DE885446C - Leiteranordnung mit veraenderlichem elektrischem Widerstand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Leiteranordnung«! mit einem veränderlichen elektrischen Widerstand, wobei die Bezeichnung elektrischer Widerstand so verstanden sein soll, daß sie jede Anordnung bezeichnet, die sich dem Durchgang eines Stromes konstanter oder veränderlicher Stromstärke durch diese Anordnungen widersetzt. Die Erfindung betrifft insbesondere, da dies ihr wichtigstes Anwendungsgebiet zu sein scheint, jedoch nicht ausschließlich, unter diesen Anordnungen diejenigen, deren Widerstand entweder in Abhängigkeit von der an ihre Klemmen angelegten Spannung oder in Abhängigkeit von dem auf sie ausgeübten Druck veränderlich ist.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, diese Vorrichtungen besser als die bisher bereits hergestellten den verschiedenen Erfordernissen der Praxis anzupassen, so daß sie insbesondere eine gesteigerte Empfindlichkeit aufweisen, ohne daß hierunter die gewünschte Genauigkeit leidet.

Sie besteht hauptsächlich darin, die be treffende η Vorrichtungen mit Hilfe eines Leiter- oder Halbleiterteils, z. B. eines Metallteils·, insbesondere einer Metallelektrode, herzustellen, welche in Berührung mit einem Teil, insbesondere in Form einer Pastille, gebracht wird, der durch einen Werkstoff mit gummiartiger Elastizität gebildet wird, der dadurch leitend gemacht ist, daß in die Masse dieses Werk-

Stoffs äußerst feine leitende Teilchen eingebettet wenden, wie z. B. Teilchen aus Graphitkohlenstoff mit einem mittleren Durchmesser, der kleiner als fünf Hundertstel Mikromilddmeter ist. Dabei ist zu beachten, daß der Ausdruck Leiter, der auf diese Teilchen und Pastillen angewandt wird¹, in seiner üblichen Bedeutung im Gegensatz zu dem Ausdruck Isolierkörper benutzt wird und daß dieser Ausdruck Leiter in diesem Fall die Körper ίο einschließt, die eigentlich nur Halbleiter sind, und daß andererseits der Ausdruck Pastille hier weder eine Beschränkung der Formen noch der Abmessungen darstellt.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird bei den Vorrichtungen der betrachteten Art mit einem Leiter- oder Halbleiterteil, der mit einem durch einen Werkstoff mit 'gummiartiger Elastizität gebildeten Teil, insbesondere in Form einer Pastille, in Berührung ist, dieser Werkstoff unter denen ausgewählt, welche folgende Kennzeichen aufweisen: Einen zwischen o,i Ohm und ι Megohm cm²/cm liegenden spezifischen Widerstand, einen zwischen ι kg und iooo kg je cm² liegenden Elastizitätsmodul bei der Zusammendrückung, welcher ohne besondere Schädigung der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs bis zu Temperaturen von wenigstens 8toi° C erhalten bleibt, einen solchen Kontaktwiderstand, daß sein Wert t>ei einer Spannung von ι Volt für eine Berührungsfläche von ι cm² mit einer polierten Elektrode aus Metall und bei einem Druck von 1 kg/cm² größer .als der Wert des spezifischen Widerstands dieses Werkstoffs ist und daß dieser Kontaktwiderstandi abnimmt, wenn die angelegte Spannung zunimmt, was eine fallende Kennlinie ergibt.

Die Erfindung betrifft insbesondere gewisse Anwendungen, undzwar hauptsächlich: Die Anwendung auf elektronische Vorrichtungen, wie z. B. Gleichrichter, Verstärker, auch mit Magnetostriktion arbeitende Verstärker, die Anwendung auf dektroakustische Vorrichtungen, wie z. B. Tonabnehmer, Mikrophone und Hörer, und die Anwendung auf Meß- und Regelvorrichtungen, wie z. B. Dehnungsmesser, Schwingungsabnehmer und Regelwiderstände.

Das Verständnis der Erfindung wird durch die

nachstehende ergänzende Beschreibung sowie durch die Zeichnungen erleichtert werden, wobei diese Beschreibung und Zeichnungen natürlich nur zur Erläuterung angegeben sind.

Fig. ι dieser Zeichnungen zeigt zwei Kurven, von denen die eine, B₁ eine für eine erfindungsgemäße Vorrichtung oder ein erfindungsgemäßes Wid©rstandselement kennzeichnende Abhängigkeit darstellt, während die andere, A₁ die gleiche Abhängigkeit für eine nicht in den Rahmen der Erfindung fallende Vorrichtung zeigt;

Fig. 2 ist eine weitere Kennlinie eines erfindungsgemäßen Widerstandselements; schließlich sind' Fig. 3 bis 10 Ausführungsschemata folgender, in Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ausgebildeten Geräte: Stromrichter (Fig. 3), Hörer in der Art eines Telephonhörers (Fig. 4), Abtastvorrichtung für Schallplatten für Tonabnehmer (Fig. 5), Mikrophon (Fig. 6), mit Magnetostriktion arbeitender Verstärker (Fig. 7), Dehnungsmesser (Fig. 8), Schwingungsmesser (Fig. 9) und Regelwiderstand' (Fig. 10).

