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Metalldrahtwiderstand mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten
Elektrische Geräte brauchen häufig eine gewisse Zeit, bis sie nach dem Anlegen der
Spannung ihre volle Wirksamkeit erhalten. So besitzen insbesondere die Glühkathoden
von Leuchtröhren und anderen Entladungsgefäßen mit oder ohne Gasfüllung eine beträchtliche
Anheizzeit. Der Zeitabstand zwischen dem Einschalten der Heizspannung und dem Beginn
der Elektronenaussendung beträgt häufig mehrere Minuten. Diese lange Anheizzeit
ist bedingt durch die Wärmekapazität der Kathode, die insbesondere bei mittelbarer
Heizung durch die meist verwendeten Isolierkörper beträchtlich vergrößert wird.
Es sind bereits Schaltanordnungen vorgeschlagen worden, bei denen den Kathoden unmittelbar
nach dem Anschalten für eine kurze Zeit ein verstärkter Heizstrom zugeführt ;wird,
um die Anheizzeit abzukürzen. Da diese Anordnungen jedoch einen beweglichen Schalter
enthalten, können sie leicht zu Störungen Anlaß geben. Das gilt vor allem, wenn
die Schaltanordnung stärkeren Erschütterungen ausgesetzt ist. Die Erfindung bezweckt
daher, elektrischen Geräten, wie insbesondere elektrischen Leuchtröhren und anderen
elektrischen Entladungsgefäßen, nach dem Anschalten für kurze Zeit einen verstärkten
Anfangsstrom zuzuleiten, um die Anlaufzeit abzukürzen, ohne daß bewegliche Schaltglieder
benutzt werden. Nach der Erfindung wird dem elektrischen Gerät in an sich bekannter
Weise ein Metalldrahtwiderstand mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten, insbesondere
ein Eisendrahtwiderstand,vorgeschaltet. Dieser Widerstand erhält eine solche Länge
und einen derart gedrängten Aufbau, daß der ihn durchfließende Strom erst nach mehr
als io Sekunden nach dem Einschalten sich bis auf io °/o dem Betriebsstrom nähert.
Diese Bemessung ist notwendig, um dieAnheizzeit der Kathode mit der Anheizzeit des
Metalldrahtwiderstandes in Einklang zu bringen. Während durch die Verstärkung des
Einschaltstromes die Anheizzeit der Kathode herabgesetzt wird, ist es notwendig,
durch die besondere Bemessung des Metalldrahtwiderstandes die Anheizzeit dieses
Widerstandes gegenüber den üblichen Anordnungen derart zu verlängern, daß sie sich
in Übereinstimmung mit der verkürzten Anheizzeit der Kathode befindet.
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Durch das eine Mittel, nämlich die Verwendung eines längeren Widerstandsdrahtes,
der selbstverständlich auch einen größeren Durchmesser erhalten muß, damit der elektrische
Widerstandswert unverändert bleibt, ergibt sich eine größere Widerstandsmasse, die
infolge ihrer größeren Wärmekapazität bei unveränderter Wattaufnahme erst nach wesentlich
längerer Betriebszeit auf ihre Endtemperatur kommt. Aber auch das andere
Mittel,
nämlich der gedrängte Aufbau des Vorschaltwiderstandes, wirkt in gleichem Sinne,
da von zwei Widerstandsdrähten, die gleich bemessen und gleich belastet sind und
daher erst bei gleicher Wärmeableitungsmenge ihre Endtemperatur erreichen, derjenige
mit gedrängtem Aufbau und daher schlechterem Wärmeableitungskoeffizienten längere
Zeit braucht, bis er seine wesentlich höhere Endtemperatur erreicht.
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Von diesem Gedanken der Erfindung wird keineswegs bei dem bekannten
Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem die verschiedenen Wattaufnahmen eines spannungsausgleichenden
Widerstandes ohne Veränderung seiner Abmessungen lediglich durch Veränderung seines
Wärmeableitungskoeffizienten beispielsweise durch engere oder weitere Wicklung ausgeglichen
werden sollen, damit der Widerstand sowohl bei schwachen als auch bei stärken Strömen
stets in dem gleichen Temperaturbereich arbeitet. Die außerordentlich günstige Wirkung,
die sich bei Verwendung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Widerstandes einstellt,
söll nachfolgend bei der Verwendung des Widerstandes als Vorschaltwiderstand für
die Glühkathode einer elektrischen Leuchtröhre gezeigt werden.
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Wird beispielsweise eine Glühkathode mit einem Heizstrom von i25 mA
und 75 Volt unter Benutzung eines üblichen Vorschaltwiderstandes aus dem 22o-Volt-1\Tetz
geheizt, so wird die Anheizzeit im allgemeinen 3 bis 4 Minuten betragen. Nimmt man
jedoch an Stelle eines üblichen Drahtwiderstandes einen Drahtwiderstand nach der
Erfindung, so vermindert sich die Anheizzeit der Kathode auf etwa den dritten Teil.
