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Variatorröhre, die mit einem indifferenten Gas oder Gasgemisch gefüllt
ist und zur Konstanthaltung des Stroms bei veränderlicher Spannung dient Die Erfindung
bezieht sich auf sogenannte Variatorröhren. Diese werden häufig dazu benutzt, den
elektrischen Strom in einem Kreis, dessen Widerstand oder dessen aufgedrückte Spannung
Anderungen ausgesetzt ist, konstant oder nahezu konstant zu halten. Allgemein bekannt
sind die meist mit Wasserstoff gefüllten Variatorröhren, in denen sich ein Eisendraht
befindet. Diese Variatorröhren besitzen die Eigenschaft, einen Strom. von nahezu
konstanter Stärke durchzulassen, auch wenn sich die Größe der Spannung zwischen
den Enden des in der Variatorröhre befindlichen Widerstandsdrahtes innerhalb bestimmter
Grenzen ändert.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Widerstandsdrähte aus Stahl
und aus Eisen-, Silizium- oder Manganlegierungen zu benutzen. In diesen Fällen lagen
jedoch nicht die Schwierigkeiten vor, die durch die Anwendung der Erfindung überwunden
werden.
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Es hat sich gezeigt, daß die obenerwähnten Eisendrahtvariatoren oft
die unangenehme Eigenschaft haben, daß während des Betriebes die Länge des Widerstandsdrahtes
abnimmt, was wahrscheinlich die Folge einer auftretenden Rekristallisierung ist.
Eine erhebliche Formänderung des Widerstandsdrahtes kann dadurch herbeigeführt werden.
Es hat sich auch als schwierig herausgestellt, Eisendrahtvariatoren zum Konstanthalten
kleiner Ströme geeignet zu machen, da in diesein Fall der Eisendraht eine so geringe
Dicke haben muß, daß die Herstellung des Drahtes Schwierigkeiten bietet.
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Die Erfindung hat den Zweck, diesem übelstand abzuhelfen.
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Eine Variatorröhre gemäß der Erfindung enthält nebst einer aus einem
oder mehreren indifferenten Gasen bestehenden Gasfüllung einen Widerstandsdraht,
der aus einer Metall-Legierung hergestellt ist, die Eisen und. mindestens eines
der Metalle Nickel und Kobalt enthält, und zwar etwa 4.o bis 85 °1'o Nickel oder
Kobalt oder Nickel -f- Kobalt und etwa 6o bis i SO/, Eisen. Derartige in
einer geeigneten Gasfüllung angeordneteWiderstandsdrähte zeigen nicht den oben beschriebenen
Nachteil einer Formänderung und ihre Zusammensetzung ist dabei derart, daß sie einen
größeren spezifischen Widerstand als Eisen aufweisen, so daß zum Konstanthalten
einer bestimmten Stromstärke die Drähte dicker als Eisendrähte gemacht werden können.
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Es können z. B. Widerstände, die aus einer Legierung von 4.o bis 85
°1'o Nickel und 6o bis 15 °1'o Eisen bestehen, mit großem Vorteil insbesondere zur
Herstellung von Variatorröhren angewendet werden, die ..zum Konstanthalten kleiner
Ströme dienen. Da der spezifische Widerstand.dieser Legierung bedeutend größer als
derjenige des Eisens ist, kann in einem bestimmten Fall dem Widerstandsdraht ein
ziemlich großer Querschnitt
gegeben werden, während der Temperaturkoeffizient
der Legierung nur wenig von dem des Eisens abzuweichen braucht, so daß die Wirkung
der Variatorröhre ebensogut ist wie die eines Eisendrahtvariators.
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Enthält eine Nickeleisenlegierung z. B. etwa 70 °1o Nickel, so ist
der Widerstandstemperaturkoeffizient nur wenig niedriger als der des Eisens, während
der spezifische Widerstand viel größer ist.
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Ein größerer spezifischer Widerstand kann durch Verringerung des Nickelgehalts
erzielt werden. Man muß sich dabei mit einem etwas kleineren Temperaturkoeffizienten
begnügen; ein Übelstand, der in einigen. - Fällen den großen Vorteil, daß dickere
Drähte benutzt werden können, nicht aufwiegt. Eine Legierung, mit der in solchen
Fällen gute Ergebnisse erzielt werden können, enthält etwa, 5 o % Nickel,.
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Besonders günstige Ergebnisse werden bei Verwendung praktisch reiner
Legierungen von Eisen mit Nickel oder Kobalt erzielt, da in einigen Fällen geringe
Beimischungen anderer Metalle schon eine beträchtliche Erniedrigung des Temperaturkoeffizienten
herbeiführen können. Dies ist besonders der Fall, wenn die Legierung Mangan und
Chroriz enthält, welche Stoffe häufig den Legierungen zugesetzt werden, um sie gut
bearbeiten zu können.
