DE2021374C3 - Leistungswiderstand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungswiederstand bestehend aus einer thermisch gut leitenden Grundplatte, einer auf der Oberseite der Grundplatte und elektrisch isoliert von dieser angeordneten Widerstandsschicht sowie einer Abdeckung für die Widerstandsschicht.

Die durch Leistungswiderstände erzeugte Wärme ist vor allem dadurch zu einem Problem geworden, daß es notwendig wurde, elektrische Schaltungen, wie etwa die für die Raumfahrt bestimmten, extrem kompakt zu bauen. Die erzeugte Wärme kann sowohl den Leistungswiderstand selbst als auch die in seiner Nachbarschaft angeordneten Schaltungselemente zerstören. Zur Verringerung dieser Einwirkung auf die Schaltungskomponenten ist es nötig, die erzeugte Wärme schnell und so vollständig wie möglich abzuleiten. Häufig übertreffen die zur Wärmeableitung dienenden Komponenten die Größe der Schaltungselemente selbst, was eine nicht befriedigende Lösung darstellt.

Bei Montage eines Leistungswiderstandes, bei dem der Draht um einen zylindrischen Kern gewickelt ist, auf einem flachen Chassis wird die Wärme vom Oberteil des Leistungswiderstandes nicht so wirksam abgeleitet wie vom Bodenteil des Widerstandes, was die Gefahr von heißen Stellen im Bereich des Oberteils des Leistungswiderstandes und damit eines Ausfalls desselben mit sich bringt.

Bei einem bekannten Leistungswiderstand der eingangs genannten Art (DT-Gbm 1 868 376) besteht die Grundplatte aus einem keramischen Trägerkörper, und die aus Kunstharz bestehende Abdeckung für die Widerstandsschicht bettet sowohl diesen keramischen Trägerkörper als auch die Widerstandsschicht vollständig ein mit Ausnahme einer die Elektroden enthaltenden Seitenkante der Grundplatte. Der keramische Trägerkörper kann dabei aus einem relativ gut wärmeleitenden Material bestehen.

Es ist ferner bekannt (DT-Gbm 1 701 114), auf einem aus Aluminium bestehenden Zylinderkörper eine elektrisch isolierende Harteloxalschicht aufzubringen und darüber einen Widerstandsdraht zu wickeln. Es ist auch bekannt (US-PS 3 165 672), Schaltungselemente auf einer aus Aluminium bestehenden, eloxierten Schal tungsplaite zwecks guter Wärmeableitung anzuordnen. Ferner ist es bekannt (US-PS 3 271 722), auf dem Bo-

ien eines metallischen Gehäuses eine ringförmige isolierende Trägerschicht anzuordnen, die zwecks guter Wärmeleitung Berylliiimoxid enthält, und darauf eine Widerstandsschicht anzuordnen. Ein weiteres bekanntes Widerstandselement (US-PS 2 179 506) besteht aus einem Streifen aus gut leitendem Metall, einer darauf aufgebrachten isolierenden Lacksci^cht und einer auf der Lackschicht angeordneten Widerslandsschicht.

Ferner ist es bekam« (GB-PS 939 394), eine z. B. aus Aluminium bestehende, auf einer ihrer riauptfiächen einen axiaien Bolzen aufweisende Metallplatte mit einem Oxidüberzug zu versehen, auf diesem Oxidüberzug Muster von Leitungsbahnen anzuordnen und dann eine durch den Bolzen hindurchgehende Längsbohrunj; zu bilden, so daß die so entstandene Struktur als Basisteil eines Drehschalters verwendet werden kann.

Es ist grundsätzlich bekannt (US-PS 3 386 165), eine ringförmige Widerstandsschicht in Sektoren zu unterteilen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leistungswiderstand der eingangs genannten Art mit erhöhter Wärmeableitung und einfacher Herstellbarkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Oberseite der metallischen, mit ihrer ebenen Unterseite in Wärmeleitungskontakt mit einer Unterlage bringbaren Grundplatte ein Montagebolzen ausgeht und eine Duchgangsbohrung sich in Längsrichtung durch den Bolzen und durch die Grundplatte erstreckt und daß auf der Oberseile der Grundplatte eine thermisch gut leitende, elektrisch isolierende, die Widerstandsschicht tragende Trägerschicht sowie die Abdeckung für die Widerstandsschicht rings um den Bolzen angeordnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungswiderstand dient der Montagebolzen einerseits dazu, die Elemente des Leistungswiderstandes rings um den Bolzen anzuordnen, und andererseits dazu, einen Stift aufzunehmen, mit dem der Leistungswiderstand mit der Unterseite der metallischen Grundplatte an einer Unterlage zwecks Wärmeableitung montiert werden kann.

