DE393258C - Elektrisches Widerstandselement - Google Patents

Elektrisches Widerstandselement

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DE393258C
DE393258C DEA35940D DEA0035940D DE393258C DE 393258 C DE393258 C DE 393258C DE A35940 D DEA35940 D DE A35940D DE A0035940 D DEA0035940 D DE A0035940D DE 393258 C DE393258 C DE 393258C
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    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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Description

  • Elektrisches Widerstandselement. Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom z. Juni igi i die Priorität auf Grund der Anmeldung in England vom g. November 192o beansprucht. .Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Widerstandselement mit zwei geeigneten Elektroden, die durch das Widerstandsmaterial leitend miteinander verbunden sind. Nach der Erfindung besteht dieses Widerstandsmaterial aus einem erschmolzenen Gemisch von Kupferoxydul und Kupferoxyd, das in der nachstehend näher beschriebenen Weise erzeugt und verwendet ist Mit der Oberfläche eines Kupferoxydblocks bringt man zwei Elektroden in Berührung, zwischen denen ein elektrischer Lichtbogen hergestellt werden kann. Dieser erzeugt eine Schmelze, die aus einem Gemisch von Kupferoxydul und Kupferoxyd besteht, das sich als ein für viele Zwecke hervorragendes elektrisches Widerstandsmaterial erwiesen hat. Am besten wird so vorgegangen, daß die auf die Oberfläche des Kupferoxydblocks aufgedrückten leitenden Elektroden an eine geeignete Stromquelle angeschlossen, zunächst in Berührung miteinander gebracht und dann auseinandergezogen werden. Hierbei bildet sich ein Lichtbogen, der auf oder unmittelbar unter der Oberfläche des Oxyd blocks verläuft und die Schmelze erzeugt. Wird Gleichstrom verwendet, so ist der Widerstand in verschiedenen Abständen zwischen den beiden Elektroden verschieden, so daß man, je nachdem das Material näher oder entfernter von der einen Elektrode entnommen wird, Material von verschiedenem Widerstande erhält. Die Verwendung erfolgt am besten in Gestalt einer kleinen Perle, die zwei Platindrähte miteinander verbindet. Verwendet wird das Material in der Form, daß die Platinelektroden mit der Oxydperle in ein Rohr eingeschlossen werden, das mit einem neutralen Gas oder einem höheren oder niedrigeren Vakuum gefüllt ist.
  • In der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung erläutert. Abb. z und 2 zeigen die Herstellung der Schmelze durch Erzeugung eines Lichtbogens auf der Oberfläche eines Kupferoxydblocks, Abb. 3 bis 5 stellen die Erzeugung des Widerstandselementes durch Aufbringen einer Oxydperle auf zwei, nicht in unmittelbarer leitender Berührung miteinander stehende Platinelektroden dar, Abb.6 zeigt eine Ausführungsform des verwendungsbereiten Elements, und Abb. 7 stellt die Eigenschaften des Materials dar.
  • Der Kupferoxydblock wird aus pulverisiertem Kupferoxyd oder aus Kupferkarbonat hergestellt. Letzteres ist im allgemeinen leichter zu erhalten. Es wird bis zur' Rotglut erhitzt, woraus sich Kupferoxyd in pulverisierter Form ergibt. Dieses wird bei Abkühlung mit Wasser gemischt und unter Druckanwendung zu einem ziegelsteinartigen Block geformt, wie bei B in Abb. r und z dargestellt.
  • Es ist erwünscht, daß alle Verunreinigungen beseitigt werden und der Block fast ausschließlich aus Kupferoxyd besteht. Dann erhält man die herzustellende Schmelzmasse in der Weise, daß zwei Kupferelektroden C, E (auch andere Elektrodenmaterialien sind untersucht worden, haben aber kein befriedigendes Ergebnis gezeigt) hintereinander in einen elektrischen Stromkreis, bestehend aus der Gleichstrommaschine D und dem regelbaren Widerstand A, R, eingeschaltet werden. Es ist wichtig, daß die Gleichstrommaschine eine vergleichsweise hohe Spannung ergibt, z. B. 230 Volt. Die Elektroden C, E werden zur Berührung miteinander gebracht und dann langsam auseinander gezogen, so daß sich in der üblichen Weise ein Lichtbogen bildet. Eine der Elektroden kann fest in dem Oxydblock B eingebettet werden, während die andere Elektrode auch in Kontakt mit der Oberfläche des Blocks gebracht und dann, auf diesem schleifend, langsam von der anderen entfernt wird. Unter der Einwirkung des Lichtbogens erhitzt sich das Oxyd da, wo es vom Lichtbogen bestrichen wird, und kommt in geschmolzenen Zustand, wodurch sein Widerstand ganz erheblich vermindert wird. Die Elektroden werden dann nach und nach immer weiter voneinander entfernt, so daß immer mehr Oxyd erhitzt und gegebenenfalls auch der Lichtbogen verlöscht wird, während der Stromschluß zwischen beiden Elektroden durch die Oberfläche des Kupferoxydes aufrechterhalten bleibt. Der dadurch hergestellte Stromweg ist bei 1' in Abb. 2 angedeutet, er versetzt das Material, in dem er verläuft, in helle Rotglut. Das Kupferoxyd im Bereich dieses Stromweges wird vollständig geschmolzen und kann jeweilig abgenommen und durch frisches Oxyd ersetzt werden, um den Stromweg aufrechtzuerhalten oder ihn noch zu vergrößern.
