DE69220769T2 - Widerstand aus Thermoplastik-Zusammensetzung und Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf einen Widerstand mit der Fähigkeit der wesentlichen Leistungszerstreuung und Verfahren zur Herstellung eines solchen Widerstands. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen mit Anschlüssen versehenen Widerstand mit einem Körper aus einer Thermoplastik-Zusammensetzung und die Herstellung eines solchen Widerstands.
• Der meistverwendete Widerstand ist ein Widerstand aus einer Kohlenstoff- Zusammensetzung. Er ist robust und fertig in einem Breiten Bereich Widerstandswerte erhältlich, löst Leistung im Wesentlichen auf und kann mit einer Widerstandstoleranz von ca. 5% hergestellt werden. Trotz seiner Beliebtheit hat der Widerstand aus Kohlenstoff-Zusammensetzung jedoch eine Reihe Nachteile:
• a. Es ist schwierig, wiederholt Widerstände aus Kohlenstoff- Zusammensetzung mit identischen Widerstandswerten herzustellen, aufgrund der vielen bei ihrer Herstellung einbezogenen Variablen. Das Herstellungsverfahren erfordert die Verwendung eines präzisen Drucks, um eine bestimmte Mischung aus Kohlenstoff- und Siliziumpartikeln in eine Phenolform mit bestimmten Innenabmessungen zu drücken, die auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird. Dann wird der Körper verkapselt, und erhitzte Drähte werden an den gegenüberliegenden Enden in den Körper bis auf eine bestimmte Tiefe eingeführt, bis sie in die Kohlenstoff-Silizium-Mischung reichen. Identische Widerstandswerte werden nur erreicht, wenn Druck, Mischung, Abmessungen, Temperatur und Tiefe konstant bleiben, ungeachtet dessen, wann und von welchem Hersteller sie erzeugt werden.
• b. Der Widerstand swert von Widerstand aus Kohlenstoff-Zusammensetzung wird bei der Verwendung wesentlich abnehmen, wenn er nicht einer Ofentrocknung unterzogen wird, bis ein optimaler Stabilitätspunkt erreicht ist. Die erforderliche Trocknungszeit ist schwer präzise zu bestimmen. Selbst nach dem Trocknen wird, wenn der Widerstand einer hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt ist, Feuchtigkeit erneut durch den Phenolkörper aufgenommen, der durchlässig für Wassermoleküle ist.
• c. Der Trocknungsvorgang beeinträchtigt die Lötbarkeit der Widerstanddrähte, die mit einem Zinn-Blei-Lot beschichtet werden, bevor sie in die Enden des Körpers eingeführt werden. Über den Trocknungsvorgang dringt Zinn aus dem Lot aus.
• Trotz aller Nachteile von Widerstand aus Kohlenstoff-Zusammensetzung sind keine anderen Arten preisgünstiger Widerstände verfügbar, die alle seine Vorteile haben.
• Das Patent EP-A-54 152 197 beschreibt einen halbleitenden Widerstandskörper, der Ethylen-Vinyl-Azetat als thermoplastisches Material enthält, vermischt mit Acetyleneruß und einem anderen Kohleruß.
• Ein Ziel der Erfindung ist es, einen preisgünstigen Widerstand bereitzustellen, der alle Vorteile eines Widerstand aus Kohlenstoff-Zusammensetzung und keine seiner Nachteile hat. Es ist insbesondere ein Widerstand bereitzustellen mit einem präzise vorherbestimmbaren Widerstand, ungeachtet wann und von welchem Hersteller er gefertigt wird, mit einem Widerstand, der sich bei der Herstellung oder der Verwendung bedingt durch Temperatur und Feuchtigkeit nicht wesentlich verändert und Drähte mit einer Lötbarkeit hat, die beim Herstellungsverfahren nicht beeinträchtigt wird.
• Gemäß der Erfindung werden ein Widerstandskörper wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt, ein Widerstand wie in Anspruch 6 definiert und Methoden wie in den Ansprüchen 3 und 7 definiert. Der Widerstandskörper enthält einen Stab eines vorbestimmten Querschnittsbereichs, der aus einer coextrudierten Mischung aus thermoplastischem Harz, Acetylenruß und einem anderen Kohlenstoffruß geformt wird.
• Das Verhältnis des thermoplastischen Harzes zum Rußmaterial bestimmt den Widerstand des Körpers. Das Verhältnis des Acetylenrußes zum Kohlenstoffruß bestimmt den Wärmekoeffizienten des Widerstands des Widerstandskörpers. Durch die richtige Wahl des Umfangs dieser beiden Ruße wird der positive Widerstandskoeffizient des einen Rußes durch den negativen Koeffizienten des anderen Rußes ausgeglichen. So können Widerstandskörper mit Widerstandskoeffizienten erstellt werden, die sich bei Temperatureinwirkung nicht wesentlich verändern.