Ausführungsbeipiele der in den Ansprüchen gekennzeichneten Leistungswiderstände zeigen die Figuren, und zwar im einzelnen

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Leistungs-Widerstandes, der teilweise gebrochen dargestellt ist,

F i g. 2 and 3 perspektivische Ansichten von Teilen des in F i g. 1 dargestellten Leistungswiderstandes,

F i g. 4, 5 und 6 Seitenansichten verschiedener Ausführungen eines Leistungswiderstandes,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht des den Widerstandsfilm tragenden Elementes mit einer \usführungsform der Kontakte des Leistungswiderstandes,

F i g. 8 eine vergrößerte Querschnittszeichnung entlang der Schnittlinien 8/8 in F i g. 7,

F i g. 9 eine perspektivische Ansicht des das Widerstandsmaterial tragenden Elementes mit Kontakten zur Aufnahme der Drahtzuführungen zu dem Leistungswiderstand,

Fig. 10 bis 14 Aufsichten auf den Film aus Wider-Standsmaterial und das die Widerstandsschicht tragende Element mit speziellen Beispielen von ausgewählten Mustern des Widerstandsmaterials zur Erzeugung gewünschter Widerstandswerte der Leistungswiderstände,

Fi g. 15 eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt und teilweise abgebrochen, einer anderen Ausführung eines Leistungswiderstandes,

Fig. 16 eine Aufsicht auf einen geschichteten Leistungswiderstand des in F i g. 4 gezeigten Typs,

F i g. 17 eine Frontansicht eines, geschichteten Leistungswiderstandes des in Fig.4 gezeigten Typs mit Kühlrippen dazwischen, wobei die Schichten der Komponenten mit Kühlrippen vertikal oder horizontal zusammengebaut sein können (mit den Kühlschichten bzw. Kühlrippen vertikal ist die Ausführung in F i g. 16 und 17 als Seitenansicht und als Frontansicht gezeigt) und

Fig. 18 eine graphische Darstellung, in der die Änderung der Leistung von Leistungswiderständen und dem in Fig.4 von Leistungswiderständen und dem in F i g. 4 gezeigten typischen Typ abgetragen ist, für eine Schichtung mit Kühlplatten dazwischen und mit zwischen die Schichten in verschiedenem Maße dazwischen geblasener Luft

Die erfindungsgemäßen Leistungswiderstände haben einen Schichtenaufbau, um einen thermischen Weg gleicher Länge zwischen allen Teilen seines stromführenden Elementes und des Chassis, auf dem die Komponente zur wirksamen Ableitung der Hitze von dem stromführenden Element auf das Chassis aufgesetzt ist, zu schaffen. Folglich können die erfindungsgemäßen Leistungswiderstände beträchtlich kleiner sein bei gleicher Leistung als die bekannten großen Widerstände. Zusätzlich ist die Induktivität der Leistungswiderstände gemäß der Erfindung äußerst gering, was einen zusätzlichen Vorteil bedeutet.

Ein in Übereinstimmung mit der Erfindung gebauter Leistungswiderstand 1 weist eine Schichtkonstruktion auf, wie sie in F i g. 1 gezeigt ist. Der Leistungswiderstand hat zwei Grundkomponenten, nämlich das stromführende Element, das in F i g. 1 durch die Schicht 2 aus Widerstandsmaterial dargestellt ist, und ein zweites zum Tragen des stromführenden Elementes und zur Lieferung eines Wärmeableitungsweges von gleicher Länge zwischen allen Teilen des stromführenden Elementes und dem Chassis, auf dem die elektronische Komponente befestigt ist.

Die Trägermittel in F i g. 1 bestehen aus zwei getrennten Elementen, der Grundplatte 3 und einer Platte 4. Die Grundplatte 3 besteht aus thermisch leitendem Material und kann aus beispielsweise Metall oder Metallegierungen hergestellt sein. Die Grundplatte 3 weist zwei ebene Oberflächen 5 und 6 auf. Die untere Oberfläche 6 dient zur Erzeugung eines guten thermischen Kontaktes mit dem Chassis, auf das der Widerstand 1 aufgesetzt ist, während die Oberfläche 5 zur Herstellung eines guten thermischen Kontaktes mit dem die Widerstandsschicht 2 tragenden Element 4 dient.

Die Oberfläche 6 wird durch einen hier nicht gezeigten Bolzen oder Schraube, die sich durch das Loch durch den Bolzen 10 erstrecken, mit dem Chassis in Kontakt gehalten.

