auch die erforderliche Temperaturbeständigkeit besitzt, da dieser Kleber auch den erhöhten Temperaturen beim anschließenden Trocknungsvorgang sowie beim Brennen der Glasur standhalten muß.
Die Vortrocknungstemperatur liegt zweckmäßigerweise etwa im Bereich von 1400C, und zwar während einer Dauer von 15 Minuten.
Das Brennen der Glasur wird vorzugsweise in einem Durchlaufofen während einer Zeitspanne von etwa 40 Minuten bei einer Temperatur von etwa 8500C durchgeführt, wobei diese Temperatur, die beispielsweise etwa 10 Minuten eingehalten wird, entsprechend einem symmetrisch verlaufenden Brennprofil mit einer Anstiegszeit von etwa 20 Minuten und einer Abfallzeit von ebenfalls etwa 20 Minuten erreicht wird.
Die nach dem Bekappen der einzelnen Widerstände erhaltenen Grundwerte schwanken in einem gewissen Bereich. Die Endwerte werden dann durch Wendelung auf einem Schleifautomaten vorzugsweise mittels einer SiC-Scheibe hergestellt. Da die aufgebrachten Glasuren abriebfest sind, entfällt eine Behandlung mit Vor- oder Tauchlack. Von der aufzubringenden Umhüllung muß lediglich eine einwandfreie Oberfläche gefordert werden, was keine Schwierigkeit bereitet, da - wie erwähnt - die Widerstände weder vor- noch tauchlackiert werden. Auch eine von der Umhüllung geforderte Festigkeit gegenüber einer Durchschlagspannung von beispielsweise größer 500 V läßt sich problemfrei erreichen.
Tauchfähige Glasurmassen gemäß der Erfindung sind beispielsweise aus folgenden Cermet-Widerstandspasten hergestellt worden: Fa. Heraeus: Heraprint Reihe 4000 von 1 kJL 1 Ml Heraprint Reihe 800 von 100 ka 1 MA Fa. Du Pont: Serie Birox Reihe 1600 von 10 k£L 1 Mh Serie Birox Reihe 9500 von 10 k£L 1 MQ Serie Birox Reihe 4900 von 100 k£L Fa. Plessey: Serie XRS 10 kR ... 100 kL und 1 Mn.
Als Beispiel wird im folgenden die erstellung einer Tauchmasse aus Birox 1651 von 100 ksLangegeben: Die vorhandene Cermetpaste enthält 24 Gewichtsprozent Verdünnungsöl. Um daraus eine tauchfähige Masse mit tixotropen Eigenschaften herzustellen, werden 15 Gewichtsprozent Toluol (9= 0,87) bei Raumtemperatur zugegeben. Die Tauchmasse muß anschließend etwa 20 Minuten gut vermischt werden. Überprüft wird die Tauchmasse mit einem Viskosimeter Haake VT01, wobei der Viskositätswert bei Raumtemperatur zwischen 150 bis 200 cP liegen muß.
Die Schichtdicke der erhaltenen Widerstandsglasur nach dem Brennen beträgt ungefähr 0,02 mm. Von Bedeutung ist dabei, daß trotz der vorgenommenen Verdünnung mit Toluol der Flächenwiderstandswert erhalten bleibt.
Di i bei Rnuint cmpcritur c3etatlchten Kcramikst.ibe werden bei 1400C etwa 15 Minuten vorgetrocknet und bei 8500C im Durchlaufofen etwa 40 Minuten gebrannt, wobei während der ersten 20 Minuten die Temperatur auf den Maximalwert ansteigt, diese Maximaltemperatur etwa 10 Minuten beibehalten wird und dann wiederum in einem Zeitraum von etwa 20 Minuten ein Abfall auf die Ausgangstemperatur erfolgt.
Nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Hochohm- und Höchstohmwiderstände besitzen eine Grenzspannung von wenigstens 2000 V und sind damit optimal in Hochspannungsgeräten als Schutzwidcrsnde und Strombegrenzer verwendbar.
Es ist noch wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Stäbe samt der Horde durch den Einbrennofen gefahren werden, d.h. es ist keine Vakuumansaugung nach dem Stand der Technik notwendig.
Durch das Festkleben der Stäbe auf der Horde kann ohne Umrüstung getaucht, getrocknet und gebrannt werden. Nach dem Brennen fallen die Stäbe von selbst von den Horden und können weiterverarbeitet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung hochspannungsfester Widerstände - Patentansprüche -0Verfahren zur Herstellung hochspannungsfester Widerstände, insbesondere von Hochohmwiderständen, bei dem durch Tauchen mit einer Widerstandsschicht überzogene, stabförmige Trägerkörper in Einzelwiderstände unterteilt, bekappt und mit einer Umhüllung versehen werden, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine kolloidales Metalloxid als elektrischen Leiter enthaltende Wlderstandspaste durch Zugabe eines als Verdünnungsmittel dienenden Aromaten in eine bei Raumtemperatur tixotrope Glasurmasse überführt wird, daß dann die Tixotropie durch Bewegung der Glasurmasse aufgehoben wird und in die erhaltene tauchfähige Glasur bei Raumtemperatur stabförmige Keramikkorper getaucht werden, daß anschließend die eine gleichmäßig dicke Glasurschicht aufweisenden Keramikkörper vorgetrocknet und schließlich in einem Einbrennofen gebrannt und dann zu flinzelkondensatoren weiterverarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Widerstandspaste als kolloidales Metalloxid Rutheniumdioxid enthält und als Verdünnungsmittel Toluol verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Widerstandspaste etwa 15 bis 20 Gewichtsprozent Toluol als Verdünnung zugegeben wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tixotropie der Glasurmasse durch Rühren, Umpumpen, Schwingen und dergleichen beseitigt wird
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t.,- daß die Viskosität der tauchfähigen Glasurmasse bei Raumtemperatur im Bereich von 150 bis 200 cP liegt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Keramikstäbe in polierter, jedoch ansonsten unbehandelter Form getaucht werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n'e t , daß jeweils mehrere Keramikstäbe mit einer Stirnfläche mit einer Säulenhorde verklebt werden, wobei der Durchmesser der einzelnen Säulen kleiner als der Stabdurchmesser gewählt wird, und daß die Stäbe gemeinsam und zumindest im wesentlichen senkrecht bis zur angeklebten Stirnseite getaucht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß zum Verkleben der Keramikstäbe mit der Säulenhorde ein bei erhöhter Temperatur aushärtender Epoxidkleber verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Endwerte der bekappten Widerstände durch Wendelung, insbesondere unter Verwendung einer SiC-Scheibe eingestellt werden.