• Der Widerstandskörper gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus 3- 12% seines Gewichtes aus Acetylenruß und 1-5% seines Gewichtes aus einem anderen Kohlenstoffruß, berechnet am Gesamtgewicht des Widerstandskörpers.
• In einer vorgezogenen Durchführungsform liegt das Gewichtsverhältnis zwischen Acetylenruß und einem anderen Kohlenstoffruß in dem Widerstand der vorliegenden Erfindung bei 2,5:1 und 3,5:1. Gemäß diesen vorgezogenen Durchführungsformen schwankt der Koeffizient des Widerstandes bei Temperatureinwirkung nicht oder nicht nennenswert.
• Eine Herstellungsmethode des Widerstandskörpers gemäß der Erfindung beinhaltet die Mischung bestimmter Formen der obengenannten Materialien in Proportionen, die den Erhalt eines vorbestimmten spezifischen Widerstands bewirken. Diese Mischung wird dann erhitzt, bis sie plastisch deformierbar wird, um die Verteilung des Rußmaterials über das Harz zu versichern und die Formgebung der Mischung zu erleichtern. Die heiße Mischung wird über eine Düsenöffnung extrudiert, um einen mit Widerstand behafteten Stab zu bilden, der dann zum Härten abgekühlt und in Teile geschnitten wird, die die Widerstandskörper bilden. Das hier verwendete Wort "Stab" begrenzt sich nicht auf Festkörper, sondern beinhaltet andere extrudierbare Formen wie Rohrkörper.
• Ein Widerstand gemäß der Erfindung enthält einen Körper aus Thermoplastik-Ruß und wird mit elektrischen Drähten abgeschlossen, denen ein Lötmaterial mit einer vorbestimmten Schmelztemperatur aufgetragen werden kann. Der Körper hat eine Schmelztemperatur, die über der des Lötmaterjals liegt, und hat eine erste und zweite Seite, an die die entsprechenden Seiten des ersten und zweiten Kontakts elektrisch leitenden, schweißbaren Materials geschmolzen werden. Der erste und zweite elektrische Draht wird an die entsprechenden Kontakte geschweißt, und ein elektrisches Nichtleitermaterial umkapselt den Körper und den ersten und zweiten Kontakt. Der Widerstandskörper hat vorzugsweise die weiter oben beschriebene Form und Zusammensetzung, die hier beschriebene Fertigungsstrtiktur kann vorteilhaft mit Widerstandskörpern anderer Formen und thermoplastischen Rußzusammensetzungen verwendet werden.
• Eine Methode zur Fertigung eines Widerstandskörpers gemäß der Erfindung enthält folgende Schritte:
• a. Schmelzen des ersten und zweiten Kontakts aus elektrisch leitendem, schweißbaren Material an jeweils eine erste und zweite Seite des Körpers;
• b. Erhitzen des Körpers, bis der spezifische Widerstand des Körpers eine vorbestimmte Temperaturstabilität erreicht;
• c. Schweißen des ersten und zweiten elektrischen Drahtes an die jeweiligen Kontakte; und
• d. Verkapselung des Körpers und des ersten und zweiten Kontakts mit einem elektrischen Nichtleitermaterial.
• Die Erfindung wird hier im Detail anhand von bestimmten Durchführungsformen und den Zeichnungen erklärt, von denen Abbildung 1 eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Herstellung von Widerstandskörpem gemäß der ersten vorgezogenen Durchführungsform der Erfindung zeigt.
• Die Abbildungen 2 und 3 schematische Darstellungen eines jeweiligen Gerätes zur Herstellung von Widerstandskörpern gemäß der zweiten vorgezogenen Durchführungsform der Erfindung zeigt.
• Die Abbildungen 4a bis 4f schematische Darstellungen der Schritte für die Herstellung eines Widerstands aus einem mit Widerstand behafteten Thermoplastik Kohlenstoff sind.
• Abbildung 5 eine schematische Darstellung eines gemäß den Schritten der Abbildungen 4a-4e hergestellten Widerstands ist.
• Abbildung 1 zeigt eine erste vorgezogene Durchführungsform eines Gerätes für die Herstellung von mit Widerstand behafteten Stäben gemäß der Erfindung.