Bekanntlich kann man natürlichen oder künstlichen Gummi oder gewöhnlich isolierende Preßmasse leitend¹ machen, indem man diesem Gummi, oider diesen Massen Teilchen eines Leiters, z. B. Kohlenstoff, beimischt.

Es sind bereits mehrere Anwendungen von solchen Leitern aus Gummi oder ähnlichen, gewöhnlich isolierenden· Stoffen bekannt, und zwar insbesondere eine Anwendung, bei welcher eine Pastille aus leitendem Gummi mit einem Leiter- oder Hal'bleiterteil in Berührung gelbracht wird. Bei dieser Anwendung der bisher bekannten Leiter aus Gummi benutzt man die Tatsache der Veränderung der Kontaktnäche zwischen der Gummipastille und dem Metallstück in Abhängigkeit von dem Druck, mit dem diese beiden Teile gegeneinandergepreßt werden. Man benutzt ferner gewisse Veränderungen des Widerstands der Gummipastille, welche von den Änderungen des Abstands der Kohlenstoffkörner in diesem Teil bei seiner Zusammendrückung herzurühren scheinen.

Die bisher bei diesen Anwendungen erhaltenen go Wirkungen waren jedoch nicht ausreichend, um wichtige Anwendungen zu ermöglichen. In Fig. 1 ist (bei A eine Kurve gezeigt, welche in Abhängigkeit von der Eindringtiefe E des Dnuckorgans in Mikromillimeter (die Vergrößerung der Leitfähigkeit eines Widerstandselements A' zeigt, welches durch eine mit einer Pastille aus einem gewöhnlichen leitenden Gummi in Berührung stehende Metallelektrode gebildet wird, wobei diese Pastille insbesondere durch Mischung von Kohlenstoff mit einem mittleren Durchmesser von fünf Hundertstel Mikromillimeter mit dem Gummi erhalten wunde, wobei dieser Durchmesser bereits kleiner als der Durchmesser der bis vor kurzem bekannten Kohlenstoffkörner ist.

Durch die Erfindung wenden Wirkungen ganz verschiedener Art und Größenordnung erhalten, indem die Vorrichtungen der betrachteten Art erfindungsgemäß aus einem Leiter- oder Halbleiterteil, z. B. einem Metallstück oder einer Metallelektrode, hergestellt werden, welcher mit einem Teil, insbesondere in Form einer Pastille, in Berührung gebracht wird, der aus einem vorzugsweise vulkanisierten Werkstoff mit gummiartiger Elastizität besteht, der dadurch leitend gemacht ist, daß in 'die Masse dieses Werkstoffs äußerst feine leitende Teilchen eingebettet werden, z.B. Graphitkohlenstoffteilchen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als fünf Hundertstel Mikromillimeter.

In Fig. 1 ist bei B die in Prozenten ausgedrückte relative Änderung der Leitfähigkeit dargestellt, welcheduTchZusammendrückungeinesWiderstandselements B' mit den gleichen- allgemeinen Abmessungen wie das Widerstandselement A' erhalten wurde. Die Pastille des Widerstand'selements JS' war so hergestellt worden, daß dem Gummi in dem gleichen Gesamtverhältnis wie in dem Fall des Widerstands-

■elements A' Graphitkohlenstoffteilchen mit einem mittleren Durchmesser von zwei Hundertstel Mikromilliimeter, d. h. in den Rahmen der Erfindung fallende Teilchen beigemischt worden waren.
Falls das leitende Pulver Kohlenstoff ist, während der gummiartige Werkstoff durch natürlichen oder künstlichen Gummi gebildet wird, scheint es vorteilhaft, daß der Anteil dieses leitenden Pulvers nicht hundert Kohlenstoffteile auf hundert Gummiteile

ίο übersteigt.

Hinsichtlich der Erhaltung des Elastizitätsmoduls für Temperaturen von wenigstens 8o° ist zu bemerken, daß diese Temperatur an der Berührungsstelle zwischen der Elektrode und der Gummipastille häiufig erreicht und überschritten wind und daß es häufig gut ist, wenn der gummiartige Werkstoff ohne Schaden auch Temperaturen der Größenordnung von 150⁰ aushalten kann.

Hinsichtlich der fallenden Kennlinie, welche die Werte des Widerstands in Abhängigkeit von der Spannung zwischen den Klemmen der Vorrichtung angibt, ist zu bemerken, daß diese Kennlinie verschiedene Formen haben kann. Als Beispiel ist in Fig. 2 eine Kurve angegeben, die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Widerstandselements erhalten wurde, dessen Pastille mit gummiartiger Elastizität eine Dicke von 4 mm und einen Durchmesser von ebenfalls 4 mm hatte. Das Verhältnis der Bestandteile betrug 65 Teile Kohlenstoff auf 100 Teile Gummi, der mittlere Durchmesser der Kohlenstoffkörner betrug zwei Hundertstel Mikromillimeter, der konstante, auf diese Pastille ausgeübte Druck betrug 20 g, und die Temperatur betrug 19⁰ C.
Es scheint, daß man die festgestellten Vorgänge, denen man den Namen Hochleitfähigkeit geben kann, folgendermaßen erklären kann. Der größeren Klarheit wegen sei der Leiter- oder Halbleiterteil Elektrode und der Teil aus einem leitenden Werkstoff mit gummiartiger Elastizität Gummipastille genannt. Es ist ferner angenommen, daß die Gummipastille durch Einverleibung von Kohlenstoffkörnern, z. B. Lampenruß, Kohlenstoffschwarz, leitend gemacht ist.

