DE280604C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf die Selbstregelung elektrischer Stromkreise, z. B. auf die Konstanthaltung der Spannung mittels eines Widerstandes, welcher einen sehr hohen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt und auf Spannungs- bzw. Stromänderungen. sehr rasch anspricht, um ihnen entgegenzuwirken. Die Vorrichtung besteht aus einem festen Widerstand, vorzugsweise in Fadenform, weleher als wesentlichen Bestandteil einen Stoff mit hohem nagativen Temperaturkoeffizienten, wie z. B. Bor, enthält, und zu welchem ein Heizkörper, bestehend aus einem anderen Stoffe mit verhältnismäßig niedrigem Temperaturkoeffizienten, wie z. B. Kohlenstoff oder Wolfram, parallel geschaltet ist. Der Widerstandskörper ist in einem Gefäß untergebracht, welches entlüftet sein kann, vorzugsweise aber ein Gas von großer Wäimeleitfähigkeit enthält.

In der Zeichnung veranschaulichen Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele, bei welchen der Widerstandskörper in einer Lampenglocke untergebracht ist, so daß er leicht in einen Stromkreis eingeschaltet werden kann. Die Fig. 3 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform für die Verbindung des Widerstandskörpers mit den Stromeinführungsdrähten. -Die Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstabe einen Querschnitt durch eine besonders geeignete Ausführungsform, bei welcher Widerstand und Heizkörper in einem einzigen Körper vereinigt sind. Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit getrenntem Widerstand und Heizkörper und ohne das einschließende Gefäß. Die Schaltbilder der Fig. 6 und 7 veranschaulichen zwei Anwendungsformen des Selbstregelungswiderstandes für die Konstanthaltung der Spannung an einer Last, z. B. Lampen usw., und Fig. 8 und 9 veranschaulichen für zwei Ausführungsformen des Wider-Standes, schaubildlich den Zusammenhang von Strom und Spannung.

Das Element Bor besitzt einen außerordentlich hohen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten, d. h. sein Widerstand sinkt außerordentlich mit steigender Temperatur. Es wurde daher bereits seine. Anwendung zur Herstellung von Widerständen für die Selbstregelung elektrischer Stromkreise vorgeschlagen. Es wurde nun gefunden, daß man durch Vereinigung eines Widerstandes von solcher Charakteristik mit einem Heizkörper und erforderlichenfalls noch mit einem in Reihe geschalteten gewöhnlichen Widerstand und durch geeignete Bemessung des Heizkörpers und Widerstandes eine Widerstandseinheit schaffen kann, welche in einem sehr weiten Strombereich konstante Spannung aufweist. Der Heizkörper kann bei geeigneter Bemessung in Nebenschluß zum Borkörper geschaltet werden und soll mit ihm vorzugsweise in gut wärmeleitender Verbindung stehen. Die richtigen Abmessungen für

den Heizkörper und für den Widerstandskörper können mit beträchtlicher Genauigkeit berechnet oder durch wenige einfache Versuche leicht bestimmt werden.

Der Widerstand wird vorzugsweise in bekannter Weise in Fadenform gebaut, indem auf einer fadenförmigen Seele, welche die Rolle des Heizkörpers übernimmt, Bor niedergeschlagen wird. Zu diesem Zwecke wird ein dünner

ίο Faden aus Kohlenstoff, Wolfram, Tantal oder einem anderen hitzebeständigen Stoff mit Bor überzogen, indem man den Faden beispielsweise in der in der amerikanischen Patentschrift 1019569 beschriebenen Weise bei erhöhter Temperatur mit einer Mischung von Borchlorid und Wasserstoff behandelt. Die Dicke des Borüberzuges im Verhältnis zum Durchmesser der Seele ist je nach der gewünschten Charakteristik des Regelungswider-Standes verschieden. Auf diese Weise wird ein zusammengesetzter, fadenförmiger Regelungswiderstand mit dem in Fig. 4 dargestellten Querschnitt geschaffen, bei welchem die Borhülle ι und die Seele 2 elektrisch parallel geschaltet sind. Die. Fadenform gestattet dem Widerstand sehr schnelle Temperaturänderungen und befähigt ihn dadurch, bei der Anwendung für die Selbstregelung eines Stromkreises sehr schnell auf Spannungs- oder Stromänderungen anzusprechen und ihnen entgegenzuwirken.

