DE962000C - Verfahren zum Herstellen elektrischer Widerstaende aus Metallkeramik - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 18. APRIL 1957

S 27212 VIII d 12i c

Die Erfindung bezieht sich auf Widerstände aus Metallkeramik mit einer vorgegebenen Widerstandsverteilung längs ihres Widerstandskörpers. Derartige Widerstände, bei denen sich also der ohmsohe Wert entsprechend einer gewünschten Gesetzmäßigkeit ändert, sind vor allem in der Steuer- und Regeltechnik nützlich. Ähnliche Widerstände mit vorgegebener Widerstandsverteilung stellen die bekannten sogenannten . Schichtwiderstände dar, bei denen eine Widerstandsschicht unterschiedlicher Dicke auf einem Tragkörper aufgebracht, z. B. aufgedampft, ist. Diese Widerstände sind jedoch nur sehr gering belastbar. Für große Belastungen, wie sie die Steuer- und Regeltechnik oft verlangt, sind diagegen Widerstände aus Metallkeramik geeignet, die aus einem metallischen und einem keramischen Stoff in feinster Vermengung bestehen. Um bei diesen Widerständen eine vorgegebene Widerstandsverteilung zu erreichen, kann man grundsätzlich ähnlich wie bei den Schichtwiderständen veränderliche Querschnitte vorsehen; in der Regeltechnik werden aber vielfach Widerstände und Potentiometer mit Widerstandskennlinien verlangt, die einen bestimmten Kurvenverlauf, z.B. einen hyperbelähnlichen Verlauf haben, und vor allem solche Widerstände und

Potentiometer, die in sehr weiten Grenzen veränderlich sind. Diese Forderung läßt sich, durch Querschnittsänderung eines metallkeramischen Widerstandskörpers zwar erfüllen; es ergeben sich dabei jedoch Widerstandsgebilde mit ungünstigen geometrischen Abmessungen, d. h. mit großen Unterschieden im Querschnitt entlang' der Erstreckungsrichtung der Widerstände.

Eine vorgegebene Widerstandsverteilung läßt ίο sich bei metallkeramisehen Widerständen noch dadurch erreichen, daß das Mischungsverhältnis seiner Biestandteile geändert wird, während der Widerstand einen in seiner ganzen Länge gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Diese Möglic'hkeit ist seit langem bekannt; die praktische Ausführbarkeit dieses Verfahrens ist jedoch besonders für Widerstände, die für die Regel- und Steuertechnik gebräuchliche Kennlinien aufweisen sollen, problematisch und schwierig. Es ist praktisch unmöglich, das Mischungsverhältnis in einem Widerstandskörper derartig abzustufen, daß sich Widerstände mit vorgeschriebener Widerstandsverteilung ergeben. Diese Schwierigkeiten lassen sidh in bekannter Weise vermeiden, wenn einzelne Wider-Standsstücke aus Metallkeramik unterschiedlichen spezifischen Widerstandes entsprechend der vorgegebenen Verteilung miteinander verbunden, z. B. aneinandergesintert werden. Während die Verteilung der Mischungsbestandteile nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit in einem einzigen Widerstandskörper große Schwierigkeiten bereitet, lassen sich einzelne Widerstands&tücke unterschiedlichen, in sich aber homogenen spezifischen Widerstandes verhältnismäßig leicht 'herstellen. Bei diesem Verfahren läßt sich außerdem von vornherein genau übersehen, welche Widerstands.verteilung der fertige Widerstand, d.h. die miteinander verbundenen einzelnen Widerstandsstücke, haben wird. Die einzelnen Widerstandsstücke können vorher gemessen, notfalls bearbeitet und "entsprechend ausgesucht werden.

Einen nach dem 'beschriebenen bekannten Verfahren hergestellten Widerstand aus Metallkeramik zeigt Fig. i. Der Widerstand besteht aus drei prismenartigen Widerstandsstücken 1 bis 3 gleichen Querschnitts, jedoch ■unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen spezifischen Widerstandes. Wird der Widerstandswert je Längeneinheit des Widerstandskörpers als Ordinate aufgetragen, so ergibt sich die unstetige Treppenkurve r = /(1) mit den Stücken 4 bis 6, deren Stufenhöhen jeweils den konstanten spezifischen Widerständen der zugehörigen Widerstandsstücke 1 bis 3 entsprechen. . Wird als Ordinate der Gesamtwiderstand eingetragen, der zwischen dem Anfangspunkt Null des Widerstandskörper und einer beliebigen Stelle r vorliegt, so ergibt sich der gebrochene Linienzug 7, 8, 9, der die Integralkurve R = f(i) zur Treppenkurve r = f(i) darstellt. Die verschiedenen Neigungen des Linienzuges 7, 8, 9 entsprechen den verschiedenen Stufenhöhen d'erTneppenkurve4, S, 6 bzw. den verschiedenen spezifischen Widerständen der Widerstandsstücke 1 bis 3. An den Stoßstellen der Widerstandsstücke 1 mit 2 und 2 mit 3 (Fig. 1) weist die Integralkurve R = f(j) jedoch Unstetigkeitsstellen auf. Dies ist für viele Zwecke, insbesondere für die Regeltechnik, nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Unstetigkeitsstellen und die dadurch bedingten Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäß weisen die einzelnen Widerstandsstücke derart sich ändernde Querschnitte auf, daß das Wegintegral des spezifischen Widerstandes je Querschnittsfläche zumindest über zwei der Widerstandsstücke eine stetige Funktion darstellt. Die Abmessungen der Querschnitte an den Übergangsstellen von einem Widerstandsstück zum anderen ebenso wie die übrigen Abmessungen und die Mischungsverhältnisse der Widerstandsstücke werden derart gewäihlt, daß die Wegintegralkurve die vorgesehene stetige Funktion darstellt.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für einen derartigen Widerstand dargestellt. Er besteht beispielsweise aus drei prismenartigen Widerstandsstücken 10 bis 12 von je unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen veränderlichen Querschnitts. Über dem Widerstandskörper sind, ähnlich wie in Fig. 1, wieder zwei Kurven aufgetragen, von denen die eine dem Widerstandswert je Längeneinheit des Widerstandskörpers r = /(1) und die andere dessen Integral R = f(i) darstellt. Ändern sich die Querschnitte des Widerstandskörpers, wie in Fig. 2 dargestellt, so hat die Integralkurve parabelförmigen Verlauf.