Wenn man die Elektrode und die Gummipastille miteinander in Berührung bringt und an diese beiden Teile eine Potentialdifferenz anlegt, entsteht, wie üblich, ein gewisser Kontakt wider stand. Aus diesem Grunde und wegen der sehr großen Nähe der Kohlenstoffteilchen und der Moleküle der Elektrode, welche besonders von der Feinheit der benutzten Kohlenstoffkörnep herrührt, entsteht ein sehr kräftiges elektrisches Feld (wahrscheinlich in der Größenordnung von io⁴ bis ro" V/cm) in der Berührungszone. Infolge der gummiartigen Verformungen der Oberfläche der Pastille findet jedoch keine wirkliche Berührung zwischen dem Kohlenstoff und der Elektrode statt. Man kann dann feststellen, daß dieses elektrische Feld entsprechend seiner Stärke den dem Stromdurchgang entgegengesetzten Widerstand verändert, wobei der Ausdruck Widerstand in der am Anfang erläuterten Weise zu verstehen ist.

Nun kann man die Stärke dieses Feldes verändern, indem man entweder die angelegte Potentialdifferenz verändert oder indem man die mittlere Dicke der Widerstandsschicht verändert, welche zwischen den äußerst feinen Kohlenstoffteilchen und der Elektrode eingeschaltet bleibt. Man hat somit die Möglichkeit, auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes Widerstandselement so einzuwirken, daß man den angegebenen Ergebnissen ähnliche Ergebnisse erhält.

Von den guimmiartigen Stoffen, welche wenigstens während einer gewissen Zeit die vorstehenden Kennzeichen aufweisen können, sei insbesondere Silikongummi angeführt, dessen Verwendung für die Herstellung erfindungsgemäßer Vorrichtungen besonders vorteilhaft erscheint.

Hinsichtlich der den Gummipastillen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zu gabenden Form ist zu bemerken, daß diese gemäß den für die Vorrichtung vorgesehenen Anwendungen verschieden sein kann. In manchen Fällen gibt die Scheibenform gute Ergebnisse. In anderen Fällen und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der mittlere Querschnitt der Pastille gegenüber der mittleren Achse der Vorrichtung häufig vorteilhafterweise größer als die Berührungsfläche sein kann, insbesondere zur besseren Abfuhr der an dieser entwickelten Wärme, ist es vorteilhaft, für die Pastille eine in einem gewissen Abstand von diesem Kontakt verdickte Form vorzusehen, z. B. eine doppelkegelige oder kugelige Form, wobei diese letztere insbesondere die Einbringung der Pastille in die Vorrichtung erleichtern kann.

Man kann die Erfindung auf verschiedene Gebiete anwenden, insbesondere auf die Funk- oder Elektronentechnik, die elektroakustische Technik ('Umwandlung von Tonschwingungen in elektrische Ströme und umgekehrt) und auf die Regel- und Meßtechnik (elektrische Messungen von Drücken, die über verschiedene Vorgänge Aufschlüsse geben können). Nachstehend sind einige Anwendungsbeispiele für jedes dieser Gebiete angegeben.

Es seien zunächst drei Anwendungsbeispiele für Geräte angegeben, die die spannungsabhätigige Veränderung des Widerstands von erfindungsgemäßen Vorrichtungen benutzen.

Gemäß einer ersten Anwendung wird ein Gleichrichter folgendermaßen erhalten: Man kann fest- no stellen, daß bei einer gegebenen elektrischen Spannung der Kontaktwiderstand eines erfindungsgemäßen Widerstandselements je nach der Richtung der angelegten Spannung sehr verschieden ist, was die Möglichkeit ergibt, mit Hilfe eines solchen Widerstandselements einen Gleichrichter herzustellen. Es erscheint übrigens vorteilhaft, gleichzeitig die Gleichrichterwirkung eines Metalloxyds zu benutzen. Man kann dann einen Gleichrichter in der in Fig. 3 dargestellten Weise herstellen. Gemäß diesem Beispiel stellt man einen Stapel von leitenden Gummipastillen 1 her, die mit Metallelektroden oder Metallplatten 2 abwechseln, die jeweils auf der gleichen Seite (3 in Fig. 3) mit einer den Gleichrichtereffekt verbessernden Schicht, vorzugsweise mit einem Metalloxyd, überzogen sinid. Eine iso-

lierte Stange 4 gestattet .den Zusammenbau. Der gleichzurichtende Strom 'kommt bei 5' an den Klemmen der so ausgebildeten Vorrichtung an, und m'an erhält bei 6, z. B. an einem Nutzwiderstand, einen Strom konstanter Richtung. Man kann- die Richtwirkung dieses Gleichrichters vergrößern, indem man jede Gummipastille 1 auf der nicht oxydierten Seite der entsprechenden Elektrode 2 vulkanisiert, was insbesondere die nachteiligen Kontaktwiderstände verkleinert.