Bei niedriger Spannung wird der Strom großenteils durch die Seele aus Kohlenstoff usw. geführt, bei höherer Spannung dagegen beginnt der durch die Seele erhitzte Borüberzug einen sehr rasch anwachsenden Teil des Stromes zu führen. Es kann infolgedessen ein Leiter geschaffen werden, welcher für einen Strom, der einen bestimmten Wert (a in Fig. 8) übersteigt, einen im wesentlichen konstanten Spannungsabfall (δ) an seinen Klemmen für verhältnismäßig weite Stromschwankungen aufweist, wie die Schaulinie dieser Figur zeigt, gemäß welcher die Spannung an den Widerstandsklemmen im wesentlichen konstant ist, selbst wenn der Strom zwischen den Grenzen a und c schwankt. Falls es gewünscht wird, kann dem Regelungswiderstand durch geeignete Bemessung seiner Teile sogar eine fallende Charakteristik gegeben werden, so daß eine Zunahme des Stromes von einer Abnahme des Spannungsabfalles begleitet ist, wie die Schaulinie der Fig. 9 innerhalb der Stromgrenzen a' und c' zeigt. Ein Regelungswiderstand mit schwach abfallender Charakteristik kann erforderlichenfalls durch Reihenschaltung mit einem passend bemessenen gewöhnlichen Widerstand von.positivem Temperaturkoeffizienten derart kompensiert werden, daß sich wie bei Fig. 8 in einem bestimmten Strombereich ein konstanter Spannungsabfall ergibt.

Der Regelungswiderstand wird in einer Lampenglocke oder einem anderen Gefäß untergebracht, welches entweder luftleer oder besser mit einem Gas von hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Wasserstoff, gefüllt ist. Die Fig. 1 zeigt eine derartige Ausführungsform. Der fadenförmige, nach Fig. 4 hergestellte Regelungswiderstand 3 ist durch feine, unterteilte Drähte 4, die beispielsweise aus Kupfer bestehen, nachgiebig an den üblichen Stromeinführungsdrähten 5 befestigt. Zur Verbindung des Fadens 3 mit den Drähten 4 dienen in bekannter Weise Kittknoten 6 aus einer Paste von hohem Widerstand, welche vorzugsweise aus einer Borverbindung und einem anderen hitzebeständigen, leitenden Stoff bestehen, ζ. B. Wolfram, Kohlenstoff o. dgl. Diese Paste ist geeigneter als die gewöhnliche kohlenstoffhaltige Paste in Anbetracht des hohen Wider-Standes des Fadens. Bei Anwendung- einer Paste von geringem Widerstand würde der Faden örtlich an der Verbindungsstelle erhitzt und seine Lebensdauer verkürzt werden. Bei Anwendung einer Paste, die ungefähr den Widerstand des Fadens hat, wird eine bessere Stromverteilung an der Verbindungsstelle gewährleistet. Eine geeignete Paste kann hergestellt werden, indem ein Gemenge von etwa 70 Teilen Bor und 10 Teilen Wolfram in Wasserstoff im elektrischen Lichtbogen geschmolzen wird. Die Schmelzmasse wird fein gemahlen und mit Pech oder Sirup bis zur Konsistenz einer dicken Creme gemischt. Die zu einem großen Teil aus Bor bestehende Paste besitzt auch den Vorteil, daß ihr Ausdehnungskoeffizient sich demjenigen des Borfadens nähert, wodurch ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Faden und dem Kittknoten ermöglicht und das Abspringen des letzteren bei Temperaturschwankungen verhütet wird.