• Das Gerät beinhaltet eine Extrusionsmaschine 10 zur Formung eines heißen, mit Widerstand behafteten Stabes, ein Kühlbad 12 zum Kühlen des mit Widerstand behafteten Stabes, einen Spannungsprüfer 13 und eine Ziehvorrichtung 14 für die gemeinsame Regulierung des Durchmessers des Stabes Lind eine Vorrichtung zum Messen der spezifischen Widerstands 16, um den spezifischen Widerstands des Stabes zu messen. Die gestrichelten Linien in dieser Zeichnung stellen elektrische Signale dar, die in die von den Pfeilen an den Enden der Linien angezeigte Richtung fließen.
• In dieser als Beispiel gegebenen Durchführungsform beinhaltet die Extrusionsmaschine 10 einen Extruder mit acht (von 1 bis 8 bezeichneten) Abschnitten und einen Antriebsmotor 20, eine Schmelzpumpe 9, eine Forindüse 18, einen Fülleinlaßtrichter 22, gravimetrische Fülvorrichtungen 24 Lind 26 und ein Steuerpult 28. Die beiden gravimetrischen Füllvorrichtungen haben individuell steuerbare Füllraten und führen dem Fülltrichter die jeweiligen Bestandteile des Partikel materials für die Herstellung des mit Widerstand behafteten Stabs 30 zu.
• Der Extruder beinhaltet eine Walze mit zwei gegenstellbaren, ineinandergreifenden Schrauben, die sich über die Abschnitte 1-8 erstrecken. Abschnitt 1 ist ein Füllabschnitt, der für die leichtere Zufuhr des Partikelmaterial vom Trichter 22 in den Extruder wassergekühlt ist. Die Abschnitte 2-8 sind Förder- und Mischabschnitte, die elektrisch beheizt sind, um die Mischung beim Durchlaufen des Extruders zum Schmelzen zu bringen. Einer der hinteren dieser Abschnitte (z.B. Abschnitt 7) ist belüftet, um die Entweichung der Feuchtigkeit und der Gase, die in der Schmelzmasse eingeschlossen sind, zu ermöglichen und die Schmelzinasse verdicken. Die Schmelzpumpe 9, die ebenfalls erhitzt wird, liefert einen einheitlichen Druck, um die Schmelzmasse durch die Formdüse 18 zu pressen. Die Temperaturen der Abschnitte 2-8 und der Schmelzpumpe 9 werden vom Steuerpult 28 aus fernbedient (zur Vereinfachung der Zeichnung sind Leitungen zur Übertragung des Temperatursteuersignals, die vom Steuerpult zum Extruder und zur Schmelzpumpe verlaufen, nicht abgebildet).
• Die Formdüse 18, das Kühlbad 12, die Spannungssteuerung 13 und die Ziehvorrichtung 14 arbeiten koordiniert für die Regulierung des Durchmessers des extrudierten, mit Widerstand behafteten Stabes 30, der in dein Gerät von Abbildung 1 gefertigt wird. Die Formdüse 18 bestimmt den Querschnitt und die Abmessungen des von der Schmelzpumpe durch sie gepreßten Extrudats. Der Rundquerschnitt des aus der Düse austretenden Extrudats hat normalerweise einen 10 bis 20% über dem Enddurchmesser des Stabes liegenden Durchmesser. Dieser Enddurchmesser wird über die Ziehvorrichtung 14 erreicht, der aus einer Reihe aufeinanderfolgender, gegenüberliegender Rollenpaare besteht, um das Extrudat mit einer gesteuerten Rate durch das Kühlbad 12 zu ziehen. Das Kühlbad senkt die Temperatur des Extrudats stufenweise und bewirkt so den Wechsel aus dem weichen, verformbaren Zustand zu einem gehärteten Zustand.
• Die Spannungssteuerung 13 beinhaltet einen Laser-Mikrometer mit einem Strahlsender und einem Strahlempfänger (nicht einzeln gezeigt), die an den gegenüberliegenden seiten des gehärteten, aus dem Kühlbad kommenden Stabs angebracht sind. Der Laser-Mikrometer miß optisch den Durchmesser des Stabs und überträgt ein der Messung entsprechendes Signal 28 an das Steuerpult. Das Steuerpult beinhaltet einen Vergleicher, der die Messung mit einem voreingestellten nominalen Durchmesser vergleicht, und sendet ein variables Ausgangssignal an die Ziehvorrichtung 14, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit dem die Ziehrollen das Extrudat aus der Formdüse 18 ziehen. Das Ausgangssignal wird um einen Zeitraum verzögert, der der Zeit entspricht, die der aus der Düse 18 kommenden Stabdurch messer benötigt, um zum Laser-Mikrometer der Spannungssteuerung 13 zu gelangen. Wenn der gemessene Stabdurchmesser über dem nominalen Durchmesser liegt wird die Drehgeschwindigkeit der Rollen erhöht, um den Durchmesser des im Kühlbad gehärteten Stabs zu verringern. Wenn der gemessene Stabdurchmesser jedoch unter dem nominalen Durchmesser liegt, wird die Rollengeschwindigkeit verlangsamt, um den Durchmesser des im Kühlbad gehärteten Stabs zu vergrößern.