Eine solche Vorrichtung gestattet insbesondere die Vermeidung jeder örtlichen Unterbrechung !zwischen der Oxydschiebt und der Gummipastille oder Gegenelektrode wegen der gummiartigen Form 'der Verformungen derselben. Infolgedessen ist es möglich, diese Oxydschicht bis auf eine äußerst geringe Dicke, ζ. B. von der Größenordnung eines Mikromillimeters, zu verkleinern.

Gemäß einer, zweiten Ausführung stellt man einen Hörer von der Art der Telephonhörer folgendermaßen her (Fig. 4): Man speist durch eine der Klemmen 17 einer Quelle modulierten Stroms eine Elektrode 18, auf welche eine Gummipastille 19 auf vulkanisiert ist. Man speist über die andere Klemme derselben Stromquelle die Membran 20 des Hörers, die leitend.sein muß oder Leiterteile aufweisen muß. Diese leitende Membran wind so angebracht, daß sie die Gummipastille leicht berührt. Das Gehäuse 21 des so gebildeten Hörers besteht aus· Isolierstoff.

Unter diesen Umständen stellt man fest, daß die Membran gegen die Gummipastille mit einer Kraft gezogen wird, welche von der Stärke des von dem Kontaktwiderstand herrührenden elektrischen Feldes abhängt. Es genügt daher, durch diesen Hörer einen modulierten Strom fließen zu lassen, um die Membran in Schwingungen zu versetzen. Die Amplitude der so erziel/baren Verstellungen ist ausreichend', tun einen gut hörbaren Ton zu liefern.
Nachdem so zwei Änwendungsformen von Geraten beschrieben wurden, welche die spannungs-abhängige Veränderung des Widerstands von erfindungsgemäißen Vorrichtungen benutzten, sollen jetzt Anwendungsformen von Geräten beschrieben werden, welche die bedeutenden Veränderungen des Widerstands derartiger Vorrichtungen ausnutzen, welch® in Abhängigkeit von dem auf sie ausgeübten Druck auftreten.

Es sei zunächst erwähnt, daß infolge der Ausbildung der Gummileiter den unter Anwendung der Eigenschaft des erfindungtsgemäßen Widerstandselements hergestellten Geräten eine gewisse Störung anhaftet, welche sich durch ein Grundgeräusch in den elektroakustischen Apparaten bemerkbar macht. Wenn keine Hochleitfähigkeit auftreten würde, d. h. insbesondere wenn man dem Gummi Kohlenstoffkörner mit einem Durchmesser von fünf Hundertstel Mikromillimeter oder, mehr einverleiben würde, würde diese Störung die gleiche Größenordnung wie die praktisch erzielten Änderungen haben (Kurvet, Fig. 1). Wenn man. dagegen Widerstandselemente mit Hochleitfäihigkeit herstellt, ist dieses Grundgeräusch im allgemeinen gegenüber der Größe der erhaltenen Änderungen vernachlässigibar, wie es sich aus dem Vergleich der beiden Kurven A und¹ B der . Fig. ι ergibt.

Von den in Anwendung dieser Eigenschaft herstellbaren Geräten sollen zunächst zwei Arten von Geräten aus der Elektroakustik betrachtet werden, nämlich eine Abtastvorrichtung für Sehallplatten für Tonabnehmer und ein Mikrophon. Außerdem soll als Ausiübrungsbeispiel eines Geräts mit druckabhängigem Widerstand ein mit Magnetostriktion arbeitender Verstärker beschrieben werden-.

Die Abtastvorrichtung für Schallplatten für Tonabnehmer wind vorteilhafterweise folgendermaßen hergestellt (Fig. 5). Der Schwingiarm dieser Scballplattenabtastvorrichtung wind durch ein Nadelhalterrohr 22 gebildet, in. welchem die Nadel 23 mit Hilfe einer Schraube 24 festgezogen wird. Das- Rohr 22 kann, leichte Schwingungen um ein Scharnier 25 ausführen, welches einfach dadurch erhalten wenden kann; daß der Querschnitt dieses Rohres zu einer gegebenen Stelle hin verringert wird, z. B. durch Verquetschen oder Beschneiden des· Metalls. Man ordnet unterhalb dieses Scharniers· beiderseits des Nadelhalterrohrs 22 in hierfür vorgesehenen Aussparunigen zwei Gummipastillen 26 und 27 an, welche durch zweii Metallelektroden· 28 und 29 unter dem gewünschten Druck gehalten werden. Man bildet eine Wheatstonesche Brücke, indem man die freien Enden der Elektroden und damit die beiden veränderlichen Widerstände der Kontaktstellen Elektrode—Gummipastille mit zwei festen Widerständen 30 und 31 verbindet. Wenn man zwischen dem Nadelhalterrohr und dem Veribindungspunkt der Widerstände 30 und 31 eine Gleichspannung 32 anlegt, kann man wegen der bedeutenden Widerstandsänderungen an 'der Kontaktstelle der Gummipastilleni zwischen den Klemmen 33 der Elektroden eine Wechselspannung erhalten, deren Modulation von den durch die Rillen der nicht dargestellten Schallplatte auf die Nadel S2 übertragenen Schwingungen abhängt.