Hierbei besteht der Widerstand zweckmäßig z. B. aus einem Eisendraht von o,i mm
-6' und 25oo mm Länge. Durch die gedrängte Anordnung, wenn nötig, auch durch eine
Umhüllung des Widerstandes mit einem wärmestauenden Körper, z. B. einer Glasglocke,
und Füllung der Glocke mit Wasserstoff, Argon oder einem ähnlichen, nicht angreifenden
Gas,. ist dabei Sorge zu tragen, daß der Widerstand sich von der Raumtemperatur
langsam auf 45o° C erwärmt. Die von dem Widerstand zur Erwärmung gebrauchte Anheizzeit
muß dabei so bemessen sein, daß der Kathode eine ausreichend lange Zeit die erhöhte
Wattmenge zur schnelleren Anheizung zugeführt wird. Innerhalb dieser stark verkürzten
Anheizzeit der Kathode fließt anfangs ein Heizstrom, der ein Vielfaches des üblichen
Heizstromes beträgt und der dann langsam durch die von der Temperaturerhöhung hervorgerufene
Widerstandsvermehrung im Vorschaltwiderstand auf den Dauerstrom herabgedrückt wird.
Die Zeit, in der der Strom auf den Dauerstrom herabsinkt, ist durch die Wärmekapazität
des Vorschaltwiderstandes bestimmt und kann beispielsweise durch die Verwendung
von solchen Stützen für die Drähte erhöht werden, die aus Stoffen mit großer Wärmekapazität
bestehen.
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Außer Eisen können auch andere Metalle benutzt werden. Jedoch sind
allgemein diejenigen am günstigsten, die einen besonders hohen positiven Temperaturkoeffizienten
besitzen. Um bei der großen Länge des Vorschaltwiderstandes eine gedrängte Anordnung
zu erhalten, können verschiedene Mittel benutzt werden. Es ist beispielsweise möglich,
den Draht auf eine Anzahl winkliger Spulkörper zu wickeln. Solche Spulkörper sind
in der Abb. i dargestellt. Die Spulkörper bestehen aus oberen und unteren Rahmen
i, 2, 3, 4 aus leitenden oder isolierenden Stoffen und isolierenden Verbindungsstreben
i', 2', 3', 4', über die der nicht dargestellte Draht gewickelt wird. Die Spulkörper
können in der dargestellten Weise übereinandergeschoben werden. . Es wird zweckmäßig
zunächst der innerste, mit den Rahmen i versehene Spulkörper bewickelt. Dann wird
der die Rahmen 2 besitzende Spulkörper übergeschoben. Um hierbei den Draht in einfacher
Weise wieder nach außen zu bekommen, wird bei jedem Körper einer der Rahmen geschlitzt,
wie dies bei den unteren Rahmen dargestellt ist. An Stelle der viereckigen Spulkörper
können naturgemäß- auch drei-, fünf- oder mehreckige Spulkörper benutzt werden.
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Als besonders zweckmäßig hat sich die Anordnung nach Abb.2 erwiesen.
In einem abgeschlossenen, zweckmäßig mit nicht angreifenden Gasen gefüllten Glasgefäß
5 sind zwei Kreuze 6 aus U-förmigem Blech übereinanderliegend angeordnet und durch
einen axial angeordneten Isolierstab 7 gegeneinander abgestützt. Dieser Isolierstab
erhält die erste Lage des Widerstandsdrahtes. Darauf werden in die Nuten der Kreuze
6 von jeder Seite Isolierstäbe 8 geschoben und über diese die zweite Lage des Widerstandsdrahtes
gewickelt. Der Abstand der ersten Lage von der zweiten ist durch den Durchmesser
der Isolierstäbe bestimmt. In gleicher Weise werden über die in den Nuten der Kreuze
6 geschobenen Isolierstäbe 9, io und i i weitere Lagen des Widerstandsdrahtes gewickelt.
Nach der Fertigstellung einer Lage kann sie durch Überstreichen an den Berührungsstellen
des Drahtes mit den Isolierstäben mit einem geeigneten keramischen Kitt, z. B. Wasserglas,
auf dem Körper festgelegt werden. An Stelle der viereckigen kann naturgemäß auch
eine dreieckige oder
eine mehreckige Anordnung benutzt werden. Der
aus den beiden Metallkreuzen 6 und den Isolierstäben 7, 8, 9, 1o, z i bestehende
Spulenkörper wird z. B. mit Streben 12 und 13 auf dem Fuß 1q. des Gefäßes 5 befestigt.
Mit einem Fortsatz 15 ist das obere Metallkreuz 6. von der Gefäßspitze abgestützt.
Die Enden des nicht dargestellten Widerstandsdrahtes werden an die in dem Fuß 14
eingeschmolzenen Stromzuführungen 16 und 17 angeschweißt.
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Bei den bekannten Eisenwasserstoffwiderständen hat man sich stets
bemüht, die Dauer des verstärkten Einschaltstromstoßes möglichst kurz zu halten.
Ein den Betriebsstrom nur um xo bis 2o °1o übersteigender Strom wird bereits nach
einer Sekunde erreicht. In dem in Abb. 3 dargestellten Schema ist die Änderung der
Stromstärke nach dem Einschalten bei einem der bekanntenEisenwasserstoffwiderstände
in gestrichelten Linien und bei einem Eisenwasserstoffwiderstand nach der Erfindung
in ausgezogenen Linien angedeutet.