• Das Widerstandsmeßgerät 16, das Steuerpult 28, die gravimetrischen Füllvorrichtungen 24, 26 und der Extruder-Antriebsmotor 20 arbeiten koordiniert für die Regulierung des spezifischen Widerstands des von dem Gerät hergestellten Stabes 30. Prinzipiell wird dieser spezifische Widerstand durch die Zusammensetzung des Partikelmaterials bestimmt, in Abschnitt 1 des Extruders von den gravimetrischen Füllvorrichtungen erhalten. Andere Faktoren, die den spezifischen Widerstand beeinflussen, sind der Schmelzpumpendruck und alle anderen Faktoren, die die Eigenschaften des Extrudats beeinträchtigen. Die Füllvorrichtung 24 enthält Partikel eines thermoplastischen Harzes, während die Füllvorrichtung 26 ein Partikegemisch aus Acetylenruß und einem anderen Kohlenstoffruß enthält. Es können andere Anordnung für die Zufuhr dieser drei Materialien zum Extruder verwendet werden. Es kann z.B. eine separate Füllvorrichtung für jedes Material vorgesehen werden.
• Die relativen Raten, mit denen die Füllvorrichtungen ihr jeweiliges Material in den Fülleinlaßtrichter 22 abgeben, wird vom Steuerpult 28 in Verbindung mit dem Widerstandsmeßgerät 16 bestimmt. Diese Füllraten werden manuell am Steuerpult eingestellt, bis der gewünschte spezifische Widerstand von dem Widerstandsmeßgerät 16 gemessen wird. Dieses Gerät mißt den spezifischen Widerstand des Stabs 30 elektrisch, indem sie den Widerstand zwischen getrennten elektrischen Kontakten 32 mißt, die in einem bestimmten Abstand gegen den Stab drücken. Das Gerät 16 gibt ein Eingangssignal an das Steuerpult 28 ab, das Änderungen im spezifischen Widerstand des erzeugten Stabs anzeigt. Wenn der spezifische Widerstand über die gewünschte Stärke steigt, wird die Fülirate der gravimetrischen Füllvorrichtung, die das Kohlenstoffmaterial abgibt, am Steuerpult erhöht. Wenn dagegen der spezifische Widerstand unter die gewünschte Größe fällt wird die Füllrate an dieser Füllvorrichtung vermindert. Diese Erhöhungen und Verminderungen werden um einen Zeitraum verzögert, der der Zeit entspricht, die das aus der Füllvorrichtung 26 kommende Kohlenstoffmaterial benötigt, um zum Widerstandsmeßgerät 16 zu gelangen.
• Die Geschwindigkeiten des Extrudersteuermotors 20 und der Schmelzpumpe 9 werden manuell am Steuerpult zwischen der oberen und unteren Grenze eingestellt. Über der Obergrenze erzeugen die Extruderschrauben ausreichen Hitze, um die Auflösung des thermoplastischen Harzes zu bewirken. Unter der Untergrenze mischen die Schrauben die Kohlenstoff- und Thermoplastikkomponente nicht einheitlich durch. Die Geschwindigkeit der Schmelzpumpe wird auf eine Geschwindigkeit geregelt, die mit der Rate vereinbar ist, mit der die Partikelmasse in den Trichter 22 gelangt.
• Von dem Gerät in Abbildung 1 wurde eine Reihe extrudierter, mit Widerstand behafteter Stäbe 30 gefertigt. In allen Fällen enthielt die gravimetrische Fülvorrichtung 24 eine Mischung aus Silika- und Polymerharz. Beispiele für das Polymermaterial sind Flüssigkristallpolymere, Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyethersulfone und Polyphenylensulfide. Bevorzugt werden jedoch Flüssigkristallpolymere, da sie beim Löten der Widerstände auf die Schaltung die beste Hitzetoleranz aufwiesen. Die gravimetrische Fülvorrichtung 26 enthielt eine Mischung aus Acetylenruß und einem anderen Kohlenstoffruß und kann zusätzlich eine Menge eines oder mehrerer anorganischer Füllmaterialien enthalten. Beispiele für vorzuziehende Füllmaterialien sind Silika, Aluminiumoxid und Talk. Die Temperaturen der erhitzten Extruderabschnitte 2-8 und der Schmelzpumpe 9 lagen über der Schmelztemperatur des Polymers und unter der Temperatur, bei der das Polymer Schaden nimmt. Diese Temperaturen reichten von 290 bis 330 Grad C für ein typisches Flüssigkristallpolymer.