Die obige Vorrichtung gestattet, der 'beweglichen Anordnung Nadel—Nadelhalter eine sehr hohe Eigenfrequenz zu geben, die z. B. über· 10 000 Hz liegt. Da für Schwingungen kleinerer Frequenz keine Resonanzerschekiungien auftreten können, erhält man eine hinreichend geradlinige Kennlinie und¹ somit eine ausreichende Wiedergabegenauigkeit.

Die Empfindlichkeit einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. so groß, daß man bei Benutzung von gut hitzeibestäindigen Werkstoffen mit gummiartiger Elastizität ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers unmittelbar einen Lautsprecher betreiben kann.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mikrophons überträgt man die mechanischen Schwingungen der Membran des Mikrophons auf wenigstens eine erfindungsgemäße Gummipastille, um einen elektrischen Strom zu modulieren.

Hierfür kann man eine einzige ernnidungsgemäße Gummipastille zwischen die Membran und eine Elektrode bringen, es erscheint jedoch vorteilhafter, wenigstens bei Verwendung des Geräts in einem .g©-

wohnlichen Fernsprechnetz, eine klassische Brückenschaltung zu wählen, wodurch die geraden Harmonischen unterdrückt werden. Man kann dann eine Anordnung verwenden, die der für die Abtastvorrichtung für Schallplatten der Fig. 5 beschriebenen ähnlich ist. Man bringt die leitende Membran 34 des Mikrophons (Fig. 6), welches in einen Isolierkasten eingebaut ist, zwischen zwei durch zwei Elektroden 28' und 29' gehaltene Gummipastillen 26' und 27'. Zwei feste Widerstände 30' und 31' sowie eine Gleichstromquelle 32' sind wie die entsprechenden Organe 30, 31, 32 auf Fig. 5 angeordnet.

Ebenso wie bei der Abtastvorrichtung für Schallplatten ist es zweckmäßig, gut hitzebeständige gummiartige Werkstoffe, z. B. Silikongummi, zu benutzen, wenn der in den Gummipastillen entstehende Strom sehr stark ist.

In baulicher Hinsicht ist zu bemerken, daß es wegen der Kleinheit der durch die Membran 34 entwickelten Energie vorteilhaft ist, in diesem Fall Gummipastillen kleiner Abmessungen zu 'benutzen, wenn man eine richtige Modulation erhalten will. Der Durchmesser und die Dicke dieser Pastillen sollen z. B. größenordnungsmäßig einige zehntel Millimeter und im allgemeinen weniger als ein Millimeter betragen.

Schließlich wird noch die Verwendung derartiger Mikrophone dadurch erleichtert, daß man in sehr weitem Maße eine für die vorgesehene Verwendung geeignete Impedanz wählen kann, indem man die Dosierung und die Art der Leiterteilchen der Gummipastille verändert.

Zur Anwendung der Erfindung auf einen mit Magnetostriktion arbeitenden Verstärker kann man so vorgehen, daß man einen Strom mittels einer Gummipastille moduliert, welche man mit Hilfe eines Metallstücks einem veränderlichen Druck unterwirft, wobei die Verstellungen des Metall-Stücks durch Induktion von einem modulierten elektrischen Strom verursacht werden, so daß 'diese Vorrichtung einen elektrischen Transformator mit mechanischer Kupplung darstellt. Man könnte übrigens noch bei anderen Ausführungsformen die Verstellung eines Metallstücks ausnutzen, welche durch andere Mittel als Magnetostriktionserscheinungen erzeugt wird.

Man bringt in ein Rohr 34" (Fig. 7) eine Gummipastille 35, deren eine Seite infolge Vulkanisierung an einer Elektrode 36 haftet, während die andere Seite mit einer zweiten Elektrode 37 in Berührung stedit, an welcher das Ende eines Nickelkerns 38 befestigt ist, welcher den Kern einer nach der üblichen Technik der Magnetostriktion ausgebildeten Wicklung 39 bildet. Die Eingangsklemmen 40 dieser Vorrichtung werden also* mit der Wicklung 39 verbunden, während der Benutzungskreis eine Hochspannungsquell'e 15', eine Nutzimpedanz i6' und die beiden Elektroden 36 und 37 enthält.

Unter diesen Umständen bewirkt der bei 40 empfangene modulierte Strom Änderungen der Abmessungen des Nickelkerns 38 und infolgedessen mit Hilfe der Gummipastille 35 eine Modulation das Stroms des Verbrauchskreises. Dieser letztere Strom kann sehr viel stärker sein als der Strom des Eingangskreises, so daß die Vorrichtung eine erhebliche Verstärkung mit einer nahezu geradlinigen Kennlinie ermöglicht.

Anschließend sollen Ausführuingsbeispiele von Meß- und Regelvorrichtungen angegeben werden, welche eine Anwendung der Erfindung darstellen und gleichfalls die bedeutenden Widerstandsänderungen der Widerstandselemente in Abhängigkeit vom Druck, dem sie ausgesetzt sind, benutzen.

Es ist in der Tat bei der großen Empfindlichkeit gegen Längen- oder Druckänderungen der erfindungsgemäßen Widerstandselemente verständlich., daß die Verwendung von Vorrichtungen mit derartigen Widerstandselementen eine besondere Bedeutung zur Messung von Längen, Drücken oder Frequenzen mechanischer Schwingungen hat.

