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Verfahren zur Herstellung von Stromanschlüssen bei Heißleitern Unter
Heißleitern werden allgemein elektrische Widerstände aus einem Baustoff verstanden,
dessen elektrische Leitfähigkeit mit wachsender Temperatur ansteigt, der also im
heißen Zustand besser leitet als im kalten. Auf die mannigfachen Anwendungsmöglichkeiten
solcher Widerstände ist bereits mehrfach hingewiesen worden. In allen diesen Fällen
muß der Heißleiter in den betreffenden Stromreis eingeschaltet werden und zu diesem
Zweck mit Stromanschlüssen ausgerüstet sein. Die Herstellung einwandfreier Stromanschlüsse
macht aber bei Heißleitern aus verschiedenen Gründen Schwierigkeiten.
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Zunächst einmal ist der spezifische Widerstand eines Heißleiters bei
Zimmertemperatur sehr groß. Er beträgt etwa ios Ohm. Infolgedessen sind auch die
durch den Heißleiter hindurchgehenden Ströme in der Regel sehr gering, und die Folge
davon. ist, daß die Kontaktübergangswiderstände eine besonders große Rolle spielen.
Eine weitere Schwierigkeit, mit der bei der Anbringung der Strom anschlüsse bei
Heißleitern gerechnet werden muß, besteht darin, daß diese. Widerstände in gewissen
Schaltungen oder bei gewissen Anwendungen, wie z. B. bei der Messung hoher Temperaturen,
bis -zur Rotglut erhitzt werden und ihre Stromanschlüsse auch hierbei noch zuverlässig
sein müssen. Schließlich kommt hinzu, daß einige der bisher gebräuchlichen Heißleiter,
wie .z. B. die Urandioxyd enthaltenden, sehr empfindlich gegenüber hähererTemperatur
in oxydierenden Gasen oder Gasgemischen, wie z. B. der atmosphärischen Luft, sind,
weshalb sie in gegen den Luftzutritt abschließenden Gefäßen mit nicht oxydierendem
Gasinhalt untergebracht
werden.- Diese Tatsache .der Empfindlichkeit
gegen Erhitzung in atmosphärischer Luft hat aber zur Folge, daß gewisse der Technik
an sich geläufige Verfahren, bei denen höhere Temperaturen angewandt werden müssen,
bei der Herstellung zuverlässiger Stromanschlüsse bei solchenHeißleitern nicht verwendet
werden können, weil dabei Schädigungen in den Eigenschaften der Heißleiter verursacht
werden.
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Die erwähnten Schwierigkeiten werden bei der Anbringung von Stromanschlüssen
bei auf keramischer Grundlage erstellten Heißleitern, die aus einem Gemisch von
Titandioxyd, Verbindungen der Erdalkalien und Oxyden von Schwermetallen, wie Eisen
oder Kupfer, bestehen, in der Weise behoben, daß erfindungsgemäß die Anschlußstellen
zunächst mit metallisch leitenden Überzügen, z. B. aus Kupfer, Silber oder ähnlichen
elektrisch leitenden Stoffen bedeckt werden, auf die die- Stromzuführun= gen aufgebracht
werden.
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Es hat sich gezeigt, daß in dieser Weise hergestellte Heißleiter beim
Aufbringen der zur Herbeiführung eines einwandfreien Kontaktes notwendigen Metallisierungsschicht
in ihren elektrischen Eigenschaften in keiner Weise beeinflußt %verden, auch wenn
die Aufbringung z. B. mit thermischer -Einwirkung oder chemischen Umsetzungen in
einer Aufbringungsflüssigkeit verbunden ist. Es können also solche Heißleiter an
den Stromanschlußstellzn z. B. galvanisch - verkupfert oder versilbert werden. Auch
kann die Aufbringung der Metallisierungsschicht unbedenklich nach dem an sich bekannten
Schoopschen Verfahren erfolgen, ohne daß der Heißleiter dabei Schaden erleiden würde.
