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Verfahren zur Herstellung von Heißleitern bestimmter elektrischer
Charakteristik In elektrischen Schaltanordnungen, wie z. B. Relaisschaltungen mit
zeitlich geregelter Ein- oder Ausschaltverzögerung oder solchen mit vorgegebener,
erst allmählich zur Maximalstromstärke ansteigender Einschaltstromstär'ke, in denen
Heißleiter als Regulierungsmitt-el zur Verwendung kommen, muß jeder Heißleiter eine
bestimmte Charakteristik im Gebrauchsbereich aufweisen, weil die ricliti"l,e Funktion
der einzelnen Schalteelemente nur bei einer bestimmten Abhängigkeit der Stromstärke
von der Spannung an den Stromzuführungsstellender in derSchaltungverwen#deten Ileißleiter
gewährleistet ist. Die hierbei an die Charakteristiken de r Heißleiter z
u stellenden Bedingungen lassen sich nun aber nur inden seltensten Fällen mit der
natürlichen Anheizcharakteristik der Heißleiter, wie sie sich unter dem Einfluß
bestimmter, an die Enden des Heißleiters angelegter Spannungen ergibt, in Einklang
bringen. Sehr häufig ist es z. B. erwünscht, daß der Strom gleich beim Einschalten
mit einer gewissen Stärke einsetzt und alsdann eine durch die Heißleitereigenschaften
bedingte weitere Steigerung erfährt. Diese Forderung ist mit einem bei Normaltemperatur
schlecht leiten-den Heißleiter nicht ohne weiteres zu erfüllen. Zur Überwindung
dieser Schwierigkeit wurde schon vorgeschlagen, die Charakteristik eines Heißleiters
da)durch zu verändern, daß dem Heißleiter ein normaler Widerstand mit positivem
Temperaturkoeffizienten parallel geschaltet wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht,
#daß der Gesamtwiderstand der Kombination bereits bei Normaltemperatur einen gewollt
kleinen Wert erhält. jedoch bringt dieses
N'erfahrün den Nachteil
mit sich, daß #die in dem normalen Widerstand entstehende Stromwärme nicht oder
nur sehr unvollkommen zur Beheizung des Heißleiters 'herangezogen werden kann.
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Gemäß Ader Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß der
Parallelwiderstand durch Aufbringung einer leitenden Kohleschicht auf dem Heißleiter
ersetzt wird, deren elektrischer Widerstand, falls erforderlich, durch einen nach
Temperatur und Zeit geregelten Oxydationsvorgang auf einen genauen Wert eingestellt
werden kann. Bei #dieser. Bauart wird die in der Widerstandsschicht verbrauchte
elektrische Energie mit zur Beh,eizung des Heißleiters herangezogen, was von besonderer
Bedeutung ist, wenn der Heißleitereffekt schnell und, intensiv zur Wirkung gebracht
werden soll.
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Zur Aufbringung der Widerstandsschicht auf den Heißleiter hat sich
z. B. ein für Kohlewiderstände mit isolierendem keramischem Träger bereits vorgeschlagenes
Bekohlungsverfahren als geeignet erwiesen, bei welchem die Aufbringung einer Hartkohleschicht
durch Einbringung des Trägers in eine mit einem gasförmigen Kohlenwasserstoff versetzte
indifferente Gasatmosphäre bei höher Temperatur und gegebenenfalls vermindertem
Gasdruck erfolgt. Bei diesem Verfahren erreicht die aufgebrachte Kohleschicht einen
um so geringeren Widefstand, je höher die zur Aufbringung der Schicht angewandte
Temperatur war.
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Nun kann ab-er die hohe Temperatur, welcher der Heißleiter bei der
Bekohlung ausgesetzt werden muß, unter Umständen die Metallb-eläge schädigen, die
an den Stromanschlußstellen der Heißleiter aufgebracht werden müssen, um eine auch
bei sehr heißem Widerstand einwandfreie Stromzuführung zu gewährleisten.
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Gegenstandder weiteren Erfindung ist daher eine Leitung des Bekohlungs-
und Metallisierungsverfahrens in solchem Sinne, daß eine Schädigung der gegen zu
hohe Temperatur empfindlichen Metallbeläge vermieden wird.
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Wenn es nicht darauf ankommt, extrem niedere Widerstandswerte der
aufgebrachten Kohleschicht zu erhalten und deshalb das Bekohlungsverfahren bei Temperaturen
unterhalb etwa 96o' C durchgeführt werden kann, so erfolgt gemäß der Erfindung
die Aufbringung der für die Stromanschlüsse des Heißleiters erforderlichen Metallbeläge
vor dern Bekohlendes Heißleiters. In diesem Falle besteht bei der nachfolgenden
Durchführung des Bekohlungsverfahrens keine Gefahr fürdie vorzugsweise aus Silber
bestehenden Metallbeläge, da Silber erst oberhalb der genannten Temperatur schmilzt.