Es ist jedoch zu bemerken, daß gerade wegen der gummiartigen Beschaffenheit der benutzten Pastillen zu große Verformungen derselben zu einem Mangel an Stabilität bei den ausgeführten Messungen führen könnten. Es ist daher zweckmäßig, einerseits die zu messenden Verformungen auf einen ziemlich kleinen Wert zu beschränken, der z. B. weniger als ι % der Dicke der" benutzten Pastille beträgt, und andererseits das Fließen dieser Pastillen zu ver- go ringern, indem man diese nach der Einbringung zwischen die endgültigen Elektroden, und' vor der Eichung der Apparate einer Reihe von Vorbelastungen unterwirft.

Es sollen jetzt beispielshalber drei Geräte beschrieben werden, nämlich ein Dehnungsmesser zur Messung von verhältnismäßig langsamen Längenänderungen, ein Schwingungsmesser, der also für die Messung dynamischer Kräfte dient, und drittens ein Regulierwiiderstand für die Vornahme einer selbsttätigen Regelung.

Der Dehnungsmesser wird vorteilhafterweise in der in Fig. 8 dargestellten Weise ausgebildet. Der Apparat wird in einem leitenden Zylinder 41, z. B. aus rostfreiem Stahl, eingeschlossen. Die Decke dieses Zylinders bildet eine vorformbare Membran 42, an der starr ein Ende einer Stange befestigt wird, deren anderes Ende man auf einer mit einer Elektrode 44 in Berührung gebrachten Gummipastille 43 aufliegen läßt. Man stellt eine Wheat- no stonesche Brücke her, indem man in der Nähe der Teile 43-44 gleiche Teile 43'-44' anordnet, die jedoch nicht der Einwirkung der Membran 42 unterworfen sind. Die Elektroden 44 und 44' sind auf der unteren Seite 45 des Zylinders 41 befestigt, jedoch von dieser durch Isolierplatten 46-46' isoliert. In einer Diagonalen der so hiergestellten Brücke ordnet man eine Gleichspannungsquelle 47 und an den Enden der anderen Diagonale, auf deren den Teilen .43-44 bzw. 43'-44' abgewandten Seite regelbare Widerstände 48' und 48" liegen, ein Meßinstrument 48, z. B. ein Mikroamperemeter an.

Das so ausgebildete Gerät gestattet die Messung von Verformungen im Innern betonierter Bauten. Hierfür bettet man bei der Herstellung des Bauwerks in bekannter Weise den Dehnungsmesser in

die Betonmasse ein-, wobei man darauf achtet, an einem zugänglichen Punkt die drei isolierten Leiter herauszuführen, welche mit den Elektroden 44-44' und mit dem Körper 41-42-45 des Geräts verbunden sind¹.

Es ist jedoch bekannt, daß es bei Dehnungsmessungen vorkommt, daß die erhaltenen Ergebnisse durch eine Ionisierungserscheiinung der in der Kotir taktzone befindlichen'Luftmoleküle gefälscht werden. Entsprechend einer verbesserten Abwandlung diaser Anwendung hilft man diesem Übelstand¹ ab, indem man wenigstens einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welcher die Zonia des Kontakts zwischen der Elektrode und der Halbleiterpastille umfaßt, entweder in eine vorzugsweise verformbar« Kammer bringt, in welcher man ein teil- - weises Vakuum, z. B. ein ziemlich weit getriebenes Vakuum der Größenordnung eines hundertstel Millimeters Quecksilbersäule, herstellt, oder in einen Behälter öder eine Kammer, die mit einem diese ionisiiarungserscheinunig nicht ergebenden Gas gefüllt sind.

Ein Schwingungsmesiser, z. B. zur Feststellung und Messung der Amplitude und Frequenz von Schwingungen eines mechanischen Teils gegenüber einem festen Gestell, kann so -hergestellt werden, daß einer dieser beiden Teile mit einer Elektrode und! der andere dieser Teile tnft einer erfindungsgemäßen Gummipastille starr verbunden wind. Es soll z.B. ein Schwingungsmesser hergestellt werden, der an einem Maschinenwerkzeug zur Messung der Schwingungen dieses Werkzeugs angebracht wind. Man schließt die Gummipastillie 49 (Fig. 9) in einen Kasten 50 mit verformbarem Deckel ein und bewirkt durch -Vulkanisierung das Anhaften dieser Pastille an einer ersten Elektrode Si-, welche mit dem positiven Pol 52 einer Gleichstromquelle verbunden ist. Die Elektrode 51 wird mit dem zu untersuchenden Werkzeug 52' durch.· eine Achse 53 starr verbunden· und gleichzeitig mit der Klemme 5'2· der Spannungsquelle an den Körper gelegt. Andererseits wind, die Gummipastille 49 mit einer zweiten Elektrode 55 in Berührung gebracht, die zunächst mit dem Widerstand 56 des Meß-'instruments 57, welches ein Oszilloskop sein kann, und dann mit dem negativen Pol 58 der Spannungsquelle verbunden wird. Diese Elektrode ist auf dem Halter 59 des Werkzeugs unter Zwischenschaltung einetr geeigneten isolierenden Zwischenlage 60 festgezogen. Es ist ferner vorteilhaft, dieser Elektrode die Form einer Schale mit zylindrischen Rändern zu geben oder sie durch einen Wände bildenden Ring zu vervollständigen, um dos Zerquetschen der Gummipastille während der Handhabungen zu verhindern.