Das Element 4 besteht aus thermisch leitendem Metall, so daß die Wärme von der stromführenden Widerstandsschicht 2 über die Elemente 4 und 3 dem Chassis zugeführt wird, auf dem der Widerstand 1 befestigt ist Das Material des Elementes 4 wirkt als elektrische] Isolator zur Isolierung der stromführenden Schicht gegen die metallene Grundplatte 3 und das Chassis, au dem der Widerstand 1 befestigt ist.

Der Widerstand weist zusätzlich ein Mittel zum Zu sammenhalten der Elemente zur Erzeugung guten ther mischen Kontaktes auf, das in F i g. 1 als geformte war megehärtete Plastik 8 gezeigt ist. Das plastische Mate rial 8 befindet sich in Kontakt mit der Widerstands

schicht 2 und den Elementen 4 und 3 durch ein Teil 9 des Bolzens 10 mit vergrößertem Durchmesser, der sich von der oberen ebenen Oberfläche 5 der Grundplatte 3 aus erstreckt. Das plastische Material 8 wird an einer Drehbewegung durch eine Rändel 15 entlang der Perepherie des Teiles 9 des Bolzens 10 mit dem vergrößerten Durchmesser gehindert.

Metallische Schichten 11 und 12 (Fig.2) sind auf dem Element 4 in Kontakt mit der Widerstandsschicht 2 so aufgebracht, daß ein Kontakt zur Vebindung mit äußeren Zuführungsleitungen hergestellt ist. Die Metallschichten 11 und 12 sind mit elektrischen Kontaktstiften 13 und 14 zur Ermöglichung der Verbindung von äußeren Zuführungsleitungen mit dem Leistungswiderstand verbunden. Die Metallschichten U und 12 können etwa aus einer Goldlegierung hergestellt sein, und die Kontaktstifte 13 und 14 können direkt zur mechanischen Befestigung angelötet sein.

Die gesamte Vorrichtung hat ein niedriges Profil und ist kleiner bezüglich seiner Gesamtgröße und leichter im Gewicht als bekannte Leistungswiderstände vergleichbarer Leistungen.

Beispielsweise ist ein Leistungswiderstand nach der Erfindung mit einer Leistung von 30 Watt nur etwa halb so groß wie ein Leistungswiderstand herkömmlicher Art mit einer Leistung von 25 Watt.

Wegen der Schichtbauweise der erfindungsgemäßen Widerstände sind diese zusätzlich im wesentlichen ohne Induktivität, was einen weiteren Fortschritt gegenüber den bekannten Ausführungen darstellt.

Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungswiderstandes oder anderer stromführender Komponenten umfaßt die Schritte der Schaffung eines thermisch leitenden und elektrisch isolierenden Körpers, wie etwa die Elemente 3 und 4 in Fig. 1. Der Körper mit diesen Eigenschaften kann aber auch aus einem Material wie etwa Berylliumoxyd hergestellt sein, das sowohl die Eigenschaften guter thermischer Leitfähigkeit als auch guter elektrischer Isolierfähigkeit besitzt Der nächste Schritt besteht in der Schaffung der Kontakte auf einer Oberfläche des elektrisch isolierenden Körpers. Das kann durch Drucktechnik mit Seidensieben oder durch die Verwendung von keramischen Druckmatrizen mit Metall darin ausgeführt werden. Das Metall soll gute elektrische Leitfähigkeit haben und kann beispielsweise aus Gold oder einer GoIdplatinlegierung sein. Die keramische Matrix bringt das Metall auf die Oberfläche der Grundplatte, die etwa eine Oberfläche aus Keramik sein kann, auf, wie etwa die Platte 4 in F i g. 1. Das Substrat oder die Grundplatte wird dann erhitzt um das Metall auf dem Substrat aufzukitten. Danach wird eine Widerstandsschicht auf das Substrat durch Aufsieben oder Vakuumniederschlag aufgebracht, beispielsweise in einem ausgewählten Muster, dessen ausgewählte Bereiche in Kontakt mit der Metallschicht sind und die als Verbindung zu der Schicht dienen. Die Kontaktstifte wie etwa 13 und 14 in F i g. 1 und 2 sind an den Metallverbindungen befestigt. Diese Stifte können direkt mit der Schicht durch Anlöten derselben darauf mit diesem verbunden werden, oder die Stifte werden einfacher und vorteilhafter durch Verwendung von Anschlußösen mit der Schicht verbunden, wie es in den F i g. 7 und 8 gezeigt ist Bei Verwendung eines Substrates wird dieses auf die Grundplatte aufgetragen und die Kombination dann in eine Form zur Einkapselung eingesetzt