Ein weltberüh Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Heißleiter vor dem
Bekohlen mit #seinen Stromanschlüssen fertiggestellt werden kann und daß eine den
Widerstand der Kohleschicht beeinflussende Oxydation beim Aufbrennen der Silberbeläge
vermieden wird.
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Handelt es sich dagegen darum, einen extrem kleinen Widerstand in
der aufgebrachten Kohleschicht zu erhalten, so wird erfindungsgemäß angesichts der
Tatsache, daß dann das Bekohlungsverfahren bei Temperaturen oberhalb von 96o'
C
durchgeführt wer-den muß, die Aufbringung der für .die Stromanschlüsse erforderlichen
Metallbeläge erst nach der Durchführung des Bekohluhgsverfährens vorgenommen, da
ja sonst eine Schädigung der Metallbeläge durch die hohe Temperatur eintreten würde.
je nachdem also, ob das Bekohlungsverfahren im Hinblick auf eine besonders
weitgehende Herabsetzung des Widerstands der Kohleschicht oberhalb des Schmelzpunktes
des als Metallbelag verwendeten Metalls durchgeführt werden muß oder bei Zulassung
eines größeren Widerstandswertes unterhalb desselben durchgeführt werden kann, erfolgt
die Aufbringung der Metallbeläge nacli bzw. vor der Bekohlung des Heißleiters.
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Muß im Hinblick auf eine hohe Leitfähigkeit der Schicht,das Bekohlungsverfahren
bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des für die Metallbeläge verwendeten
Metalls durchgeführt werden, so wird erfindungsgemäß die dann erforderliche nachträgliche
Aufbrin,gung der Metallbeläge, die am zweckmäßigsten durch Aufbrennen einer kollo
« idalen Lösung des betreffenden Metalls erfolgt ' in einem indifferenten
Gas oder Gasgemisch, z. B. Kohlendioxyd, vorgenommen, um eine ungewollte und ungeregelte
Beeinflussung des Widerstands der Kohleschicht durch die bei der betreffenden Temperatur
erfolgende Oxydation zu vermeiden.
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Demgegenüber wird, wenn es auf die genaue Einstellung eines bestimmten
Wertes für den elektrischen Widerstand der K6hleschicht ankommt, hierzu erfin#dungsgemäß
ein nach Temperatur und Zeit geregeltes Oxydationsverfahren benutzt. Zu diesem Zweck
wird der mit der Kolileschicht versehene Heißleiter einer Beheizung durch Stromwärme
oder in einem auf eine bestimmteTemp-eratur einstellbaren Ofen ausgesetzt und die
Heizung bei Erreichung des richtigen Widerstandswertes abgebrochen. Die #Oxyd#ation
erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von mehr als 350' C und hat die Wirkung,daß
der Widerstandswert der Hartkohleschicht an(steigt. Zeit und Temperatur -wirken
dabei im gleichen Sinne, so daß die Behandlungszeit durch Erhöhung der Oxydations#temperatur
herabgesetzt werden kann. Die Veränderung des Widerstandswertes wird zweckmäßig
durch Messung überwacht. In der Nähe der Erreichung des gewünschten Widerstandswertes
wird vorteilhaft bei nicht zu hoher Temperatur gearbeitet, damit die weitere Oxydation
langsam vor sich geht und,das Verfahren im Augenblick der Erreichung des bei der
betreffen-den Temperatur gewünschten Widerstandswertes abgebrochen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, die Charakteristik von Heißleitern
in weiten Grenzen auf vorgegebene Werte einzustellen, und zwar vorzugswei,se in
dem Sinne, daß ein erhöhter Kalteinsatz,strom ermöglicht wird. Ferner zeigt es kn
Vorteil, daß durch die Aufbringung der Widerstandsschicht auf den Heißleiter die
in dieser entstehende
Stromwärme mit zur Beheizung des Heißleiters
herangezogen wird, so daß bei dessen Gebrauch die gesamte, in der kombinierten Widerstandsanordnung
verbrauchte Energie zur Ausnutzung der lleißleitereigenschaften benutzt wird.
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Schließlich gestattet das Verfahren, die an sich bewährten Metallüberzüge
auf den Heißleitcrn an den Stromanschlußstellen beizubehalten, ohne daß diese- durch
das therrniscbe Bekohlungsverfahren beschädigt werden können und ohne daß andererseits
die Aufbringung der Beläge zu einer ungewollten Veränderung des Widerstands der
Kohleschicht Anlaß geben könnte.