Unter diesen Bedingungen modulieren während der Untersuchung des Werkzeugs die zwischen der Pastille 49 und! der Elektrode 515 auftretenden Änderungen des Kontaktwiderstands den Strom und ermöglichen so die Messung /der Frequenz und der Amplitude der Schwingungen.

Ein Regelwiderstand' kann erfindungsgemäß folgendermaßen ausgebildet werden. Man bringt eine Gummipastille 61 (Fig. 10) mit einer festen Elektrode 62 in Berührung. Da der diese Vorrichtung durchfließende Strom leicht wenigstens etwa 10 Ampere erreichen kann, sind einerseits, die Berührungsfläche zwischen der Elektrode und der Pastille sowie die Querschnitte dieser beiden Teile größer als in den vorhergehenden Anwendungsbeispielen und z. B. von der Größenordnung von etwa 10 cm², und die Impedanz der Gummipastille ist verhältnismäßig klein, z. B. von der Größenordnung von 10 Ohm bei 10 Volt.

Die Pastille 61 kann mit Hilfe eines Kolbens 63, dessen Stange 64 in Lagern 65 oder ähnlichen Führungsmitteln geführt ist, mehr oder weniger gegen eine Elektrode 62 angedrückt werden. Der Kolben 63 kann übrigens selbst eine zweite Elektrode bilden. In diesem Fall ist er vorzugsweise metallisch und' von seiner Stange durch wenigstens einen Isolierring 66 elektrisch isoliert. Diese Stange -trägt einen magnetischen Kern 67, und eine Feder 68 sucht die Anordnung 63-64-67 gegen die Pastille 61 zu drücken. Der Kern 67 steht unter der Einwirkung des Feldes einer Spule 69, die von einem Strom I durchflossen wird, dessen Stärke von der gewünschten Leistung abhängt, d. h. von der an den Klemmen7iodes geregelten Stromkreises herrschenden Spannung,, wobei dieser Kreis der Erreger-Stromkreis einer Dynamomaschine sein kann.

Die Verwendung eines solchen Geräts, bei welchem übrigens der veränderliche, quantitativ bestimmte Druck von Hand erzeugt werden kann, kann so die Regelung entweder dar Stromstärke in einem Stromkreis oder der Spannung an den Klemmen dieses Stromkreises ermöglichen', insbesondere bei elektrischen Stromkreisen eines Fahrzeugs.

Unabhängig von der gewählten Ausführungsform erhält man so bei Verwendung der erfkiidungsgemäßen Widerstandselemente Leiteranordnungen mit einem veränderlichen Widerstand und Geräte der Funktechnik, Elektroni&ntechnik, Elektroakustik, der Regeltechnik und der Meßtechnik, soweit deren Kennzeichen und Arbeitsweise, die hinreichend aus obigem hervorgehen und daher keiner weiteren Erläuterungen bedürfen, im Rahmen der Erfindung liegen. In allen Fällen weisen diese Vorrichtungen und Apparate zahlreiche wirkliche Vorteile auf, insbesondere den einer sehr großen Empfindlichkeit ohne verwickelte Ausführung.

Wie es selbstverständlich ist und wie es übrigens schon aus vorstehendem hervorgeht, ist die Erfindung keineswegs auf die besonders angeführten Anwendungen oder Aueführungsformen· ihrer verschiedenen Teile beschränkt, sondern umfaßt auch alle Abwandlungen, soweit sie im Rahmen der Erfindung liegen, z. B. die, bei welchen die Erfindung für Wiedergabeapparate für Magnetbänder ver- iao wendet würde.

Claims (16)

1. Patentansprüche:

   i. Leitervorrichtungmit einem veränderlichen elektrischen Widerstand¹, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Hilfe von wenigstens einem

   Widerstandselement hergestellt ist, dessen einer Teil aus einem Körper besteht, der zumindest ein Halbleiter ist und mit einem anderen Teil, insbesondere in Form einer Pastille, in Berührung ist, welcher aus einem Werkstoff mit gummiartiger Elastizität besteht, der infolge Mischens mit äußerst feinen Leiterteilchen leitend ist.
2. 2. Leitervorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß 'der Teil des Körpers, der zumindest ein -Halbleiter ist, eine Metallelektrode ist.
3. 3. Leitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 'daß die äußerst feinen Leiterteilchen Graphitkohlenstoffteilchen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als fünf Hundertstel Miktomillimeter sind.
4. 4. Leitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummipastille

   ao vulkanisiert ist, insbesondere ander Berührungsstelle mit dem Teil des zumindest einen Halbleiter bildenden Körpers.
5. 5. Leitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der die Gummipastille bildende Werkstoff ein Silikongummi ist.
6. 6. Leitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitkohlenstoffteilchen Teilchen von Lampenruß ader Kohlenstoffschwarz sind.
7. 7. Leitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Pastille bildende Werkstoff mit gummiartiger Elastizität einen zwischen 0,1 Ohm undi Megohm cm²/cm liegenden spezifischen Widerstand hat, daß seinElastizitätsmodul zwischen 1 kg und 1000 kg je cm² bei der Zusammendrückung liegt und ohne Schaden bei Temperaturen von wenigstens 8o° C aufrechterhalten bleibt und daß sein Kontaktwiderstand einen solchen Wert aufweist, daß er bei einer Spannung von 1 Volt für 1 cm? Kontaktfläche mit einer polierten Metallelektrode und bei einem Druck von 1 kg/cm² größer als der Wert des spezifischen Widerstands dieses Werkstoffs ist und abnimmt, wenn die angelegte elektrische Spannung zunimmt.
8. 8. Leitervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in rechtwinkligen Koordinaten die Veränderungen des Kontaktwiderstands in Abhängigkeit von der angelegten Spannung darstellende Kennlinie (Fig. 2) eine Form hat, die wenigstens angenähert das Ausseheneines zu den Koordinatenachsen asymptotischen Hyperfoelasters hat.
9. 9. Leitervorrichtung nach einem der An^ Sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Gleichrichtung eines elektrischen Stroms einen Stapel von mehreren Widerstandselementen aufweist (Fig. 3), deren Elektroden (2) jeweils auf der gleichen Seite mit einem den Gleichrichtereffekt verbessernden Überzug, vorzugsweise mit einem Metalloxyd versehen sind, während die Wechselstromquelle in einen an den Enden dieses Stapels endigenden Stromkreis eingeschaltet ist, wobei der gleichgerichtete Strom an einer in diesen Stromkreis eingeschalteten Impedanz (6) erhalten wird.
10. 10. Leitervorrichtung nach einem der Ansprüche τ-bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines einen modulierten Strom empfangenden Membranhörers die Gummipastille (19) eines Widerstandselements mit der Membran (20) in Berührung ist, welche leitend ist, wobei der modulierte Strom zwischen der Elektrode (18) des Widerstandselements und dieser-Membran angelegt wird.
11. 11. Leitervorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Plattenwiedergabevorrichtung für Tonabnehmer zwei sich einander geigenüberstehende Widerstandselemente {27-29, 26-28) beiderseits eines Arms (22) angeordnet sind, der unter der Einwirkung einer Nadel (23) oder eines ähnlichen Tastinstruments Schwingbewegungen ausführt, wobei die Gummipastille (26, 27) eines jeden Widerstandselements mit diesem Arm in Berührung steht, wobei dieser Arm und die Widerstandselemente in der Schaltung einer Wheatstoneschen Brücke liegen, in welche eine Gleichstromquelle (32) eingeschaltet ist.
12. 12. Leitervorrichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Mikrophons mit leitender Membran zwei einander gegenüberliegende Widerstandselemente (26'-28', οη'-2Χ)') beiderseits dieser Membran (34) angeordnet sind, wobei die Gummipastille (26', <2y') eines jeden Widerstandselements mit dieser Membran in Berührung steht, wobei diese Membran und die Elektroden (28', 29') der Widerstandselemente mit einer Gleichstromquelle (32') in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung liegen.
13. 13. Leitervorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines mit Magnetostriktion arbeitenden Verstärkers die Guminipastille (35) i°5 eines Widerstandselements dem veränderlichen Druck eines Metallteils (38) unterworfen wird, dessen Verstellungen durch Induktion durch den zu verstärkenden Strom erzielt werden, wobei das Widerstandselement in den eine Hoch- no Spannungsquelle (15') enth altenden Verbraucherkreis eingeschaltet ist.
14. 14. Lei tier vorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Dehnungsmessers zwei Widerstandselemente (43-44, 43'-44') in einer leitenden Umhüllung (41) eingeschlossen werden, deren eine Wand verformbar ist und von der sie elektrisch isoliert sind, und mit dieser 'Umhüllung in den Stromkreis einer Wheatstoneschen Brücke eingeschaltet werden, wobei das eine (43-44) dieser beiden Widerstandselemente dem Druck ausgesetzt ist, der auf eine (42) der Wände der Umhüllung ausgeübt werden kann, während die Kontaktzone eines jeden Widerstandselements in einer-Kammer ange-

    ordnet sein kann, in welcher ein Vakuum -herrscht oder sich ein nicht ionisierbares Gas befindet.
15. 15. Lei terror richtung nach einem der Ansprüche ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, (daß zur Herstellung eines Schwingungs'anzeigers ein Widerstandselement {49-5Ί) zwischen dein schwingenden Teil (52') und seinem Halter (59) angeordnet wird und daß ein ein Meßinstrument (57) enthaltender Stromkreis an die Klemmen dieses Widerstandselements angeschaltet wird, wobei die Verformungen der Gummipastdlle (49) des Widerstandselements. vorteilhafterweise durch eine Schale (55) oder einen ähnlichen Behälter'begrenzt werden.
16. 16. Leitervorrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Reglers der Spannung oder des Stroms eines Hauptstromkpeises ein in den zu regelnden Kreis eingeschaltetes Widerstandselement (61-62) dem veränderlichen Druck eines Teils (63) ausgesetzt ist, der sich, insbesondere unter der Einwirkung einer Spule (O9), gemäß der Stärke eines Erregerstroms zu verstellen sucht, der von der in idem Haupt-Stromkreis gewünschten Leistung abhängt.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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