• In einem spezifischen Beispiel enthielten die Füllvorrichtungen 24 und 26 Mischungen der weiter oben beschriebenen Materialien und wurden mit Füllraten betrieben, um eine Mischung im Einlaßtrichter 22 mit einem Gewichtsanteil von 26,67% aus Silika, einem Gewichtsanteil von 66,67% aus Flüssigkristallpolymer, zusammengesetzt aus einem aromatischen Kopolyester (Handelsname : Vectra; Hoechst Celanese), einem Gewichtsanteil von 1,66% aus Kohlenstoffruß und einem Gewichtsanteil von 5,00% aus Acetylenruß zu erhalten. Ein mit Widerstand behafteter Stab einer Länge von 0,270 Inch und eines Runddurchmessers von 0,10 Inch (1 Inch = 25,4 mm), hergestellt von dem Gerät von Abbildung 1, hatte einen gemessenen Widerstand (von einem Ende zum anderen) von 46,200 Ohm.
• Die Abbildungen 2 und 3 zeigen eine zweite vorgezogene Durchführungsform eines Gerätes zur Herstellung von mit Widerstand behafteten Stäben gemäß der Erfindung. Das Gerät von Abbildung 2 wird verwendet, um Pelletstapel unterschiedlichen spezifischen Widerstands zu formen. Das Gerät von Abbildung 3 wird verwendet, um aus Pellets Stäbe unterschiedlichen spezifischen Widerstands zu formen.
• Das Gerät von Abbildung 2 beinhaltet eine Extrusionsmaschine 34 zur Erzeugung eines Extrudats aus weichem, mit Widerstand behafteten Materials, und eine Pelettiermaschine 36, um das Extrudat in harte Pellets zu formen. In diesem Durchführungsbeispiel ist die Extrusionsmaschine grundlegend identisch zu der von Abbildung 1, außer daß die Schmelzpumpe 9, die Fromdüse 18 und das Steuerpult 28 entfernt wurden. Die Schmelzpumpe wird nicht benötigt, da die Schrauben des Extruders selbst genügend Druck bereitstellen, um das weiche Extrudat über ein angeflanschtes Verbindungsrohr 38 zur Pelettiermaschine zu befördern 36. Die Pelettiermaschine formt kleine mit Widerstand behaftete Pellets 40, indem das weiche Extrudat in kleine Zylinderformen geschnitten wird, die mit einem Wasserfluß abgekühlt, getrocknet und an eine Ausgangsöffnung befördert werden, wo man sie einsammeln kann.
• Der spezifische Widerstand der von dem Gerät von Abbildung 2 erzeugten Pellets 40 wird hauptsächlich von der Zusammensetzung des Partikelmatenals bestimmt, in Abschnitt 1 des Extruders 34 von den gravimetrischen Füllvorrichtungen 24 und 26 erhalten. Andere Faktoren, die den spezifischen Widerstand beeinflussen, sind der von dem Extruder entwickelte Druck und alle anderen Faktoren, die die Eigenschaften des Extrudats beeinträchtigen. Pelletstapel unterschiedlichen spezifischen Widerstands können erhalten werden, indem die Füllraten der Füllvorrichtungen an diesen und/oder die relativen Anteile der beiden Kohlenstoffmaterialien in der Füllvorrichtung 26 eingestellt werden. Wenn für jedes Partikelmaterial eine gesonderte Füllvorrichtung vorgesehen ist müssen nur die Füllraten eingestellt werden. Der spezifische Widerstand jedes Pelletstapels wird durch versuchsweise Einstellen der Füllrate der Füllvorrichtung 26 und die Messung des spezifische Widerstands einzelner Pellets verschiedener Stapel bestimmt.
• Das Gerät von Abbildung 3 beinhaltet eine Extrusionsmaschine 42, ein Kühlbad 12, einen Spannungsprüfer 13 und eine Ziehvorrichtung 14. Wiederum stellen die gestrichelten Linien elektrische Signale dar, die in die von den Pfeilen an den Enden der Linien angezeigte Richtung fließen.
• In dieser als Beispiel gegebenen Durchührungsform beinhaltet die Extrusionsmaschine 42 einen Extruder mit vier (von A bis E bezeichneten) Abschnitten und einen Extruder-Antriebsmotor 44, eine Schmelzpumpe E, eine Formdüse 18, einen Fülleinlaßtrichter 22 und ein Steuerpult 26. Alle Elemente von Abbildung 3 mit der Referenz 30 oder darunterliegenden Nummern sind grundlegend mit den Elementen der Abbildung 1 mit den selben Nummern identisch.
• Der Extruder beinhaltet eine Walze mit einer einzigen Schraube, die sich über die Abschnitte A-D erstreckt. Die Schraube hat drei aufeinanderfolgende Abschnitte, bestehend aus einem Füllabschnitt zum Mischen und befördern der mit Widerstand behafteten, aus dem Trichter 22 erhaltenen Pellets, einem Kompressionsabschnitt für die Kompaktierung und das leichtere Schmelzen der Pellets und einem Meßabschnitt für die Prüfung der Menge, Festigkeit und Homogenität der von der Schmelzpumpe E erhaltenen Schmelzmasse.