Die Fig. 2 zeigt einen Regelungswiderstand aus Bor in der Ausführung nach Fig. 4, bei welchem von den nachgiebigen Verbindnugsstücken 4 abgesehen ist, indem der kurze Widerstandskörper 7 unmittelbar mit den Einführungsdrähten 8 durch Kittknoten von hohem Widerstand verbunden ist. In diesem Falle macht die geringe Länge und der größere Durchmesser des Widerstandskörpers die nachgiebige Verbindung entbehrlich. Fig. 3 veranschaulicht eine andere nachgiebige Verbindungsform, und zwar durch Schraubenfedern 10 aus Molybdän- oder Wolframdraht.

Ein Regelungswiderstand der beschriebenen Art kann, wie Fig. 6 zeigt, dazu dienen, um die Spannung an einer Last, die sonst Spannungsschwankungen ausgesetzt wäre, z. B. an den Lampen 11 eines Straßenbahnwagens, konstant zu halten. In Reihe mit der Verzweigung 11-12 ist ein weiterer Regelungswiderstand 13 mit positivem Temperaturkoeffizienten geschal-

tet, welcher beispielsweise aus Wolframdraht in einer Wasserstoffatmosphäre bestehen kann. Je nach den Schwankungen der Netzspannung führt der Regelungswiderstand 12 einen größeren oder' kleineren Teil des Stromes, wobei die Spannung an seinen Klemmen, wie bereits oben an Hand der Fig. 8 ausgeführt wurde, konstant bleiben mag. Der Spannungsüberschuß wird in Widerstand 13 aufgezehrt.

Fig. 7 veranschaulicht eine Anwendung des Regelungswiderstandes zur Konstanthaltung der Spannung an den Klemmen eines Generators, welcher mit veränderlicher Geschwindigkeit läuft, wie z. B. auf einem Kraftfahrzeug. Der Stromerzeuger 14 ist mit zwei einander entgegenwirkenden Nebenschlußfeldwicklungen 15 und 16 ausgerüstet. In Reihe mit der Feldwicklung 16 liegt der Regelungswiderstand 17 mit negativem Temperaturkoeffizienten. In diesem Falle soll der Regelungswiderstand so gebaut sein, daß sein Strom und seine Spannung in der in der Fig. 9 veranschaulichten Weise zusammenhängen. Bei einem Borfaden von dieser Charakteristik ist es möglich, mit ihm einen Widerstand von bestimmtem Werte in Reihe zu schalten, derart, daß die Spannung an den Klemmen beider, des Fadens und des Widerstandes, zusammengenommen in dem Strombereich a' bis c' der Fig. 9 konstant ist. Dem Widerstand des Feldes 16 wird dieser bestimmte Wert gegeben. Wenn der Stromerzeuger sich beschleunigt und dadurch seine Spannung erhöhen will, nimmt der Widerstandswert des Regelungswiderstandes ab und veranlaßt dadurch die Feldwicklung 16, mehr Strom aufzunehmen und infolge ihrer entmagnetisierenden Wirkung die Erregung des Stromerzeugers herabzusetzen. Auf diese Weise wird die Spannung praktisch konstant gehalten. Es war z. B. möglich, bei einem Stromerzeuger, dessen Geschwindigkeit zwischen 1200 und 3200 Umdrehungen in der Minute, also um 230 Prozent schwankte, die Spannungsschwankung auf einige wenige Hundertteile zu beschränken.

In manchen Fällen können der Regelungswiderstand und dei Heizkörper außer unmittelbarer Berührung miteinander stehen, wie Fig. 5 zeigt, ohne daß aber ihre elektrische Parallelschaltung aixfgehoben wird. Der z. B. aus Bor bestehende Körper 23 ist innerhalb eines Rahmens 24 aus geschmolzenem Quarz untergebracht, um welche der Heizdraht 25 gewickelt ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Widerstand für die Selbstregelung elektrischer Stromkreise, gekennzeichnet durch einen Körpei aus Bor oder einem anderen Stoff von hohem negativen Temperaturkoeffizienten mit parallel geschaltetem Heizkörper, wobei beide Körper in bekannter Weise einen zusammengesetzten Faden mit einer Seele aus Kohlenstoff, Wolfram, Tantal, u. dgl. und einem Überzug aus Bor bilden können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.