  • Der Grund für die Behandlung des Kupferoxyds in der Form eines ziegelsteinartigen Blocks ist der, daß geschmolzenes Kupferoxyd sowohl Silizium als auch die meisten feuerfesten Tone angreift, aus denen man Schmelztiegel herstellen könnte. Selbstverständlich könnte man aber auch die Behandlung des Oxyds mit dem Lichtbogen in einem Platintiegel vornehmen, aber das vorstehend beschriebene Verfahren der Bestreichung der Oberfläche eines Kupferoxydblocks mit einem Lichtbogen wird bevorzugt, da es sich als äußerst geeignet erwiesen hat, namentlich für die Herstellung des Widerstandselementes, das nunmehr beschrieben werden soll.
  • Zur Erzeugung eines solchen Elements, das einfach in elektrische Stromkreise eingeschaltet werden kann, wird nachstehendes Verfahren angewendet, vorausgesetzt, daß der Strom, von dem das Element durchflossen werden soll, nicht allzu stark ist: Man nimmt zwei Stücke Platindraht, die sehr dünn sein können und formt an dem Ende des einen der Drähte 1I"1 eine Schleife L1, Abb. 5. Durch diese wird der zweite Draht W2 gezogen, und dann auch aus diesem eine Schleife L'= gewickelt, so daß durch die beiden Schleifen die Drähte gelenkig zusammenhängen. Diese.Drähte werden dann, wie in Abb. q. ersichtlich, zusammengebogeil und mit einem Zangenmaul 1" erfaßt, so daß die Schleifen L1 und L2 sich in einer mittleren Lage befinden, wobei die Drähte selbst aber einander nicht berühren dürfen. Dann werden die Drähte in das geschmolzene Kupferoxyd auf der Oberfläche des Blocks in dem Stromweg 1' eingetaucht und damit ein Kügelchen des geschmolzenen Materials herausgenommen, das die Drähte an der Stelle, wo sich die beiden Schleifen befinden, umgibt und umfaßt und, wenn man die Drähte aus der geschmolzenen Masse herausnimmt, daran hängen bleibt und erstarrt.
  • Um das so hergestellte elektrische Widerstandselement vor Beschädigungen zu sichern, wird es zweckmäßig so eingeschlossen, daß reduzierende Gase keinen Zutritt haben oder zu hohe Temperaturen nicht darauf einwirken können, wodurch das geschmolzene Material zu Kupfer reduziert werden könnte.
  • Eine für praktische Zwecke brauchbare Ausführungsform eines Widerstandselements ist in Abb. 6 dargestellt: Hier ist das Element R, E in einem engen Rohr T eingeschlossen, durch dessen Enden die Platindrähte hindurchreichen. Die Durchtrittsstellen sind verkittet mit einer Masse I', 1', zweckmäßig aus gebranntem Gips. Zur größeren Sicherheit ist noch ein äußeres Rohr T1 vorgesehen, das das Rohr T umfaßt und an den Enden mit Metallkappen 1I, C abgeschlossen ist, durch die das innere Rohr hindurchragt.
  • Die Metallkappen sind mit Metallrohrstükken aI, T umgeben, an denen Anschlußstreifen Z', I' vorgesehen sind. Mit Hilfe dieser kann das Element in einen beliebigen Stromkreis eingeschaltet werden, nachdem die Enden der Platindrähte in die Metallrohrstücke aI, C eingelötet oder sonstwie damit verbunden sind.
  • Das Widerstandsmaterial besteht, wie erwähnt, aus einem Gemisch von Kupferoxydul und Kupferoxyd in wechselnden Anteilen. Das Kupferoxydul hat einen sehr viel kleineren Widerstand als das Kupferoxyd. Demgemäß muß der Widerstand des Materials um so niedriger sein, je mehr Kupferoxydul darin enthalten ist, und um so höher, je größer der Gehalt an Kupferoxyd ist.
  • Es hat sich nun ergeben, daß der Widerstand des geschmolzenen Materials, das in dem Stromweg 1', Abb. 2, enthalten ist, sich in dem Maße vergrößert, wie man sich der positiven Elektrode nähert, und daß der Widerstand nach der negativen Elektrode zu immer geringer wird. Je nachdem man also die Perle, die den Widerstand bilden soll, in der Nähe der positiven oder in der Nähe der negativen Elektrode entnimmt, wird der Widerstand größer oder geringer und kann daher nach Bedarf bemessen werden. Durch Erhöhung der Stromstärke können übrigens die Widerstandsänderungen erheblich vergrößert werden. Das dürfte auf einer elektrolytischen Wirkung in der geschmolzenen Masse beruhen, indem am positiven Pol eine Anhäufung von Kupfer und am negativen Pol eine Anhäufung von Sauerstoff stattfindet.