• Der Abschnitt A des Extruders, der grundlegend dem Füllabschnitt der Schraube entspricht, ist Wassergekühlt, um die Zufuhr der Pellets von dem Trichter 22 in den Extruder zu erleichtern. Die Abschnitte B-D sind elektrisch beheizt, um das Schmelzen der Pelletmischung beim Durchlaufen es Extruders zu bewirken. Auch die Schmelzpumpe E ist beheizt.
• Die Formdüse 18, das Kühlbad 12, die Spannungssteuerung 13 und die Ziehvorrichtung 14 arbeiten koordiniert, wie in bezug auf Abbildung 1 beschrieben, für die Regulierung des Stabdurchmessers 30. Der spezifische Widerstand des Stabes wird durch die relative Mengen Pellets unterschiedlichen spezifischen Widerstands bestimmt, die in den Trichter 22 gegeben werden. Die Geschwindigkeiten des Extrudersteuermotors 44 und der Schmelzpumpe E sind manuell am Steuerpult einzustellen. Typischerweise wird die Geschwindigkeit der Schmelzpumpe auf Höchstleistung eingestellt und die Geschwindigkeit des Motors 44 angepaßt, um einen konstanten Druckunterschied in der Schmelzpumpe aufrechtzuerhalten.
• Der Extruder beinhaltet einen Antriebsmotor 44, die Abschnitte A-D und Heizelemente für diese Abschnitte, die alle direkt und fernbedient gesteuert werden können.
• Von dem Gerät in Abbildung 3 wurde von mit Widerstand behafteten Pellets, hergestellt von dem Gerät von Abbildung 2, eine Reihe extrudierter, mit Widerstand behafteter Stäbe 30 gefertigt. In jedem Fall enthielt die gravimetrische Füllvorrichtung 24 eine Mischung aus Silika und Polymerharz. Beispiele für Polymermaterial sind Flüssigkristallpolymere, Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyethersulfone und Polyphenylensulfide, von denen die Flüssigkristallpolymere vorgezogen werden. Die gravimetrische Fülivorrichtung 26 enthielt eine Mischung aus Kohlenstoffacetylenruß und einem anderen Kohlenstoffruß und kann zusätzlich eine Menge eines oder mehrerer anorganischer Füllmaterialien enthalten. Beispiele für vorzuziehende Füllmaterialien sind Silika, Aluminiumoxid und Talk. Die Temperaturen der erhitzten Extruderabschnitte 2-8 in Abbildung 2 lagen über der Schmelztemperatur des Polymers und unter der Temperatur, bei der das Polymer Schaden nimmt. Diese Temperaturen reichten von 280 bis 300 Grad C für ein typisches Flüssigkristallpolymer.
• Auch die Temperaturen der erhitzten Extruderabschnitte A-D und der Schmelzpumpe E in Abbildung 3 lagen über der Schmelztemperatur des Polymers und unter der Temperatur, bei der das Polymer Schaden nimmt. Diese Temperaturen reichten von 295 bis 300 Grad C für ein typisches Flüssigkristallpolymer.
• In einem spezifischen Beispiel enthielten die Füllvorrichtungen 24 und 26 (Abbildung 2) Mischungen der weiter oben beschriebenen Materialien und wurden mit Füllraten betrieben, um eine Mischung im Einlaßtrichter 22 mit einem Gewichtsanteil von 7,0% aus Silika, einem Gewichtsanteil von 82,5% aus Flüssigkristallpolymer, auf der Basis eines Polyesters, eineni Gewichtsanteil von 2,6% aus Kohlenstoffruß (allgemeiner von 1-5%) und einem Gewichtsanteil von 7,9% aus Acetylenruß (allgemeiner von 3-12%) zu erhalten. Ein mit Widerstand behafteter Stab einer Länge von 0,270 Inch und eines Runddurchmessers von 0,10 Inch (1 Inch = 25,4 mm), hergestellt von dem Gerät von Abbildung 3 aus Pellets der oben aufgeführten Mischung, hatte einen gemessenen Widerstand (von einem Ende zum anderen) von 1.000 Ohm. Der Widerstand wies keine oder keine wesentlichen temperaturbedingten Schwankungen auf.
• Die Abbildungen 4a bis 4f zeigen ein Verfahren für die Herstellung von Widerständen durch die Fertigung und Verkapselung von mit Widerstand behafteten Körpern 45 aus Thermoplastik-Kohlenstoff, die von den extrudierten, mit Widerstand behafteten Stäben 30 abgeschnitten werden. Vorzugsweise werden die Körper in Standardlängen abgeschnitten, und der Widerstand jedes Widerstandstapels wird durch das Schneiden der Körper von Stäben entsprechenden spezifische Widerstands bestimmt. Eine andere Methode ist, den Stab eines spezifische Widerstands in Körper verschiedener Langen zu schneiden, um Widerstände mit unterschiedlichen Widerständen zu bilden. Eine noch andere Methode besteht darin, selbst bei der Verwendung von Standardlängen für alle Widerstände die Längen, auf die die Körper geschnitten werden, innerhalb eines Nominalbereichs anzugleichen, um sie auf eine spezifische Toleranz zu bringen.