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Die Schwierigkeiten, die bei der Herstellung eines aus einer solchen
reinen Legierung bestehenden Widerstandsdrahtes auftreten, können dadurch vermieden
werden, daß man aus der Legierung einen Einkristall bildet und diesen zu einem Draht
verarbeitet.
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Im nachstehenden wird ein Beispiel für eine Variatorröhre gemäß der
Erfindung angegeben.
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Eine Hülle enthält eine aus einem indifferenten Gas bestehende Gasfüllung,
z. B. ein Edelgas, Stickstoff oder Wasserstoff. Der Druck dieser Gasfüllung ist
geringer als 5oo mm, z. B. 5o mm Quecksilbersäule. In dieser Gasfüllung- befindet
sich der Widerstandsdraht, der aus einer Legierung besteht; die Eisen und mindestens
eines der Metalle Nickel oder Kobalt enthält und deren Temperaturkoeffizient größer
als qoo - io 5 sein kann, z. B. aus einer Nickeleisenlegierung, die 70 °1o Nickel
enthält. Der Durchmesser des Widerstandsdrahtes kann z. B. 2o bis 25 Mikron betragen.
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Bei der Herstellung dieses Widerstandsdrahtes wird zweckmäßig von
einer praktisch reinen Nickeleisenlegierung ausgegangen, z. B. von einer Legierung,
die zweckmäßig weniger als 1/Q °/o bis höchstens 10/, Beimischungen enthält.
Sehr gute Ergebnisse sind z. B. mit einer Legierung erzielt worden, die aus Eisen,
das zu 99,8 °1a rein war, und aus Nickel, das zu 99,6°u rein war, hergestellt wurde.
Die die Legierung bildenden Stoffe können in einem Schamottetiegel geschmolzen werden,
der in einen elektrischen Ofen gesetzt wird. Zwecks Verhinderung der Oxydierung
der Legierung während des Schmelzens ist es erwünscht, ein inertes Gas, z. B. ein
Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff, durch den Ofen zu führen. Um aus 'der geschmolzenen
Legierung auf einfache Weise einen Einkristall herzustellen, kann eine Quarzröhre,
z. B. mit einem Durchmesser von i mri1, in die Schmelze eingesteckt werden. Läßt
man nun die geschmolzene Legierung mit einer geeigneten Geschwindigkeit in die Quarzröhre
emporsteigen, z. B. durch Verbindung des Röhrenendes mit einer Vakuumpumpe, so ergibt
sich, daß sich in der Quarzröhre ein Einkristalldraht bildet. Nach Entfernung der
Quarzröhre, was durch Ätzung mit Flußsäure geschehen kann, kann der Durchmesser
des Einkristalldrahtes durch Ziehen verringert und auf die erwünschten Abmessungen
gebracht werden.
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Der Kristall, aus dem der Widerstandsdraht hergestellt wird, kann
auch auf andere Weise erzeugt werden, z. B. dadurch, daß man eine geschmolzene Nickeleisenlegierung
sich langsam abkühlen läßt und aus der gebildeten Legierung einen Kristall aussägt.
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Die mit der Variatorröhre gemäß der Erfindung zu erzielenden Vorteile
sind aus der graphischen Darstellung zu entnehmen, in welcher die obere Kurve den
Verlauf des Temperaturkoeffizienten a und die untere Kurve den Verlauf der spezifischen
Leitfähigkeit k einer Eisen-Nickel-Legierung in Abhängigkeit von den prozentualen
Anteilen an Eisen und Nickel wiedergibt; dabei wächst der Nickelgehalt von links
nach rechts entsprechend den auf der Abszisse angegebenen Prozentzahlen.
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Aus der graphischen Darstellung ist zu ersehen, daß bei einem Nickelgehalt
von etwa 7o °1a der Temperaturkoeffizient der Legierung mit dem des Eisens übereinstimmt,
während die spezifische Leitfähigkeit erheblich niedriger als die des Eisens ist,
so daß die aus einer solchen Legierung hergestellten Widerstandsdrähte dicker gewählt
werden können.
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Weiterhin ergibt sich, daß bei einem Nickelgehalt zwischen qo und
85 °fa ein Gebiet liegt, in welchem der Temperaturkoeffizient nur wenig geringer
als der des Eisens ist, während andererseits aber die spezifische Leitfähigkeit
wesentlich niedriger als die des Eisens ist. Dieses Gebiet kommt in den Fällen in
Frage, in denen der Temperaturkoeffizient der Legierung etwas von dem des Eisens
abweichen darf.
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In besonderen Fällen, z. B. wenn die zu
regelnden
Ströme sehr klein sind, wird man mit Vorteil eine Legierung benutzen, die etwa 5o
°/o Nickel enthält, weil diese eine besonders niedrige spezifische Leitfähigkeit
besitzt, so daß die Drähte ziemlich dick sein können.