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Wärmeempfindliches Element und Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen
Elementes Man kann bei hohe; Temperatur stabile elektrische Widerstände aus keramischem
Material herstellen. Solche sogenannten Thermowiderstände (Widerstände mit negativem
Temperaturkoeffizienten) bestehen beispielsweise aus Aluminiumoxyd und Oxyden von
Mangan und Nickel, und sie haben bei einer Temperatur, die 300° C erheblich überschreiten
kann, stabile elektrische Eigenschaften. Man kann daher auch von hitzebeständigen
Thermowiderständen sprechen. Es sind weiterhin solche Thermowiderstände entwickelt
worden, die in einer üblichen industriellen Gasatmosphäre stabil sind, und zwar
infolge eines Schutzüberzuges des Elementes, welcher Silikate oder Borsilikate von
Zink und Blei enthält.
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Die Erfindung betrifft eine mit hitzebeständigen Thermowiderständen
arbeitende Vorrichtung, mit deren Hilfe es möglicli ist, eine Temperaturerhöhung
festzustellen, die an irgendeiner Stelle einer industriellen Einrichtung auftreten
und die Einrichtung gefährden kann.
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Es ist bekannt, Thermowiderstände in Form von Perlen zu verwenden,
die mit zwei hitzebeständigen und nicht oxydierbaren Leitern, z. B. aus Platin,
versehen .sind. Die den Thermowiderstand bildenden Oxyde werden hierbbi in Form
einer z. B. mit
Wasser angerührten Paste auf die Leiter aufgebracht
und die so vorbereitete Perle einer geeigneten Wärmebehandlung unterworfen.
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Wenn man Temperaturmessungen oder Temperaturregelungen vornehmen will,
kann man 'zur Verbesserung der Meßempfindlichkeit mehrere derartige Thermowiderstandsperlen
parallel schalten, indem man sie nebeneinander setzt und die entsprechenden Leiter
miteinander verbindet. Jedoch gibt diese Parallelschaltung nur dann annehmbare Ergebnisse,
wenn die verwendeten Perlen einander genau identisch sind.
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Eine Temperaturerhöhung .an einer bestimmten Stelle der Anordnung
bewirkt dann in ausreichendem Maße eine Absenkung des Widerstandswertes wenigstens
eines der Thermowiderstände, so daß dessen Widerstandswert praktisch nicht mehr
ins Gewicht fällt. Der von den Thermowiderständen gebildete Dipol wird damit zu
einem Kurzschlußkreis, und diese Eigenschaft kann zur Betätigung beispielsweise
einer Überwachungs- oder -Alarmvorrichtung ausgenutzt werden.
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Die Erfindung betrifft ein bequemes Verfahren zur Ausführung einer
solchen Anordnung. Sie betrifft ferner die mir Hilfe dieses Verfahrens hergestellte
Anordnung, bei der die verschiedenen parallel. geschalteten Perlen miteinander streng
übereinstimmen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Thermowiderstände
in an sich bekannter Weise kalt um die Drähte herumgepreßt werden, daß nach Fertigstellung
eines Preßkörpers die parallelen Drähte weiterbewegt werden und in einem gewissen
Abstand mittels derselben Preßform ein neuer Preßkörper um die Drähte herumgepreßt
wird, während die nachfolgende Sinterung .der so hergestellten Widerstandsanordnung
gemeinsam vorgenommen wird.
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Demgemäß erfolgt bei einer praktischen Ausführung der Erfindung die
Herstellung der Thermowiderstandsanordnung durch Formpressung in kaltem Zustande
in folgender Weise: Das Gemisch, aus welchem der Thermowiderstand gefertigt werden
soll,- wird als trockenes Pulver in eine Form eingebracht, welche zwei Leiterdrähte
aus einer Legierung aus Nickel, Chrom und Aluminium, die gegenüber hohen Temperaturen
inert ist, enthält, so daß das Pulver die Drähte einhüllt. Die Form hat beispielsweise
eine parallelepipedische Gestalt mit einer genügenden Anzahl von öffnungen, durch
die die beiden Drähte nach außen heraustreten können. Die Lage dieser Öffnungen
wird so gewählt, daß die beiden Drähte in der Mittelebene des. in der Form befindlichen
Gemisches liegen. Daraufhin wird die Form unter Druck gesetzt, indem man die der
Ebene der beiden Drähte parallelen Wände gegeneinander bewegt. Dabei wird dafür
gesorgt, daß die beiden Drähte beim Pressen immer in der Mittelebene des Formkörpers
verbleiben.
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Nach Beendigung des Preßvorganges wird der Preßkörper der Form entnommen,
und die Drähte werden um eine ausreichende Strecke weiterbewegt, so daß sie an der
nächsten Stelle mit einem weiteren Preßkörper versehen werden können.
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Schließlich wird das Ganze einem Sintervorgang unterworfen. Da die
Sinterung der verschiedenen Perlen der Anordnung gleichzeitig vor sich geht, bleiben
ihre Eigenschaften genau dieselben.
