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Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerständen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von elektrischen Widerständen,
bei welchen eine Kohlenstoff enthaltende Lösung oder Suspension in dünner Schicht
auf einen Träger aus Glas aufgebracht oder eingebrannt wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Kohlenstoff enthaltende Schicht
auf einem wickelbaren Glasfaden aufgebracht und eingebrannt wird, so daß die Widerstandsschicht
aus Kohlestoff besteht. Ein derart auf einen Faden aufgebrachter Widerstand hat
wegen seines mit verhältnismäßig wenig Masse ausgerüsteten Trägerkörpers eine sehr
geringe Wärmekapazität, so daß trotz der kleinsten Abkühlungsoberfläche;- welche
die Zylinderform als Trägerform gegenüber anderer Querschnitts- bzw. Oberflächenform
bietet, keine wesentliche Wärmespeicherung im Widerstand, vielmehr ein schnelles
Abklingen entstehender Wärme eintritt. Diese Wirkungen des fadenförmigen wickelbaren
Glasträgers sind sowohl beim Einbrennen der kohlestoffhaltigen Widerstandsschicht
auf den Träger als auch bei der Benutzung der aus Stücken des Glasfadens hergestellten
Widerstände wichtig, da auf diese Weise die Bildung und Erhaltung einer gleichmäßigen
Kohlestoffwiderstandsschicht ohne störende Rissebildung, ungleiches Zusammenlaufen
der Lösung am Träger usw. ermöglicht wird, welche letzte Erscheinungen besonders
bei Benutzung der Widerstände für Radiozwecke das schädliche Rauschen fördern könnten.
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Dazu kommt als technischer Fortschritt für die Herstellung der in
Massenfabrikation zu verarbeitenden Widerstände, daß die Aufhaspelung des Glasfadens
nach dem Ziehen desselben und die Wiederabhaspelung desselben für die Belegung des
Trägers und Einbrennung der Widerstandsschicht eine handliche und räumlich beschränkte
Apparatur für die selbsttätig erfolgende Massenherstellung zur Folge hat. Der dünne
Trägerglasfaden kann unmittelbar im Anschluß an das Einbrennverfahren des künstlich
durch das Verfahren sozusagen gealterten Widerstandes in einstellbare Abschnitte
abgeteilt werden mit dem Erfolg, daß von vornherein richtige Widerstandswerte abgeteilt
werden und die abgeteilten Widerstandsfäden ihre Werte in befriedigender Weise beibehalten.
Die
gemäß der Erfindung auf einen wickelbaren Glasfaden eingebrannten Widerstände sind
bei hoher Gleichmäßigkeit auch gegen Feuchtigkeit und andere atmosphärische Einflüsse
widerstandsfähig. , Außerdem können sie auch leicht, wenn erforderlich, in einer
dann gleichfalls nicht umfangreichen Porzellanhülle von kleinem Durchmesser und
damit von geringerem Preise untergebracht werden.
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Für die Herstellung von elektrischen Widerständen, bei denen auf einem
wickelbaren Glasfaden die kohlestoffhaltige Schicht eingebrannt wird, wird die Kohle
zusammen mit einem organischen Bindemittel, beispielsweise Leim, auf den Faden aufgetragen
und das Einbrennen in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, vorzugsweise in Wasserstoff,
in bekannter Weise vorgenommen. Der nach dem Ziehen aufgehaspelte Glasfaden wird
von der Haspel fortlaufend abgezogen, die in Lösung oder Suspension befindliche
Kohle an einem Punkt des ablaufenden Stranges aufgebracht und an einem anderen Punkt
des Stranges, zweckmäßig in einer nach außen abgedichteten Gaskammer, eingebrannt.