Auch ist es erfindungsgemäß möglich, den Metallüberzug im Wege -der ebenfalls an
sich bekannten Kabhode:nzerstäubüng aufzubringen. Auch. bei diesem Verfahren behält
der Heißleiter seine elektrischen Eigenschaften unverändert bei.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich als weitere Maßnahme nach der
Erfindung erwiesen; bei den Heißleitern :der beschriebenen Zusammensetzung und Herstellungsart
die Metallisierung durch Aufbringen einer kolloidalen Lösung des betreffenden Metalls
auf die Oberfläche und nachfolgendes Einbrennen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre
vorzunehmen. Es ist selbstverständlich, daß das Einbrennen so vorgenommen wird,
daß dadurch eine Änderung des Widerstandsbetrages nicht eintritt. Dabei entsteJht
auf der Oberfläche des Heißleiters eine festhaftende Sdhicht von Metall, die, falls
z. B. von kolloidaler Kupfer-. oder Silberlösung ausgegangen wurde; infolge der
guten Leitfähigkeit der entsprechenden. Metalle und ihrer Eigenschaft, einen guten
Oberflächenkontakt zu vermitteln, eine auch schwachen Strömen gegenüber einwandfrei
arbeitende Stromanschlußstelie ergeben, wenn die Leitung an diese Schicht unter
Beachtung der folgenden den Gegenstand der weiteren Erfindung bildenden Maßnahmen
angeschlossen wird.
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Auf die so behandelten Stellen der Heißleiteroberfläche können die
stromzufüÜrenden. Drähte unmittelbar oder uhtei Benutzung von Endteilen mit größerer
Kontaktfläche aufgelötet werden. Dieses Verfahren ist durchaus brauchbar, aber es
ist naturgemäß auf Temperaturen beschränkt, die unterhalb des Erweichungspunktos
des angewandten Lotes liegen.
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Kommen hohe Temperaturen beim Heißleiter in Betracht, sei es, daß
der Heißleiter solche Temperaturen infolge Stromdurchgangs annimmt oder zur Temperaturmessung
bei solchen Temperaturen benutzt wird, so wird erfindungsgemäß eine brauchbare Stromzuführung
dadurch gewonnen, . daß metallische Kappen, Bandklemmen oder ähnliche Kontaktierungsvorrichtungen
über den metallischen Überzügen aufgebracht werden, wobei die Kappen naturgemäß
lediglich für Stromanschlüsse an den Enden des Heißleiters verwendet werden können,
während die Einspannung des Leiters in Bandklemmen auch bei Mittelanzapfungen möglich
ist.
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Um beim Aufpressen der Kappen bzw. beim Aufspannen der Bandklemmen
am Heißleiter einen zuverlä,ssigen Kontakt zu erhalten, wird nach der weiteren.
Erfindung den Heißleitern die Form eines Zylinders mit einer oder mehreren Längsabflachungen
gegeben.. Dies kann sowohl durch nachträgliche mechanische Bearbeitung des Heißleiters
als auch bei seiner Herstellung aus einer formbaren Masse durch ein geeignetes Formungsverfahren;
wie z. B. Pressen oder Spritzen, erfolgen. Besonders bewährt :hat sich eine Form,
bei der zwei Längsabflachungen parallel einander gegenüberliegen. Eine solche Form
läßt sich durch Sprilzen unter Benutzung einer entsprechend geformten Düse oder
aber auch durch einen vorzugsweise in radialer Richtung erfolgenden Preßvorgang
erreichen. Die Kontaktstellen werden dann mit inetällisehet Überzügen versehenf
und anschließend werden an den entsprechenden Stellen die Kappen bzw. Bandklemmen
aufgebracht. Diese liegen dann an den zylindrischen Teilen der Oberfläche des Heißleiters
dicht auf, während ihre über den Abflachungen liegenden Teile beim Aufbringen infolge
Fehlens eines Widerlagers an diesen Stellenetwas gestreckt werden und somit eine
federnde Wirkung ausüben. Die Folge davon ist, daß die Zuleitungen auch bei Ausdehnungen
und nachfolgenden Zusammenziehungen des Heißleiters an den zylindrischen Stellen
ihren festen Sitz beibehalten.
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Bei der Wahl des Materials für die Kappen oder Klemrnen ist es notwendig,
auf seinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gegenüber demjenigen des Heißleiterinaterials
Rücksicht zu nehmen. Kontaktverbindungen für Widerstände mit z. B. sehr kleinem
Betriebsstrom versagen bereits bei den geringsten Abstandsänderungen an den Kontaktstellen.