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Gemäß einem abgeänderten Ausführungsbeispiel der Erfindung können
die hitzebeständigen Thermowiderstände in Abständen voneinander angeordnet und durch
zwei Drähte miteinander verbunden sein, welche in einen hitzebeständigen Isolierstoff
eingebettet sind.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
und der Thermowiderständsanordnung zeigt die Zeichnung, und zwar sind Fig. i und
2 schematische Schnittansichten, aus denen das Formverfahren gemäß der Erfindung
ersichtlich ist, Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Thermowiderstandsanordnung
gemäß der Erfindung und Fig.4 das elektrische Schaltschema der Anord-. nung: Fig.
i zeigt schematisch im Schnitt durch die Symmetrieebene ein Ausführungsbeispiel
einer Form gemäß der Erfindung.
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i ist eine Grundplatte, welche einerseits zwei Federn 2 und 3 und
andererseits einen mit ihr fest verbundenen Metallteil 4 trägt, welcher in der Lage
ist, ohne Verformung hohe Drücke auszuhalten und parallelepipedische Gestalt hat.
Auf diesem Teil 4 ist verschiebbar ein hohler Metallteil s gelagert, der auf den
beiden Federn :2 und 3'. ruht. Durch Offnungen 7 und 8 von ' genügender Weite gehen
zwei Metalldrähte hindurch, von denen der eine in Fig. i und 2 sichtbar und mit
9 bezeichnet ist. In den von den Teilen 4 und 5 begrenzten Raum wird das Gemisch
eingebracht, welches zur Herstellung der Thermowiderstände dienen soll. Die eingebrachte
Menge ist so bemessen, daß die beiden Drähte sich in der Mittelebene der Pulvermasse
befinden. Daraufhin wird in den Hohlteil s ein weiterer Metallteil i i eingeführt,
welcher die gleiche Form hat wie der Teil 4. Man übt nun auf die Teile i i und 5
einen starken Druck aus, so daß der Preßkörper io die aus Fig. 2 ersichtliche Form
erhält. Dies erfolgt durch die Verringerung des Abstandes zwischen den Teilen i
i und 4, was eine Verdichtung des Gemisches zur Folge hat. Die Federn 2 und 3 werden
so bemessen, daß einer Verschiebung d i des Teiles i i eine Verschiebung
1I2 d i des Teiles 5 entspricht. Auf diese Weise bleiben die Drähte
9 immer in der Mittelebene des verdichteten Körpers io. Der fertige Preßkörper wird
durch die öffnungg der Form entnommen, indem dieDrähte9 eine genügende Strecke weiterbewegt
werden, so daß ein neuer Preßkörper geformt werden kann. Das fertige Erzeugnis ist
aus Fig. 3 ersichtlich.
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Wie nian sieht, befinden sich zwischen den die Thermowiderstände bildenden
Preßkörpern io hitzebeständige Isolierformstücke 12.
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Fig. 4 zeigt das elektrische Schaltbild der Widerstandsanordnung.
Der Stromkreis ist an eine
Gleichstromquelle P mit den Polen -I-
und - angeschlossen. A ist ein Strommeßgerät, beispielsweise ein Milliamperemeter.
Der Strom wird durch die Drähte g den Thermowiderständen 1o zugeführt, welche er
im Sinne der Pfeile durchfließt. Wird nun einer dieser Thermowiderstände einer hohen
Temperatur, beispielsweise von 40o° C, ausgesetzt, so ergibt sich ein Widerstandswert
aus der Formel
Hierin ist OT der spezifische Widerstand bei der absoluten Temperatur T und p""
der spezifische Widerstand bei einer sehr hohen Temperatur B, einer Konstante, die
von dem verwendeten Stoff abhängt und bei hitzebeständigen Thermowiderständen einen
Wert in der Größenordnung von 6ooo bis 12 ooo° Kelvin hat.
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Da sein Widerstandswert nach einem Exponentialgesetz abnimmt, so bildet
der Thermowiderstand einen Kurzschluß. Infolgedessen wächst der Strom an, was mit
Hilfe des Milliamperemeters sichtbar gemacht werden kann.
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Die Preßkörper können auch mit Hilfe einer doppelt wirkenden Presse
und einer entsprechenden Form hergestellt werden.
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Das Verhalten der Halbleiter-Widerstandselemente üblicher Art in Abhängigkeit
von der Temperatur ist annähernd das folgende: Wenn R der Widerstandswert des Elementes
bei zoo° C ist, so ergeben sich bei verschiedenen anderen Temperaturen die nachfolgenden
Widerstandswerte: 10o0 C R 15o°. C o,1 R 215"C 0,02R
250°; C o,oi R 35o01
C 0,002 R 40o` C o,ooi R Verwendet man ein erfindungsgemäßes Element,
welches sich aus sechsundvierzig parallel liegenden Thermowiderständen mit einem
Gesamtwiderstandswert von R bei zoo'°' C zusammensetzt, so fällt dieser Gesamtwiderstandswert
auf 0,o2 R, wenn einer der Thermowiderstände mittels einer Flamme auf eine Temperatur
von 2i5'°' C gebracht wird.
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Bringt man die sechsundvierzig Thermowiderstände auf eine Temperatur
von 15o° C, so beträgt der Widerstand des wärmeempfindlichen Elementes o,1 R. Derartige
Widerstandsveränderungen sind mit Hilfe der üblichen Meßinstrumente leicht festzustellen.