Es ist durdhWahl der Querschnittsänderung der einzelnen¹ Widerstandsstücke möglich, beliebige Integralkurven und damit beliebige Widerstandsverteilungen zu erreichen. Die Widerstände nach der Erfindung können auch derart ausgebildet werden, daß die Integralkurven nur teilweise stetige Funktionen darstellen.

Zur Erzielung einer festen Verbindung der einzelnen Widerstandsstücke können zwischen diesen Widerstandsstücken in bekannter Weise Schichten aus gut leitendem Metall angeordnet werden. Die Schichten können massiv sein oder aus Pulver bestehen. Dadurch können beim Mitainanderverbinden, z. B-. durch Löten oder Sintern, der einzelnen Stücke verhältnismäßig niedrige Temperaturen verwandt werden, so daß das ursprüngliche Sintergefüge, besonders an den Stoßflächen der Stücke, bei der das Zusammenfügen der einzelnen Stücke bezweckenden zweiten Wärmebehandlung erhalten bleibt. In anderem Fall würde, insbesondere zum Aneinandersintern der Stücke, eine Temperatur erforderlich sein, die der zum Herstellen der einzelnen Stücke verwendeten Sintertemperätur entsprechen müßte. Da sich die Sintertemperatur eines Stückes aber nach dem Mischungsverhältnis und nach der Art seiner Bestandteile richtet, könnten sich für einzelne Stücke eines mehrteiligen Widerstandes zu hohe Temperaturen beim Aneinandersintern und dadurch Störungen des ursprünglichen Gefüges und der Widerstandshomogenität ergeben.

Bei starken Querschnittsänderungen kann es sich ergeben, daß auf Grund von Berechnungen her-

gestellte zusammengesetzte Widerstände mit Querschnittssprüngstellen von den berechneten Werten abweichen. Derartige Fehler können vermieden werden, wenn zwischen zwei aneinanderstoßenden Widerstandsstücken mit unterschiedlichen Stoßflächen dünne Schichten aus gut leitendem Metall verwendet werden, wie sie oben bereits für das Miteinanderverbinden der Widerstandsstücke vorgeschlagen wurden. In Fig. 2 sind solche Metallschichten mit 13 und 14 bezeichnet. Durch die zwischengefügten gut leitenden Metallschichten werden Zonen mit ungleichartigen Strombahnen an den Querschnittssprungstellen vermieden, und die Widerstandskörper werden in allen Querschnitten gleichmäßig ähnlich ausgenutzt. In Fdg. 2 sind zur Erzielung gleichmäßiger Strombahnen an den Widerstandsenden Stromabnahmestücke 15 und 16 ebenfalls aus gut leitendem Metall vorgesehen. Man wird ferner, insbesondere bei Potentiometern, aus demselben Grund eine bewegliche Stromabnahme derartig ausbilden, daß sie entlang eines möglichst großen Teils des Querschnittsumfanges des Widerstandskörpers angreift.

Fig. 3 zeigt als weiteres Beispiel einen Widerstand mit hyperbolischer Widerstandscharakteristik. Der Widerstand besteht beispielsweise aus drei prismenartigen Widerstandsstücken 17 bis 19 von unterschiedlicher Länge, unterschiedlich veränderlichem Querschnitt und unterschiedlichem spezifischem Widerstand entsprechend der gewünschten hyperbolischen Kurve. Die eine Fläche der aneinandergesinterten Teilstücke ist als gerade Gleitfläche z. B. für einen Schieber oder eineKohlerolle zur Stromabnahme ausgebildet.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Metallkeramischer Widerstand aus einzelnen miteinander verbundenen Widerstandsstücken aus Metallkeramik unterschiedlichen spezifischen Widerstandes entsprechend einer vorgegebenen Widerstandsverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Widerstandsstücke derart sich ändernde Querschnitte aufweisen, daß das Wegintegral des spezifischen Widerstandes je Querschnittsfläche zumindest über zwei der Widerstandsstücke eine stetige Funktion darstellt.

2. Widerstand nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Widerstandsstücke in an sich bekannter Weise durchSchichten aus gut leitendem Metall miteinander verbunden sind.

3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine seiner Flächen als geradlinige Gleitfläche für einen Schieber oder eine Kohlerolle zur Stromabnahme ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 623 235;
deutsche Patentanmeldung S 20540 VIIId/21c (Patent 851 087).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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