Weiter Ausführungen solcher Schichtleistungswiderstände sind in den F i g. 4,5 und 6 gezeigt Die in F i g. 4 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von dem in F i g. 1 gezeigten Widerstand dadurch, daß die thermisch gehärtete Plastik mit den Elementen des Widerstandes verankert ist. Der Widerstand 20 in F i g. 4 weist eine Grundplatte 21 mit einem Bolzen 22 auf, der sich von der oberen ebenen Oberfläche 23, auf der eine Platte 24 als Träger der Schicht aus Widerstandsmaterial 25 aufliegt, erstreckt. Die obere Oberfläche 23 der Grundplatte 21 ist ein Stück gegenüber dem äußeren Umfang der Grundplatte 21 zurückgesetzt und ist unterdreht, um eine Lippe 27 zu bilden. Die Lippe 27 weist Rippen 28 auf zum Einschneiden in den Plastikteil 29, so daß der Plastikteil sich nicht gegen die anderen Teile des Widerstandselementes verdrehen kann. Zusätzlich wird der Plastikteil durch Umgreifen der Lippe 27 in seiner Stellung gehalten.

Der in F i g. 5 gezeigte Widerstand 30 weist eine ähnliche Konstruktion auf wie die Widerstände 1 und 20, besitzt jedoch andere Mittel zum Halten der thermisch gehärteten Plastikform 31 in der richtigen Position. Im Widerstand 310 besitzt die Grundplatte 32 eine vertikale Fortsetzung 33 und einen horizontalen Vorsprung 34, der die Plastik in der richtigen Stellung hältDie innere Kante des horizontalen Vorsprunges 34 kann geriffelt sein, um die Plastik am Drehen gegenüber den anderen Elementen des Widerstandes 30 zu hindern.

Eine andere Ausführung des Leistungswiderstandes ist in F i g. 6 dargestellt. Der Widerstand 40 in F i g. 6 weist keine Plastik zum Zusammenhalten der Elemente in thermischen Kontakt und zum Schutz der Elemente gegen Zerstörung auf, in dem der Widerstand eingebettet ist sondern verwendet andere Mittel zum Zusammenhalten der einzelnen Elemente.

Der Widerstand 40 besitzt ein Grundelement 41 mit einem Bolzen 42, der sich von der oberen Oberfläche des Grundelementes erstreckt Um diesen Bolzen 42 herum und in thermischen Kontakt mit der oberen Oberfläche der Grundplatte 41 ist eine elektrisch isolierende und eine thermisch leitende Platte 47 vorgesehen, auf der eine Widerstandsschicht 46 aufgebracht ist. Der Bolzen 42 weist einen Teil 43 mit einem größeren Durchmesser auf, der zusammenwirkt mit dem C-Ring 44 zum Zusammenhalten der Elemente. Da diese C-Ringe meistens aus Metall sind, ist ein elektrischer Isolator, etwa ein Teflonring 45, zwischen der Schicht 46 aus Widerstandsmaterial und dem Ring 44 angeordnet.
Der Ring 44 drückt gegen den vergrößerten Teil 43

so des Bolzens 42 zum Zusammenhalten der Elemente. Der Ring kann jede passende Form mit beispielsweise einem runden Querschnitt haben. Wie in F i g. 6 gezeigt ist hat der Ring 44 einen keilförmigen Querschnitt wobei die innere Kante auf dem inneren Umfang der oberen Oberfläche der Platte 47 liegen kann, wenn die Schicht 46 aus Widerstandsmaterial sich nicht fiber diesen Teil der Oberfläche erstreckt Sonst kann ein isolierender Ring, etwa ein Teflonring 45 zwischen den Ring 44 und die Platte 47 gelegt werden.

te Danach kann eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material fiber die äußere Oberfläche der Grundplatte 41, die Widerstandsschicht 46 und die Platte 47 zur elektrischen Isofierang des Widerstandes und zum Schutz der Elemente gegen Zerstörung gesprüht werden.

Zur Befestigung der Kontaktstifte an einer Stelle, in der sie elektrischen Kontakt mit der Metallschicht bilden, an der die Widerstandsschicht endet ist die Ver-

Wendung einer mechanischen Verbindung zweckmäßig, die einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Metallschicht und den Kontaktklemmen sicherstellt. Eine solche mechanische Verbindung ist in den F i g. 7 und 8 gezeigt, in denen die Platte 50 eine darauf gedruckte Schicht 51 aus Widerstandsmaterial aufweist Zur Begrenzung der Widerstandsschicht 51 ist zusätzlich eine Metallschicht 52 und eine Metallschicht 53 auf die Platte 50 ah den Enden der Widerstandsschicht 51 aufgedruckt. In elektrischem Kontakt mit den Metallschicht- enden 52 und 53 befinden sich Kontaktstifte 54 und 55.