• Die folgenden, mit Buchstaben bezeichneten Absätze beschreiben die in den Abbildungen 4a-4f abgebildeten Verfahrensschritte, wobei die Buchstaben der Absätze den Nummern der Abbildungen entsprechen:
• a. Ein poröse Metallscheibe 46 eines gesinterten ferromagnetischen Materials wird an ein erstes Ende eines mit Widerstand behafteten Körpers 45 gebracht, um als erster Kontakt an dem Widerstand befestigt zu werden. Die Scheibe wird mit herkömmlichen Sintertechniken aus einem pulverisierten elektrischen Leitermaterial (wie Nickel) geformt, das schweißbar ist und einen im Vergleich zum Körper geringen Widerstand hat. Die Scheibe hat eine ausreichende Dicke (z.B. 1 mm (0.040 Inch)), um nicht zu verbiegen, wirkt Hitzesenkend beim darauffolgenden Anlöten eines Drahtes und widersteht dem Anschweißen eines Drahtes darauf. Der Scheibendurchmesser entspricht im Wesentlichen dem des mit Widerstand behafteten Körpers.
• b. Der mit Widerstand behaffete Körper 45 wird sanft gegen das erste Ende einer Scheibe 46 gehalten, wenn diese beiden Elemente durch ein von einer Wicklung 50 erzeugtes elektromagnetisches RF-Feld gebracht werden. Der elektrische Strom in der Wicklung wird auf eine Größe angepaßt, die in der Scheibe von dem Feld induzierte Wirbelströme auslöst, um die Scheibe auf eine leicht über der Schmelztemperatur der Körpers zu bringen, wodurch die Scheibe an den Körper Schmilzt. Diese Temperatur hängt von dem verwendeten Thermoplastik-Material ab, die Schmelztemperatur der in den Beispielen verwendeten Materialien beträgt ca. 280 Grad C.
• c. Die Schritte a und b werden am zweiten Ende des Körpers 45 wiederholt, um eine zweite Scheibe 48 als zweiten Kontakt des Widerstands zu befestigen. Um die erneute Erhitzung des ersten Endes zu vermeiden wird das zweite Ende in einer zu der Längsachse x-x des Körpers transversalen Richtung über die Wicklung 50 gebracht. Andererseits können die Scheiben 46 und 48 aufeinanderfolgend in einem Schritt an beide Enden des Körpers geschmolzen werden, indem er axial durch die Wicklung gebracht wird.
• d. Eine Reihe in den Schritten a bis c geformter Vormontagen werden in einem Ofen 52 erhitzt, bis die mit Widerstand behafteten Körperteile 45 auf stabile Dimensionen zusammenschrumpfen, die sich während der Verwendung der Widerstände, dem Endprodukt dieses Verfahrens, nicht wesentlich ändern werden. Die typische Temperatur und Erhitzungszeit für die mit Widerstand behafteten Körper beträgt 300 ºC für 16 bis 32 Stunden.
• e. Der erste und zweite elektrische Draht 56 und 58 wird an den ersten und zweiten Kontakt 46 und 48 gehalten und an sie widerstandsgeschweißt. Das Schweißen erfolgt über die erste und zweite Stromzufuhr 60 und 62, die vorübergehend jeweils an den ersten Kontakt/Draht 56/46 und an den zweiten Kontakt/Draht 58/48 angeschlossen werden. Die Stromzufuhren erzeugen jeweilige Stromimpulse, die genügend Hitze an den Kontaktstellen erzeugen, an denen die Drähte die Kontakte berühren, um sie zu verschmelzen. Da die von den Impulsen erzeugte Hitze örtlich und sehr kurzer Dauer ist wird kein Schmelzen oder Erweichen des Thermoplastikmaterials des Körpers verursacht, selbst neben den Kontakten 46, 48. Ein typischer Stromimpuls, der erfolgreich verwendet wurde, ist ein im Wesentlichen Quadratwellenimpuls einer Dauer von 4 bis 6 Millisekunden und einer Amplitude von 600 bis 800 Ampere.
• f. Der mit Widerstand behaftete Körper und die Kontakte werden in einem elektrisch nicht leitenden, feuchtigkeitsresistenten Material (z.B. Epoxy) verkapselt, mit einem Verfahren wie dein entsprechend abgebildeten Beschichtungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird jeder fertiggestellte mit Widerstand behaftete Körper 45 beschichtet, indem er über ein permanent mit Epoxymaterial 66 beschichtetes drehendes Rad 64 gerollt wird (z.B. unter Heizlampen). Der sich ergebende verkapselte Widerstand ist in Abbildung 5 dargestellt. Eines anderes zu verwendendes Verkapselungsverfahren ist Preßspritzen.