  • Um den Widerstand eines fertigen Elements einzuregeln, ist es nur notwendig, es auf denjenigen Grad in Luft- oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre zu erhitzen, bei dem Sauerstoff aufgenommen wird und der Widerstand sich demgemäß erhöht. Wenn anderseits der Widerstand herabgesetzt werden soll, so muß die Erhöhung in einer wasserstoffhaltigen oder sonstwie reduzierenden Atmosphäre vor sich gehen. Jedenfalls kann man durch diese Hilfsmittel diejenigen Widerstandsänderungen ausgleichen, die bei der beschriebenen Art der Herstellung des Elements unvermeidlich eintreten. Wenn das Element ziemlich hohen Temperaturen ausgesetzt werden soll, wie es bei gewissen Anwendungen der Fall ist, so würde sich sein Widerstand in Übereinstimmung mit der Art der Atmosphäre ändern, in der es untergebracht wird. Demgemäß ist es erforderlich, das Element einzukapseln. Ein zweckentsprechender Weg dafür ist in der bereits besprochenen Abb.6 angegeben. Wenn das so ausgestattete Element sich an Ort und Stelle befindet, so kann man es erhitzen, und die Widerstandsperle nimmt dann allen Sauerstoff auf, der in dem Behälter noch vorhanden ist. Der Widerstand bleibt dann gleichmäßig, was für Temperaturänderungen auch immer stattfinden mögen.
  • Für alle normalen Temperaturen ist übrigens das geschmolzene Material durchaus beständig, und nur für Grenzfälle sind die erwähnten Vorsichtsmaßregeln erforderlich. Temperaturänderungen von ungefähr Zoo ° C haben keinen bemerkenswerten Einfluß.
  • In Abb. 7 sind zwei Kurven wiedergegeben, die die Eigenschaften des Widerstandselements zeigen. Die punktiert gezeichnete Kurve zeigt das Verhältnis zwischen Widerstand und Temperatur. Es ist daraus ersichtlich, daß der Widerstand von To ooo Ohm bei Normaltemperatur auf ungefähr i5o Ohm bei -goo° fällt. Daraus ergibt sich, daß das Widerstandsmaterial bei normaler Temperatur nahezu als Isolationsmaterial anzusehen ist, während es bei Zoo" C den Durchgang einer genügenden Strommenge gestattet, um damit ein Relais o. dgl. zu betreiben. Die Vorrichtung hat daher die Eigenschaften eines Wärmerelais.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisches Widerstandselement, bestehend aus Metalloxyd mit Zuleitungselektroden, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxyd aus einem zusammengeschmolzenen Gemisch von Kupferoxydul und Kupferoxyd besteht.
  2. 2. Widerstandselement nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Platindrähten (W', YT' 2) bestehen, die durch eine angeschmolzene Perle aus dem Oxydgemisch leitend miteinander verbunden sind. .
  3. 3. Widerstandselement nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, ' daß? die Oxydschmelze durch einen, zwischen zwei mit einem Kupferoxydblock (B) in Berührung befindlichen Elektroden (C, E) hergestellten Lichtbogen erzeugt ist. q..
  4. Elektrisches Widerstandselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Lichtbogen zur Erzeugung der Oxydschmelze durch allmähliches Auseinanderziehen der auf dem Kupferoxydblock (B) aufruhenden Elektroden (C, E) hergestellt ist.
  5. 5. Elektrisches Widerstandselement nach Anspruch q, gekennzeichnet durch die 'Entnahme der Oxydschmelze von der Oberfläche des Oxydblocks.(B), je nach dem zu erzielenden Widerstand, näher oder entfernter von der einen oder der anderen zweier, von Gleichstrom gespeisten Elektroden (C, E).
  6. 6. Elektrisches Widerstandselement nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Schmelze durch Eintragung von Kupfer oder von Kupferoxyd in die auf der Oberfläche des Oxydblocks (B) sich bildende geschmolzene Masse geregelt ist.
  7. 7. Elektrisches Widerstandselement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Aufbringung einer Oxydgemischperle auf zwei ineinander greifende, nicht in unmittelbarer leitender Berührung miteinander stehende Platindrahtschleifen (L', L2). B. Elektrisches Widerstandselement nach Anspruch i bis 7, gekennzeichnet durch die Einschließung der Elektroden (It", 1I'2) mit der Oxydperle in ein Rohr (T), das ein neutrales Gas oder ein mehr oder weniger hohes Vakuum enthält.
DEA35940D 1920-11-09 1921-07-22 Elektrisches Widerstandselement Expired DE393258C (de)

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