Die Dicke .des kohlestoffhaltigen Films wird erfindungsgemäß dadurch bestimmt, daß
dem Glasfadenstrang eine den Kohlestoff enthaltende Flüssigkeit unter einstellbarem
Druck zugeführt wird. Eine zur Ausübung .dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung
besteht aus einem T-Stück, dessen waagerechte Bohrung zur Führung des Glasfadens
dient und dessen senkrechte Bohrung an ein die Kohleflüssigkeit enthaltendes einstellbares
Niveaugefäß angeschlossen ist. Die Abziehvorrichtung für den Glasfaden schließt
zweckmäßig mit einer Abtrennungsvorrichtung ab, die den Glasfadenwiderstand in vorher
bestimmte Widerstandseinheiten konstanter Länge zerlegt. Zu diesem Zweck führen
die Durchziehwalzen den Glasfadenwiderstand über eine vorzugsweise elektrisch gesteuerte
Schneidvorrichtung, die erst in Wirkung tritt, nachdem ihr eine vorher bestimmte
Glasfadenlänge zugeführt worden ist. So kann eine der Durchziehwalzen zur periodischen
Stromschließung und Unterbrechung für einen elektrischen Hammer dienen.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Widerstandschicht derart
gleichmäßig wird, daß bei konstantem Kaliber des Glasfadens Widerstände bestimmten
Wertes durch einfaches Abmessen der Länge hergestellt werden können.
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Die zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist in Abb.
i und 2 dargestellt.
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Gemäß Abb. 2 wird ein faser- oder fadenförmiger Körper i z von der
Rolle io abgewickelt. Dieser nicht leitende Körper besteht aus Glas, da dieses gewisse
vorteilhafte Eigenschaften hat, wie später erläutert wird.
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Der Glasfaden i i wird gemäß Abb. i hergestellt. Eine Glasstange 12
von etwa io mm Durchmesser wird längsweise über ein Heizmittel geführt, z. B. eine
Gasflamme 13- Wenn die Stange durch das Heizmittel 13 hindurchläuft, wird ihr Ende
weich, und dieses weiche Ende wird erfaßt, ausgezogen und auf die Rolle io zur Bildung
der Faser il aufgewickelt. Die Rolle io wird in der Pfeilrichtung (Abb. i) mit einer
vorher bestimmten Geschwindigkeit angetrieben, welche der Vofschubgeschwindigkeit
der Stange i2 gegen das Heizmittel 13 entspricht. Die Rolle io und der Antrieb der
Stange 12 zum Vorschub gegen das Heizmittel 13 werden von einer gemeinsamen
Kraftquelle angetrieben, so daß ein konstantes Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit,
bei welcher der Faden i x gezogen wird, und der Geschwindigkeit, mit welcher die
Stange in das Heizmittel bewegt wird, aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird
der Glasfaden i i auf einen gleichförmigen Durchmesser ausgezogen, vorausgesetzt
daß der Durchmesser der Glasstange 12 gleichförmig ist. Das Heizmittel 13, die Vorschubgeschwindigkeit
der Stange i2 und die Umlaufgeschwindigkeit der Rolle io sind so bemessen, daß der
Glasfaden i i auf einen Durchmesser von etwa o,5 mm gleichförmig ausgezogen wird.
Selbstverständlich kann man jeden gewünschten Durchmesser für den Faden z i erhalten,
dessen Größe mit den Gebrauchsbedingungen schwankt.
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Gemäß Abb. 2 wird der Glasfaden i i von der Rolle io abgezogen und
durch verschiedene Einrichtungen hindurchgeleitet, bis er von einem Walzenpaar 14,
15 erfaßt wird. Der Umfang der Walzen 14, 15 ist mit einem nachgiebigen Stoff, wie
Leder, bekleidet. Die Walzen erfassen den Glasfaden i i und ziehen ihn durch die
verschiedenen nachstehend beschriebenen Einrichtungen von der Rolle io ab.
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Geht man von der rechten Seite der Abb. 2 aus, so sieht man, daß der
Glasfaden i i von der Rolle io abgezogen wird, dann über eine gekrümmte Führung
16 läuft. Die Führung 16 stellt den Glasfaden für den Durchgang durch eine Vorrichtung
17 ein, die zum Aufbringen des Überzuges (Widerstandsmasse) dient. Die Vorrichtung
17 besteht aus einem T-Rohr, durch dessen waagerechte Bohrung i S der Faden
i i hindurchgezogen wird, während eine senkrechte Bohrung ig sich etwa an die Mitte
der waagerechten Bohrung ig anschließt. Ein Behälter 2o enthält in flüssiger Form
den Stoff, mit welchem der
Faden i i in der Vorrichtung 17 überzogen
werden soll. Das untere Ende des Behälters 2o ist durch ein biegsames Rohr 2i an
die Mündung des senkrechten Durchlasses i9 angeschlossen. Der Behälter 2o ist in
senkrechter Richtung durch eine Schraube 22 einstellbar.