Claims (8)

1. Ein Widerstandskörper (45) mit einem Stab (30) eines vorbestimmten Querschnittsbereichs, der aus einer coextrudierten Mischung aus thermoplastischem Harz, Acetylenruß und einem anderen Kohlenstoffruß geformt wird, mit dem Merkmal, daß die Mischung zu 3-12% ihres Gewichtes aus Acetylenruß und 1-5% ihres Gewichtes aus einem anderen Kohlenstoffruß, wobei das besagte Gewicht in % am Gesamtgewicht des Widerstandskörpers (45) berechnet wird.

2. Ein Widerstandskörper (45) laut Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Harz in Flüssigkristallpolymer enthält.

3. Ein Verfahren zur Herstellung eines Widerstandskörpers (45) laut Anspruch 1 oder 2, bestehend aus folgenden Schritten:

a. Mischen eines Partikelmaterials zur Erstellung eine Mischung aus thermoplastischem Harz, Acetylenruß und einem anderen Kohlenstoffruß;

b. Erhitzen der Mischung, bis sie plastisch deformierbar wird;

c. Extrudierung des erhitzten Gemisches durch eine Düsenöffnung (18), um einen heißen, mit Widerstand behafteten Stab (30) zu formen;

d. Abkühlen des mit Widerstand behafteten Stabs (30); und

e. Schneiden des mit Widerstand behafteten Stabs (30) in Abschnitte, um Körper (45) vorbestimmten Widerstands zu formen.

4. Ein Verfahren laut Anspruch 3, bei dem die Partikelmaterialien erste und zweite Extrudate mit bekannten spezifischen Widerständen haben und die besagten Materialien in einem vorbestimmten Verhältnis vermischt werden, um die besagten Körper (45) mit einem vorbestimmten Widerstand zu fertigen.

5. Ein Verfahren laut Anspruch 4, bei dem jedes der besagten ersten und zweiten Materialien Thermoplastik-Harz, Acetylenruß und einen anderen Kohlenstoffruß enthält.

6. Ein Widerstand mit elektrischen Drähten (56, 58), auf die ein Lötmaterial mit einer vorbestimmten Schmelztemperatur aufgebrachte werden kann und der besagte Widerstand außerdem enthält:

a. einen Widerstandskörper (45) laut Anspruch 1 oder 2 mit einer Schmelztemperatur über der besagten vorbestimmten Schmelztemperatur, wobei der besagte Körper (45) eine erste und zweite Seite hat;

b. einen ersten und zweiten Kontakt (46, 48) eines elektrisch leitenden, schweißbaren Materials, wobei jeder der besagten Kontakte an einer Seite an die jeweilige Seite des Körpers (45) geschmolzen ist;

c. ein besagter erster und zweiter elektrischer Draht (56, 58), jeweils an die Kontakte (46, 48) geschweißt;

d. ein elektrisches Nichtleitermaterial (66) zur Verkapselung des Körpers (45) und des ersten und zweiten Kontakts (46, 48).

7. Ein Verfahren zur Fertigung eines Widerstandskörpers laut Anspruch 1 oder 2, mit elektrischen Drähte (56, 58), auf die ein Lötmaterial aufgebracht wird, wobei das besagte Verfahren aus folgenden Schritten besteht:

a. Schmelzen des ersten und zweiten Kontakts (46, 48) aus elektrisch leitendem, schweißbaren Material an jeweils eine erste und zweite Seite des Körpers;

b. Erhitzen des Körpers, bis der spezifische Widerstand des Körpers eine vorbestimmte Temperaturstabilität erreicht;

c. Schweißen des ersten und zweiten elektrischen Drahtes (56,58) an die jeweiligen Kontakte (46, 48).

8. Ein Verfahren laut Anspruch 7, das zusätzlich den Schritt der Verkapselung des Körpers und des ersten und zweiten Kontakts mit einem elektrischen Nichtleitermaterial 66 beinhaltet.