Die mechanische Verbindung der Kontaktstifte kann besser in bezug auf F i g. 8 beschrieben werden, in der ein vergrößerter Teil des Querschnittes entlang der Linien 8/8 in F i g. 7 gezeigt ist. Der Kontaktstift 54 weist ein Loch 56 auf, das über einem Loch 57 in der Platte 50 liegt. Das Loch 57 weist einen vergrößerten Teil 58 zur Aufnahme des unteren Endes einer Anschlußöse 59 auf. Die Anschiußöse 59 wirkt mit dem Loch 57 in tier Platte 50 und dem Loch 56 in dem Anschlußstift 54 zusammen, um den Anschlußstift auf der Metallschicht 52 in der richtigen Position festzulegen. Danach wird das obere Ende 60 der Anschlußöse 59 nach oben umgerollt oder gebördelt, um den Kontaktstift 54 gegen die Metallschicht 52 festzuhalten und dabei einen guten as elektrischen Kontakt durch die mechanische Befestigung des Kontaktstiftes in seiner Stellung herzustellen. Bei Anwendung dieses Verfahrens zur Anbringung der Kontaktstifte und bei Einkapselung der Elemente des Widerstandes mit Hilfe von thermisch gehärteter Piastik, wie es in F i g. 1 gezeigt ist, fließt die Plastik durch das Loch in aer Metallbefestigungsöse und füllt das vergrößerte Loch 58, wobei das Unterteil der Anschlußöse 59 gegen alle Elemente isoliert wird auf denen die Platte 50 liegt.

Aus F i g. 7 ist zu entnehmen, daß die Anschlußstifte 54 und 55 Absätze 120 und 121 haben, die sich nahe der Kante der Platte 50 befinden. Diese Absätze befinden sich innerhalb des äußeren Umfanges der Form oder des einkapselnden Materials und bilden eine Verankerung für die Stifte innerhalb des Materials. Auf diese Weise werden die Stifte in dem Formmaterial verankert.

Die Kontaktstifte 54 und 55 haben zusätzliche öffnungen 122 und 123 nahe bei den Löchern, durch die die Verbindungsösen hindurchgehen. Die Löcher 122 und 123 machen die Kontaktstifte etwas flexibel und vermindern die Biegespannung an den Anschlußösen 59 in F i g. 8, so daß die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstift und dem metallischen Ausgang nicht zerstört wird.

In manchen Anwendungsfällen ist es wünschenswert an Stelle von Kontaktstiften Drahtzuführungen zur Verbindung zwischen dem Leistungswiderstand und äußeren Drähten zu haben. Eine solche Konstruktion ist in F i g. θ in Verbindung mit einer Platte 70 gezeigt, die in einem Leistngsiderstand verwendet werden kann. Auf die Platte 70 sind eine Schicht aus Widerstandsmaterial 71 und Begrenzungen in Metallschichtkontakten 72 und 73 aufgedruckt

In elektrischem Kontakt mit den Schichten 72 und 73 sind entsprechend kleine metallische Spulen oder Anschlußösen 74 und 75 angebracht Diese Spulen 74 und 75 können in ähnlicher Weise wie die AnschhiBösen 54 und 55 in F ig. 7 an die richtige Stelle gehalten werden. Zu diesem Zweck wird eine metallische AnschhiSöse durch die Spule 74 geführt and an ihrem oberen Ende omgebördelt, so daß sie in Kontakt mit der Spule 74 ist und diese an der richtigen Stelle festhält. Danach kann ein Zuführungsdraht 77 um die Spule 74 gewickelt und angelötet oder auf andere Weise mit der Spule verbunden werden. Der Zuführungsdraht 77 kann aber auch direkt mit den metallischen Schichtkontakten 72 und 73 verbunden werden. Es ist wünschenswert, daß bei Verwendung von Zuführungsdrähten eine gewisse Länge eines solchen Drahtes sich innerhalb der Einkapselung befindet, damit der Draht nicht so leicht von der Verbindung abgezerrt werden kann. Es ist zweckmäßig, daß ein Drahtstück mit einer dem 5fachen Durchmesser des Drahtes entsprechenden Länge oder auch länger in das Ganze oder in die Plastik eingebettet werden sollte.

Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt in der erleichterten Einstellbarkeit des Widerstandswertes des Leistungswiderstandes über einen großen Bereich allein durch die Steuerung der auf das thermisch leitende und elektrisch isolierende Trägermaterial aufzubringenden Schicht und der geeigneten Anordnung der Metallschichtkontakte in bezug auf die Widerstandsschicht. Die Verwendung von neuen Widerstandsmustern vergrößert zusätzlich den Bereich des Widerstandswertes und die Vielseitigkeit des Leistungswiderstandes. Das neue Muster bewirkt mehr eine radiale Stromführung als eine in Richtung des Umfanges liegende Leitung um die keramische oder elektrisch isolierende Substanz, auf der Schicht aufgebracht ist

Die Widerstandsschicht kann beispielsweise das in F i g. 2 gezeigte Grundmuster haben. Die Länge erstreckt sich dabei von der Metallschicht U bis zur Metallschicht 12 und ergibt einen kreisförmgen Leitungsweg. Diese Länge kann durch Änderung der Stellung der Metallschichtkontakte und durch Anwachsen oder Vermindern der Länge der Widerstandsschicht zur Herstellung des Kontaktes mit der Metallschicht geändert bzw. angepaßt werden.

In der in Fig.2 gezeigten Ausführung soll die Schicht beispielsweise eine Länge haben, die der lOfachcn effektiven Breite des Filmes entspricht so daß das Muster 10 in Reihe geschaltete Quadrate der Widerstandsschicht bildet Hat die Widerstandsschicht einen Flächenwiderstand von 100 Ohm pro Quadrateinheit dann ist damit ein Widerstand mit 1000 Ohm erzeugt worden. Hat die Schicht 10 Ohm pro Quadrateinheit, dann ist der Widerstandswert 100 Ohm, und bei einem Widerstandswert von 100 000 Ohm pro Quadrateinheit ist der Widerstand ein Megaohm. Es kann also eine breite Variation des Widerstandswertes bei diesem Grundmuster allein durch Verwendung verschiedener Widerstandsmaterialien erreicht werden.

Ein noch größerer Bereich von Widerstandswerten kann durch Verwendung verschiedener Schichtmuster aus Widerstandsmaterial, einschließlich neuer radialer Leitwegmuster, erzeugt werden Einige weitere Muster sind in den Fig. 10 bis 14 gezeigt In Fig. 10 hat die Schicht SO aus Widerstandsmaterial eine Länge, die dem ISOfachen der Breite des Musters entspricht, so daß das Muster ISO Quadrate von in Reihe geschaltetem Widerstandsmaterial erzeugt Betragt also der Widerstandswert pro Quadratmaterial 100 Ohm, so ist damit ein Widerstand von IS 000 Ohm gewonnen. Die in Fig. 11 g Widerstandsschicht 82 hat ein serpentmenförnnge Muster, dessen Lange gleich der 170fachen der Breite ist, wodurch 170 Quadrate solchen Widerstandsmaterials erzeugt sind.

Ein Widerstandswert, der kleiner ist als der rinem Quadrat des Widerstandsmaterials der Schicht etpre-

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chende Wert, wird durch ein in F i g. 12 gezeigtes neues Radialleitwegmuster erzeugt. In F i g. 12 ist die Metallschicht 84 um den inneren Umfang der Platte 85 gedruckt, während die Metallschicht 86 entlang des äußeren Umfangs der Platte 85 gedruckt ist Zwischen den beiden Metallschichten 84 und 86 ist eine Schicht aus Widerstandsmaterial 87 gedruckt, so daß die Länge des Stromweges zwischen den Metallschichtkontakten ungefähr ein Zehntel der Breite der Widerstandsschicht ist. Bei einem solchen Muster mit einem Zehntel Quadrat und einem Widerstand von 100 Ohm pro Quadrat des Widerstandsmaterials wird also ein Widerstandswert von 10Ohm erhalten. Die in den Fig.2, 10, 11 und 12 dargestellten Muster weisen keine Trennungen zwischen den Schichten aus Widerstandsmaterial auf. In den F i g. 13 und 14 sind Muster gezeigt in denen die Widerstandsschichten zur Erzeugung eines gewünschten Widerstandswertes geteilt sind.

