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Verfahren zur Herstellung von bei hohen Temperaturen verwendbaren
Widerständen Es gibt die verschiedenartigsten Ausführungen von elektrischen Widerständen,
die man als Drahtwiderstände, Massewiderstände, Schichtwiderstände u. dgl. bezeichnet.
Diese Widerstände werden je nach den ihnen eigenen Eigenschaften verwendet. Allen
gemeinsam ist eine nicht sehr hohe Temperaturbeständigkeit, die bei manchen Anwendungsfällen
jedoch erforderlich ist, sei es, daß es sich um Widerstände für wärmetechnische
Meßgeräte oder um irgendwelche elektrischen Anlagen in heißen Räumen od. dgl. handelt.
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Massewiderstände, die aus leitenden Teilchen mit Bindemitteln bestehen,
wobei als Bindemittel im wesentlichen Kunstharze benutzt werden, sind für Betrieb
bei hohen Temperaturen nicht verwendbar, weil die mechanischen Eigenschaften, insbesondere
die Festigkeit, stark zurückgehen und daneben eine starke Widerstandsänderung eintritt.
Auch Schichtwiderstände sind höheren Temperaturen nicht gewachsen, weil die das
Widerstandselement darstellenden Schichten von der Unterlage, meist einem keramischen
Stäbchen, abblättern und außerdem stark oxydieren.
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Drahtwiderstände, die für den Betrieb bei hohen Temperaturen am geeignetsten
erscheinen, zeigen auch erhebliche Mängel. Wenn die Isolation der Widerstandsdrähte,
die zunächst die Temperaturfestigkeit begrenzt, aus Umsetzungsprodukten des Widerstandsmetalls
selbst gebildet ist, welche an sich temperaturbeständiger sind, so zeigen diese
Umsetzungsprodukte
jedoch H-eißleitereigenschaften, d. h. sie beginnen bei höheren Temperaturen den
elektrischen Strom zu leiten und sind dann nicht mehr als Isolierung wirksam. Außerdem
aber ist der Aufwand in preislicher Beziehung bei der Fertigung von Drahtwiderständen
höheren Widerstandswertes ganz erheblich, weil die für diesen Zweck sehr dünn ausgezogenen
Widerstandsdrähte verhältnismäßig teuer sind.
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Es wurde nun nach einem Weg gesucht, Widerstände auf billigem Wege
herzustellen, die sich zum Betrieb bei höheren Temperaturen eignen, und zwar wird
dabei von einem an sich bereits bekannten Vorschlag ausgegangen, nämlich leitende
Teilchen, und zwar Kohleteilchen, mit keramischer Masse als Bindemittel zu vermengen
und daraus den Widerstandskörper zu formen.- Solche Widerstände sind an. sich für
den Betrieb bei höheren Temperaturen jedoch noch völlig ungeeignet, da der Kohlenstoff
in, der Luft oxydiert und dadurch im Laufe der Zeit immer höhere Widerstandswerte
eintreten.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist es trotzdem möglich, solche
Widerstände für den: Betrieb bei hohen Temperaturen verwendbar zu gestalten, wenn
man die geformten Widerstandsstäbchen4 die in diesem Falle allerdings einen unterhalb
des gewünschten Widerstandswertes liegenden Wert aufweisen, müssen in oxydierender
Atmosphäre, beispielsweise Y_uft, bis mindestens auf die Höhe der Betriebstemperatur,
vorzugsweise jedoch darüber, so lange erwärmt, bis der Widerstand in einen solchen
reaktionsträgen Zustand übergeführt ist, daß sein Wert praktisch konstant bleibt.
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Es sind zwar bei den so hergestellten Widerständen keine vollkommen
konstanten Widerstandswerte zu erreichen, jedoch ist die restliche Änderung im Laufe
der Zeit vergleichsweise gering, so daß sie insbesondere bei der Verwendung der
Widerstände in bestimmten, Fällen nicht stört. Vermutlich wird der reaktionsträge
Zustand durch die gleichsam künstliche Alterung dadurch hergestellt, däß der in
den Außenschichten des WiderstandskÖrpers befindliche Kohlenstoff oxydiert, während
die eingelagerten Kohlenstoffteilchen so gut vor dem Zutritt von Sauerstoff geschützt
liegen, daß deren Oxydation nur sehr langsam und nach sehr langer Zeit erfolgt.