Erfindungsgemäß -werden deshalb die Stromzuführungen aus einem Material hergestellt;
das den gleichen oder nalhezu den gleichen thermischon Ausdehnungskoeffizienten
wie der Baustoff des Heißleiters besitzt. Dies ist bei Eisen-der Fall, weshalb die
Stromanschlüsse über den Metallbelägen vorzugsweise aus Eisenblech hergestellt werden.
Wo
hohe 13,etriebstemperaturen am Heißleiter auftreten, muß eine hitzebeständige Verbindung
zwischen den Stromanschlußteilen und den zu ihnen führenden Leitungen vorgesehen
werden. Dies kann erfindungsgemäß z. B. durch Verschweißen der Drähte mit den Anschlußkappen
oder Klemmen erreicht werden. Noch zweckmäßiger ist eine Ausführung, bei der Anschlußkappe
oder Klemme und Zuführungsdraht eine Einheit bilden, was beispielsweise durch geeignete
Formungsprozesse, wie z. B. durch Ziehen oder Walzen und Biegen der Teile, erreicht
werden kann, wobei dann der Anschlußdräht erst in genügender Entfernung vom Heißleiter
gelötet werden darf.
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Es hat sich gezeigt, daß in der beschriebenen Weise hergestellte Stromanschlüsse
bei Heißleitern der beschriebenen Art allen in der Technik vorkommenden Anforderungen
genügen, also insbesondere auch in denjenigen Fällen, in denen der Heißleiter von
einem nur sehr schwachen Strom durchflossen wird, oder einer erheblichen Erhitzung
ausgesetzt ist oder beides zusammentrifft. Weder der Heißleiter noch die Stromanschlüsse
bedürfen dabei eines besonderen Schutzes, insbesondere also auch nicht der Einschließung
in einen gegen die Atmosphäre abschließenden Behälter mit indifferenter Gasfüllung.
Dies bedeutet aber eine entscheidende Beeinflussung der Kosten bei der Beschaffung
und bei der Benutzung solcher Heißleiter, die deshalb auch z. B. bei billigen Zeitrelais
und zu ähnlichen Anwendungszwecken mit besonderem Vorteil eingesetzt werden können.
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Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Heißleiter
ist in beispielsweisen Ausführungsformen in den Fig. i bis 8 dargestellt. Es zeigt
Fig. i einen Heißleiter mit zwei parallelen Längsabflachungen und an den Enden aufgesetzten
Stromanschlußkappen im teilweisen Schnitt, Fig. a einen Schnitt nach der Linie II-II
der Fig. i, Fig. 3 einen Heißleiter gemäß Fig. i, jedoch mit in der Mitte aufgespannter
Bandklemme, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 den einen
Endteil eines Heißleiters mit vier Längsabflachungen und aufgesetzter Stromanschlußkappe,
Fig. 6 eine Ansicht dieses Endteils von der rechten Seite her gesehen, Fig.7 eine
Stromanschlußkappe mit Zuleitung von der Seite gesehen und Fig. 8 dieselbe in der
Draufsicht.
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Der Heißleiter i ist mit den beiden Abflachungen :2 und 3 versehen.
Auf seinen Enden sitzen die Kappen 4 und 5, die mit daran befestigten Stromzuführungen
6 und 7 versehen sind. Bei dem Heißleiter nach Fig. 3 ist außer den beiden Stromanschlußkappen
4 und 5 an den Enden in der Mitte. desselben eine Bandklemme 8 aufgebracht, an der
eine Stromzuleitung 9 befestigt ist. Fig. 5 und 6 zeigen den Endteil eines Heißleiters
mit vier Abflachungen i o, i i, 12 und 13 und einer aufgesetzten Kappe rd, an der
eine Stromzuleitung 15 befestigt ist.
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In Fig. 7 und 8 ist eine Stromanschlußkappe 16 dargestellt, die mit
der Zuleitung 17 aus einem Stück besteht. Dabei besteht die Zuleitung 17 aus einem
zu einem Rohr gebogenen Metallstreifen, an dessen Ende dann der Stromzuführungsdraht
durch Klemmung,Lötung oder eine ähnlicheVerbindungsart befestigt werden kann.