Das in Fig. 13 gezeigte Muster weist 3 Segmente von in Reihe geschalteten radialleitenden Schichten auf. Die Platte 89 weist nahe dem äußeren Umfang einen Metallschichtkontakt 90 über ungefähi ein Viertel der Länge des Umfanges auf. Ein Metallschichtkontakt 91 erstreckt sich nahe dem inneren Umfang der Platte 89 über etwa ein Viertel des Umfanges. Metallschichten 92 und 93 erstrecken sich entsprechend nahe dem inneren und äußeren Umfang über etwa ein Viertel der entsprechenden Umfange. Zwischen der Metallschicht 90 und einem Teil der Metallschicht 92 befindet sich ein Segment aus Widerstandsschicht 94 mit einem Radialleitweg. Zwischen der Metallschicht 91 und einem Teil der Metallschicht 93 ist ein Segment aus Widerstandsschicht 95 vorgesehen. Ein drittes Segment aus Widerstandsschicht 96 ist zwischen den Metalischichten 92 und 93 vorgesehen. Jedes Segment hat eine Länge, die effektiv einem Drittel der Breite entspricht, so daß jedes Segment ein Drittel Quadrat liefert. Die drei Segmente sind in Reihe geschaltet und geben insgesamt ein Quadrat mit einem großen Bereich zur Wärmeableitung.

Ein arideres wirksames Muster ist in Fig. 14 dargestellt. Die in F i g. 14 gezeigte Platte 105 weist einen Metallschichtkontakt 106 diametral gegenüber einem Metallschichtkontakt 107 auf. Zwischen den zwei Schichtkontakten 106 und 107 ist eine Schicht aus Widerstandsmaterial 108 auf der linken Seite der Platte 105 und eine Schicht aus Widerstandsmaterial 109 auf der rechten Seite der Platte 105 vorgesehen. Dieses Muster erzeugt zwei Segmente aus Widerstandsschicht die jeweils eine der 5fachen Breite entsprechende Länge besitzen, so daß jeweils 5 Quadrate entstehen. Bei Verwendung von Widerstandsmaterial mit 100 Ohm pro Quadrat hat also jedes Segment einen Widerstandswert von 500 Ohm. Die Segmente 108 und 109 sind zwischen den Metallschichtkontakten 106 und 107 parallel geschaltet so daß der Widerstand bei diesem speziellen Muster 250 Ohm beträgt

Ein anderes Schichtmuster für stromleitende Komponenten wie Leitungswiderstände ist in Fig. 15 gezeigt Die in Fig. 15 gezeigte Konstruktion wird vorteilhaft dann verwendet wenn die Widerstände aus irgendwelchen Gründen geschichtet werden sollen, wenn etwa die erzeugte Wärme in der Umhüllung der Widerstände lokalisiert werden solL Ein weiterer Vorteil der Schichtung von Widerständen liegt darin, daß große Leistungen leicht erreicht und sogar noch verstärkt werden können durch Einblasen von Left oder anderen Kühlmitteln über die Oberflächen der geschichteten

Widerstände.

Der in F i g. 15 gezeigte Widerstand weist eine erste Grundplatte 130 in gleicher Konstruktion wie die Grundplatte 21 in F i g. 4 auf. Diese spezielle K.onstruktion ist jedoch nicht notwendig, solange nur eine thermische Ableitung für die Widerstandsschicht vorgesehen ist.

Der in Fig. 15 gezeigte Widerstand weist ferner eine elektrisch isolierende Platte 31 über der Grundo platte 130 auf. Die Platte 131 trägt eine Widerstandsschicht 132 und nicht gezeigte Kontaktmittel. Auf der Seite der Widerstandsschicht 132 gegenüber der Grundplatte 130 ist eine zweite Grundplatte 133 angeordnet, die durch eine elektrisch isolierende Platte 134 von der Widerstandsschicht 132 getrennt isi.

Die Platte 130 weist in der Mitte einen Bolzen 135 auf, auf dem die Platte 133 vorteilhafterweise zum Zusammenhalten der Elemente richtig befestigt wird. Die Elemente können aber auch durch geformtes thermisch

ao gehärtetes Plastik, das in unterdrehte Kanten in den Platten 130 und 133 eingreift, gehalten werden, wie es auch bei dem in F i g. 4 gezeigten Widerstand vorgesehen ist. Auf jeden Fall ist das stromleitende Element, wie etwa die Widerstandsschicht 132, zwischen zwei

a₅ Grundplatten mit glatten Oberflächen zur Befestigung an zusätzliche Widerstände, Kühlrippen oder Chassis geschichtet. Bei diesem Aufbau kann die Wärme zur effektiven Ableitung und wirksameren Kühlung des Widerstandes in zwei Richtungen abgeleitet werden.

so uie Leistungswiderstände, können vorteilhafterweise in der m den F i g. 16 und 17 gezeigten Art geschichtet werden, diese Widerstände haben einen Schichtaufbau. Zum Zweck der Darstellung ist angenommen, daß die Schichtwiderstande der Fig. 16 und 17 den in Fig.4

gezeigten Aufbau haben.

