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Elektrischer Regelwiderstand aus Kontaktdruckelementen mit federnder
Preßvorrichtung. Eine sehr einfache Form von Regulierwiderständen kann man bekanntlich
durch Aufeinanderschichten von Platten aus Kohle oder anderen Stoffen erhalten.
Bei den bekannt gewordenen Konstruktionen dieser Art werden als Elemente an Stelle
der Platten auch Stäbe, Körner oder Pulver verwendet. Die Ohmzahl eines solchen
Widerstandes wird um so kleiner, je mehr der Druck zunimmt, mit welchem die Elemente
zusammengedrückt werden. Die Art, wie sich die Ohmzahl r in Abhängigkeit von der
Pressung p ändert, ist in der Fig. z dargestellt. Die wirksamste Widerstandsänderung
ergibt sich bei kleinen Werten des Druckes Wegen der allgemein wenig elastischen
Beschaffenheit der verwendeten Materialien, z. B. der Kohle, war es recht schwierig,
mit starr geführten Druckflanschen sprungweise Änderungen des Widerstandes y zu
vermeiden. Wegen solcher Schwierigkeiten sind Regulierwiderstände dieser Art lange
Zeit nicht verwendet worden.
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Erst mit der Verwendung von federnden Druckflanschen haben sich die
sogenannten Kohlendruckregler in verschiedene Zweige der Elektrotechnik eingeführt.
Nun besitzen Federn im allgemeinen eine Druckwegcharakteristik entsprechend Kurve
a in Fig, 2, d. h. der Druck p ist dem Durchbiegungsweg s der Feder proportional.
Wird ein elastisches Glied mit den durch die Kurve a in Fig. 2 dargestellten proportionalen
Eigenschaften z. B. in eine Säule von Kohlenplatten mit Ohmdrucklzurve nach Fig.
z eingeführt, so ergibt dies die Ohm-Weg-Kurve a der Fig. 3 mit deutlich ausgeprägtem
Abbiegen. Bei . den niederen Ohmzahlen, also großem Druck, kann die Änderung des
Widerstandes y pro Einheit des Weges s ungefähr zehn- und mehrfach geringer sein
als bei hohen Ohmzahlen (kleinem Druck). Ein solches Verhältnis ist für viele Anwendungen
unerwünscht.
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Der Gegenstand der Erfindung ist die Anwendung einer progressiven
Federkraft, d. h. eine Federung, deren Gegenkraft mehr als proportional mit dem
Abstand der Druckflanschen zu- oder abnimmt.
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Es ist für die Erfindung ganz gleichgültig, auf welche Weise eine
solche Federung hergestellt wird, ob mit einer einzigen oder mit mehreren Einzelfedern,
ob die Änderung der Elastizität stufenweise oder kontinuierlich erfolgt. Die Kurve
b der Fig. 2 veranschaulicht beispielsweise die Eigenschaften einer kegelmautelförmig
ausgebildeten Druckfeder d aus Stahldraht nach Fig. q.. Mit zunehmender Pressung
legen sich zuerst die weiten Windungen großer Elastizität an den Preßflansch f an,
und es bleiben bei großem Druck nur noch wenige enge Windungen wirksam, so daß die
Druckänderung pro Wegeinheit viel größer wird. Schaltet man eine solche Feder nach
Kurve b (Fig. 2) in die gleiche Säule von Kohlenplatten k, so ergibt sich die Ohmwegkurve
b der Fig. 3 mit ganz bedeutend weniger ausgesprochener Biegung. Wollte man die
Wirkung noch mehr ausprägen, so wäre bloß der Federkonus stumpfer und der W indungsabstand
größer zu wählen, um die punktiertgezeichnete proportionale Ohmwegkurve c zu erzielen.
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Doch auch ohne die Abmessungen der Feder
zu verändern,
bestehen nach der Erfindung unbeschränkte Möglichkeiten für die Änderung der Arbeitslinien,
indem die Federauflage nicht nur als ebener, sondern auch als hohler oder vorspringender
Körper (nach Fig. 4.a) verschiedenster Form gestaltet sein kann. Wird die Form der
Federunterlage einstellbar ausgebildet, so ist dadurch jede Möglichkeit zur Anpassung
der Arbeitslinien an die jeweiligen Anforderungen gewährleistet.
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Es ist augenscheinlich, daß mit jeder anderen Federform, wie Blattfedern,
Spiralfedern usw., bei welcher die freie, wirksame Federlänge nicht über den ganzen
Weg . konstant bleibt, gleiche Ergebnisse erzielt werden können. In sinngemäßer
Anordnung lassen sich auch mit Zugfedern gleiche Wirkungen erzielen.
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Ebenso ist einleuchtend, daß die ungünstige Ohmwegcharakteristik von
Kontaktdruckelementen mit einer gewöhnlichen Feder und einem Preßmechanismus mit
veränderlichen Hebelarmen auf einen günstigeren Verlauf gebrächt werden kann. Ein
Beispiel hierfür ist die in Fig. 5 skizzierte Anordnung, bei welcher die vom Hebel
P und die vom beweglichen Preßflansch f zurückgelegten Wege sich verhalten wie der
Winkel zu seinem Kosinus. In der Nullage (Fig. 5) bewirkt die Drehung des Hebels
p um den Winkel a - eine sehr geringe Druckänderung. In der Endlage (Fig. 5 a) dagegen
bewirkt die gleiche Drehung -um den Winkel u eine viel größere Verschiebung des
Preßflansches und somit eine viel stärkere Druckänderung. Diese Veränderung des
Druckzunahmeverhältnis:es
bewirkt für die gewöhnliche proportionale Feder eine ähnliche Abflachung der Ohmwegkurve,
wie für die konische Feder graphisch dargestellt wurde. Der Preßmechanismus kann
zu diesem Zweck natürlich auch eine beliebige andere Form und Zusammensetzung haben,
und es mögen dabei eine oder mehrere Federn zur Verwendung kommen. Durch entsprechende
Anordnung der Federn und Ilebel kann die Biegung der Ohmwegkurve anstatt vermindert
auch verstärkt werden. Der gewünschte Zweck kann endlich auch durch gleichzeitige
Anwendung von unproportionalen Federn und veränderlichem Verhältnis der Hebelarme
erzielt werden.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung deckt sich mit demjenigen der Regulierwiderstände
für Handbetätigung, für Fernsteuerung, für automatische Regulierung, für Signalwesen
usw.