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Der Stoff, mit welchem der Faden i i in der Vorrichtung 17 überzogen
werden soll, ist in dem Behälter 2o in flüssiger Form oder als Lösung enthalten.
Dieser Stoff 23 besteht aus äußerst kleinen Teilchen von Kohlenstoff, die in Lösung
oder Suspension sind. Wenn man die Höhe der Flasche richtig einstellt, dann füllt
die Lösung das Rohr 21, steigt bis zum Durchlaß 18, durch welchen der Glasfaden
i i hindurchgezogen wird, und die Kapillarwirkung verhindert, daß die Lösung an
den Enden des waagerechten Durchlasses iS ausfließt.. Die Glasfaser wird dann mit
einer dünnen Schicht oder Haut der Lösung bedeckt; die Dicke der auf die Faser aufgelegten
Haut kann durch Einstellung der Höhe des Behälters 2o geregelt werden.
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Der Faden läuft dann durch einen Trockenapparat 24, der irgendwie,
z. B. durch die elektrische Lampe 25, erhitzt wird. In diesem Trockenapparat 24
wird die feuchte Haut getrocknet. Der Glasfaden läuft dann durch einen Heizofen
26, in welchem er einer intensiven Hitze ausgesetzt wird, um jede Feuchtigkeit aus
dem Glasfaden und dem leitenden Überzuge auszutreiben. Dieser Ofen hat die Form
eines verlängerten Rohres, der z. B. durch Bunsenbrenner 27 erhitzt wird. Luft wird
zweckmäßig ausgeschlossen, wenn der überzogene Glasfaden hindurchgeht; als praktisch
hat sich herausgestellt, die Luft innerhalb des Heizofens durch eine Atmosphäre
von gewissen Gasen, zweckmäßig Wasserstoff, zu ersetzen. Der Wasserstoff kann durch
eine Öffnung des Heizrohres neben seinem rechten Ende bei 28 eingeführt werden
und allmählich durch die Öffnung 29 am linken Ende, dem Austritt des Glasfadens
aus dem Ofen, entweichen. Um den Austritt von Wasserstoff an der rechten Seite oder
am Eintrittsende des Ofens zu verhindern, wird dieses Ende durch geeignete Mittel,
wie z. B. Quecksilber 30, verschlossen, das das Hindurchziehen des Glasfadens gestattet.
Das Quecksilber wird durch eine obere Öffnung 31 eingeführt und kann nicht aus den
verengten Durchlässen 32, 33 auf der anderen Seite, durch welche der Glasfaden gezogen
wird, ausfließen. Die Wasserstoffatmosphäre verhindert u. a. auch die Oxydation
des leitenden Überzuges.
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Aus dem Ofen 26 wird der mit dem leitenden Überzug versehene Glasfäden
durch eine zweite Vorrichtung 34 hindurchgezogen und hier mit einem Überzug aus
geeigneten Schutzstoffen von der Natur eines Bindemittels versehen, die deal leistenden
Überzug auf dem Glasfaden festhalten und sein unbeabsichtigtes Abreiben verhindern
sollen. Die Vorrichtung 34 hat die Form eines T-Rohres mit trichterförmigem oberen
Mundstück 35, durch welches die Decklösung 36 eingeführt wird. Die Kapillarwirkung
verhindert, daß die Lösung aus den beiden waagerechten Öffnungen, durch welche der
Glasfaden gezogen wird, herausläuft. Als Überzugsmasse verwendet man am besten eine
Lösung von Harz in Benzol. Nach Verlassen der Vorrichtung 34 geht der Glasfaden
wiederum durch einen Heiz- oder Trockenapparat 37, ähnlich dem Trockenapparat 24,
hindurch. Hier wird das Benzol ausgetrieben, und eine dünne Schicht von Harz bleibt
auf der leitenden Haut zurück. Die Konzentration der Benzol-Harz-Lösung kann dabei
so gewählt werden, daß sie die Dicke der von der Vorrichtung 34 erteilten Deckschicht
beliebig groß ausfällt. Der Glasfaden geht dann durch eine Vorrichtung
38, die zwei Quecksilberkontakte 39, 40 von ganz bestimmten Abständen enthält.
An diese beiden Kontakte sind eine Batterie 41 und ein Widerstandsmesser 42 angeschlossen,
der ein gewöhnlicher Megaohmmeter sein kann. Dieser Meßapparat 42 zeigt den Wert
des Widerstandes der leitenden Schicht für eine gegebene Länge des Glasfadens an.