ι g. 17 sind acht ebene Leistungswiderstände 140 rechtwinklige, wärmeleitende Platten 141 ge-Die Endplatten, wie die Platte 142, können auch schichtung eingeschlossen sein. Die Schichten

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Leistung bei

Z is

um die Widerstände

Minute gemessen. Bei hinreichender Kühlung wächst die Leistungsrate der Widerstände über die Rate mit einfacher Konvektionskühlung an.

Die Konvektion der Schichtung und der zur Kühlung mit Druck hineingeblasenen Luft erhöht nicht nur die Leistungsrate der Widerstände sondern schafft auch

einen wirksamen Weg der Lokalisierung und Ableitung der durch die Leistungswiderstände erzeugten Wärme. Diese Eigenschaft der Schichtkonstruktion mit wirksamer Wärmeleitung kann vorteilhafterweise bei Präzisionsausrüstungen, wie etwa bei Computern und Labortesteinrichtungen, verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Leistungswiderstand, bestehend aus einer thermisch gut leitenden Grundplatte, einer auf der Oberseite der Grundplatte und elektrisch isoliert von dieser angeordneten Widerstandsschicht sowie einer Abdeckung für die Widerstandsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberseite der metallischen, mit ihrer ebenen Unterseite in Wärmeleitungskontakt mit einer Unterlage bringbaren Grundplatte (3) ein Montagebolzen (10) ausgeht und eine Durchgangsbohrung (7) sich in Längsrichtung durch den Bolzen (10) und durch die Grundplatte (3) erstreckt und daß auf der Oberseite der Grundplatte (3) eine thermisch gut leitende, elektrisch isolierende, die Widerstandsschicht (2) tragende Trägerschicht (4) sowie die Abdeckung für die Widerstandsschicht (2) rings um den Bolzen (10) angeordnet sind (F ig. 1).

2. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus einer die Widerstandsschicht (2) sowie die Trägerschicht (4) einbettenden Kunstharzmasse(8)besteht(Fig. 1).

3. Leistungswiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der Kunstharzmasse gegen Dreh- und Axialbewegungen der Bolzen (10) einen mit einer Rändelung (15) versehenen Oberteil (9) vergrößerten Durchmesser aufweist (Fig. 1).

4. Leistungswiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verankerung der Kunstharzmasse (29) die Grundplatte (21) eine zurückgesetzte, in Umfangsrichtung verlaufende seitliche Lippe (27) aufweist (F i g. 4).

5. Leistungswiderstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lippe (27) radial gerichtete Rippen (28) vorgesehen sind (F i g. 4).

6. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung von einer zweiten Grundplatte (133) gebildet wird, die durch eine zweite thermisch gut leitende, elektrisch isolierende Schicht (134) von der Widerstandsschicht (132) getrennt ist (F i g. 15).

7. Leistungswiderstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Bolzens (t0; 22; 135) mit der Oberseite der Abdeckung fluchtet zwecks Bildung einer ebenen Oberseite des Leistungswiderstandes (Fig. 1,4,15).

8. Leistungswiderstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der scheibenförmigen Grundplatte (3; 21; 32; 130) mit den Seitenflächen der Abdekkung fluchten (F i g. 1,4,5,15).

9. Leistungswiderstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (10; 22; 135) einstückig mit der Grundplatte (3; 21; 130) verbunden ist (F i g. 1,4,15).

10. Leistungswiderstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (4) aus Keramik besteht (F i g. 2).

11. Leistungswiderstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (2; 51; 71; 87; 94; 95; 96; 108; 109) so angeordnet ist, daß die bei Stromfluß durch die Widerstandsschicht entwickelte Temperatur in Bereichen in der Nähe des Bolzens wesentlich größer ist als in den von dem Bolzen entfernt liegenden Bereichen (F i g. 2,7,9.12.13.14).

IZ Leistungswiderstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht aus mehreren hintereinander — oder parallel — geschalteten radial durchflossenen Schichtsegmenten (94,95,96 bzw. 108,109) besteht (F i g. 13 bzw. 14).

13. Leistungswiderstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Metallschichten (52, 53) zur Kontaktierung der Widerstandsschicht (51) vorgesehen sind und daß nach außen führende Anschlußmetallstreifen (54, 55) oberhalb der entsprechenden Metallschichten auf der Trägerschicht (50) festgenietet sind, wobei das untere verbreiterte Nietende in einer auf der Unterseite der Trägerschicht (50) vorgesehenen Ausnehmung (58) versenkt ist und das Nietende sowie der verbleibende Teil der Ausnehmung (58) mit Kunstharz angefüllt sind (F i g. 7,8).