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Wesentlich bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es demnach, von
einem solchen Rohwider standskörper auszugehen, dessen Widerstandswert unter dem
gewünschten Wert liegt; damit bei der nachfolgenden Temperung; wobei Teile des eingelagerten
Kohlenstoffes oxydieren, wodurch der Widerstandswert ansteigt, gerade der gewünschte
Widerstandswert erreicht wird. Bei den Untersuchungen zeigte es sich, daß es zweckmäßig
ist, den Rohwiderstandswert vor der Temperung um ungefähr io- bis 2ofach kleiner
zu wählen als den gewünschten endgültigen Widerstandswert. Die nachfolgende Temperung,
die so lange ausgeführt wird; bis der Widerstandswert im wesentlichen konstant bleibt,
ergibt dann eine Steigerung des Widerstandswertes auf den gewünschten Wert. Beispielsweise
werden für i-kOhm-Widerstände für bestimmte Zwecke Widerstandskörper mit einem Ausgangswert
von 5o Ohm verwendet.
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Die Temperungszeit für die Widerstandskörper hängt nun, wie leicht
verständlich ist, auch von dem Sauerstoffgehalt der umgebenden Atmosphären ab. Um
einen Anhaltspunkt zu geben, sei erwähnt, daß die 5o-Ohm-Rohwiderstandskörper in
Luft i bis 2 Tage getempert werden müssen, um bei 36o°' C einen nahezu konstanten
Widerstandswert von i kOhm zu ergeben.
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Es liegt auf der Hand, daß die Temperungszeit verkürzt werden kann,
wenn; in Sauerstoff angereicherter Atmosphäre getempert wird. Ebenso ist es zweckmäßig,
die Tempertemperatur oberhalb der höchsten späteren Betriebstemperatur zu wählen,
weil damit ein Teil der sonst noch unvermeidlichen Widerstandsänderung , bereits
vorweggenommen wird.
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Als leitenden Bestandteil in der keramischen Masse soll Kohlenstoff
dienen. Hierbei zeigte sich, daß es überraschenderweise besonders zweckmäßig ist,
Ruß zu wählen; obwohl dieser normalerweise die höhere chemische Reaktionsfähigkeit
besitzt. Wie die Versuche ergaben, weisen jedoch Widerstände mit Ruß als leitendem
Bestandteil nach der Temperung eine bessere zeitliche Konstanz auf als beispielsweise
Widerstände mit Graphit als leitendem Bestandteil.
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Besondere Bedeutung haben diese Widerstände als ,Einbauelemente für
Verbrennungskraftanlagen, bei welchen bekanntlich verhältnismäßig hohe Temperaturen.,
die durch die Metallmasse gut weitergeleitet werden, entstehen. Vor allem ist es
auch möglich, die nach der Erfindung hergestellten Widerstände infolge ihrer Verwendbarkeit
bei hoher Temperatur in Zündkerzen direkt einzubauen-, in welchen sie als Entstörungswiderstände
od: dgl. wirksam sind. Ganz besonders dieses letzte Anwendungsbeispiel hat erhebliche
Bedeutung, weil häufig gewünscht wird, daß der zu den Zündkerzen gebörende Widerstand,
um unverlierbar zu sein., in die Kerze eingebaut werden soll und andererseits die
nicht ideale Konstanz des Widerstandswertes bei dieser Verwendung vollkommen gleichgültig
ist, da es nur erforderlich ist, den Widerstandswert praktisch so lange konstant
zu halten, wie auch die Zündkerze verwendbar ist. Da deren Lebensdauer beschränkt
ist, braucht auch der eingebaute Widerstand nicht länger lebensfähig zu sein, da
er mit der auszuwechselnden Kerze gleichzeitig ausgewechselt werden wird.