Der Widerstand bleibt im wesentlichen konstant und gleichförmig.
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Der überzogene Glasfaden läuft dann zwischen den Vorschubwalzen 14
und 15 hindurch in eine Führung 43. Neben dem linken Ende der Führung 43 befindet
sich das von der Batterie 45 gespeiste Solenoid qq. mit einem Kolben 46. Die untere
Vorschubwalze 15 trägt auf- ihrem Umfange einen vorspringenden Kontakt 47, der bei
jedem Umlauf der Walze an einen Federkontakt 48 schlägt und den Stromkreis des Solenoids
44 schließt. So wird bei jedem Umlauf der Walze 15 der Kolben 46 aufwärts gezogen
und bricht den am linken-Ende der Führung 43 austretenden Glasfaden ab. Der Überzogene
Glasfaden wird auf diese Weise durch den Kolben 46 in vorher gewählte Längen geschnitten,
und diese Längen fallen in einen Behälter 49.
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Was die Natur 'des Stoffes anbelangt, der bei der Herstellung des
leitenden Überzuges für den Glasfaden verwendet wird, so ist. schon erwähnt worden,
daß als geeigneter Stoff Kohlenstoff gewählt wird, der in Form von feinen Teilchen
in einer Lösung oder Suspension enthalten ist. Ausgezeichnete Ergebnisse werden
erreicht, wenn man entweder eine Suspension von Kohlenstoff in einer
wäßrigen
Klebstofflösung oder eine Suspension von Kohlenstoff in einem flüssigen Kohlenwasserstoff
verwendet. Als Beispiel für letztere wird eine Lösung von Lampenruß und Leinöl erwähnt,
als Beispiel für die erste Flüssigkeit eine Mischung aus Le-Page-Leim und Lampenruß,
im wesentlichen zu gleichen Teilen in eine Paste gemischt und dann mit Wasser auf
die gewünschte Konsistenz verdünnt. Eine andere Lösung ist die handelsübliche Higgins
Kohlenstoffzeichentinte.
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In dem Ofen 26 wird die Temperatur über 370° C gehalten. Die besten
Resultate werden erreicht, wenn eine Temperatur in der Umgebung von 627 und 7o4°
C angewendet wird. Ein Zweck des Backens im Ofen 26 ist, die flüchtigen Bestandteile
des Leimes oder des anderen Stoffes, der mit dem Kohlenstoff gemischt ist, auszutreiben
und eine praktisch reine Kohlenstoffhaut zu hinterlassen. Der Leim wird durch die
Hitze verkohlt, und die hieraus entstehenden Kohlenstoffteilchen scheinen die Zwischenräume
zwischen den Kohlenstoffteilchen auszufüllen, welche in der Lösung enthalten waren,
so daß ein fester gleichförmiger Überzug aus Kohlenstoff entsteht.
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Als praktischer Vorteil ergibt sich, daß der Glasfaden nicht porös
und die leitende Haut gründlich getrocknet und mit einem nicht hygroskopischen Überzug
bedeckt ist. Der Widerstand ist standhaft, bleibt unbeeinflußt von Temperaturwechsel
und ist unempfänglich gegen Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt, die aus den Witterungszuständen
oder anderen Einflüssen herrühren. Der leitende Überzug bildet eine äußerst dünne
Haut, die durchweg eine bestimmte unveränderliche Dicke hat. Diese und andere Eigenschaften
machen diesen Widerstand besonders vorteilhaft für den Gebrauch bei drahtlosen Empfängern
und Schallverstärkern; die Vorrichtung ist hauptsächlich geeignet für Gitterableitwiderstände
von ,drahtlosen Empfängern. Es ist festgestellt worden, daß dieser Widerstand nicht
mikrophonisch ist, d. h. er erzeugt kein zischendes oder brodelndes Geräusch, wenn
er in einem Schallverstärker verwendet wird. Außer den erwähnten Vorteilen ist noch
zu bemerken, daß die Temperaturkoeffizienten von Glas und Kohlenstoff annähernd
die gleichen sind und daß deshalb der Glasfaden und die Kohlenstofthaut sich in
der Wärme annähernd gleich ausdehnen, so daß die Gefahr des Zerspringens beseitigt
ist.