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In ,gasgefülltem Gefäß untergebrachte Widerstandsanordnung Halbleiterwiderständen-
mit hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, die aus Metalloxyden oder Oxydgemischen
bestehen, kann man durch eine Fremdheizung willkürlich verschiedene -Widerstandswerte
geben. Solche bekannten Widerstände besitzen- 7.B.
die Gestalt eines an -beiden-
Enden offenen Röhrchens, in dessen Innern ein elektrischer Heizdraht untergebracht
ist. Um einen Schütz gegen äußere Einflüsse- zu erhä:lten, muß das Ganze in einem
dichten G_ efäß untergebracht werden. Hierbei tritt zwischen' dem Heizdraht und
dem Widerstandsröhrdhen-eine Gasströmung auf, - die die Wärmeübertragung zwischen
Heizdraht und Widerstand beeinflußt. Daneben sind Halbleiterwiderstände bekanntgeworden,
die entweder die Form einer unmittelbar auf -einen Heizdraht aufgebrachten Schicht
besitzen oder die ebenfalls die Gestalt eines Röhrchens haben, in i dessen Innern
der Heizdraht ausgespannt und mit den Verschlußkappen des Widerstandsröhrchens verbunden
ist. Da bei solchen Widerständen eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen
Heizleiter und dem Halbleiterwiderstand besteht, können sie nicht willkürlich geregelt
werden.
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Nach der Erfindung wird ein fremdgeregelter, in einem gasgefüllten
Gefäß untergebrachter rohrförmiger Widerstand mit Innenheizung geschaffen, der eine
äußerst kurze Aufheiz- und Abkühlzeit besitzt. Erfindungsgemäß umschließt ein rohrförmiger
Widerstandskörper aus Metalloxyden reit Elektronenleitung -einen Heizkörper, der
mit ihm elektrisch nicht verbunden ist, derart, daß im Innern- des Widerstandskörpers
eine Temperaturströmung des Gases unterdrückt ist, etwa zufolge eines :geringen
Abstandes zwischen Widerstandskörper und Heizkörper, während
im
gasgefüllten Gefäß rund um den Widerstandskörper zufolge genügend großen Abstandes
zwischen letzterem und der Gefäßwand eine freie Temperaturströmung des Gases, etwa
Wasserstoff, der unter einem Druck von i o bis 30o mm Quecksilbersäule steht, möglich
ist.
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Der sehr geringe Abstand zwischen dem Heizkörper und dem Widerstandskörper
sorgt dafür, daß eine die Beheizung störende Gasströmung zwischen dem Heizkörper
und dein Widerstandskörper nicht stattfindet. Der Widerstandskörper wird daher durch
Leitung und Strahlung schnell auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Wählt man:'
nun das umhüllende Gefäß groß genug und benutzt ein leicht bewegliches Gas, wie
beispielsweise Wasserstoff, so ist im wesentlichen nur die Außenseite des Körpers
im Betrieb einer starken Temperaturströmung des Gases ausgesetzt. Es gelingt leicht,
die Außenseite des Widerstandes auf diese Weise nahezu, auf der Temperatur des umgebenden
Raumes zu halten. Bei einem Versuch wurde etwa 40`' Übertemperatur gemessen. Da
der Gasvorrat außerhalb des Röhrchens eine -wesentlich niedrigere Temperatur hat
als der nicht strömende kleine Gasvorrat innerhalb des Röhrchens, braucht der außerhalb
des Röhrchens befindliche Gasvorrat nicht wesentlich abgekühlt zu werden. Er spielt
daher für dye Wärmeträgheit der ganzen Anordnung keine wesentliche Rolle. An Stelle
von Wasserstoff können in manchen Fällen auch Stickstoff oder Argon benützt werden.
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Der Heizkörper kann aus einem Werkstoff hergestellt werden, der keinen
Temperaturkoeffizienten des Widerstandes besitzt; dadurch wird eine schnelle Gleichgewichtseinstellung
auch in solchen Fällen erreicht, in denen eine verhältnismäßig niedrige Temperatur
des Heizkörpers benutzt wird. In diesem Falle stellt man den Heizkörper beispielsweise
aus Konstantan oder temp:eraturkoeffizientenfreien Halbleiterstoffen her. Will man
eine besonders schnelle Einstellung des Widerstandes bei stärkerer Heizung erreichen;
so wählt man einen Heizkörper mit höherer Betriebstemperatur. Dafür sind Heizkörper
aus Wolfram oder Molybdän mit einer Betriebstemperatur =oberhalb von 800°C geeig#
net. Der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizkörpers und der Innenfläche des
Widerstandskörpers soll im allgemeinen weniger als 3 mm und zweckmäßig o,8 bis i
mm betragen, um -.eine Temperaturströmung des Gases in diesem Zwischenraum zu vermeiden.
Wenn man, um einen großeg Querschnitt des Halbleiterividerstandskörpers bei geringer
Dicke zu erhalten, ein weites Rohr aus Halbleiterstoff als Widerstazidsköfper wählt,
ist es häufig, nicht möglich oder nicht zweckmäßig, dem Heizwiderstand selber einen
so goßen Querschnitt zu erteilen, daß der gewünschte geringe Abstand zwischen der
Oberfläche des Heizkörpers und der Innenfläche des Halbleiterwiderstandskörpers
erhalten wird, In diesem Fälle wird man andere Hilfsmittel benutzen müssen, um eine
Temperaturströmung des Gases zu unterdrücken. Hierfür kommen Kappen an Enden der
Widerstandsanordnung oder Scheiden, die quer zur Längsrichtung der Widerstandsordnung
verlaufen, beispielsweise in Betracht. Der Abstand der Gefäßwandung von dem Widerstandskörper
beträgt zweckmäßig mehr als i cm. Als Gasfüllung eignet sich eine Füllung von i
o bis 30o mm Quecksilbersäule Wasserstoff. Besonders bewährt hat sich eine Füllung
mit 17o bis aoo mm Quecksübersäule bei einem gegenseitigen Abstand von i mm zwischen
Widerstandskörper und Heizkörper, Als Widerstandskörper eignen sich vornehmlich
leitende Spinelle, wie Magnesiumtitanat. Derartige Widerstandskörper können aus
6o Gewichtsteilen Magnesiümöxzd und 4o Gewichtsteilen Titandioxyd hergestellt werden,
und zwar zweckmäßig in der Weise, daß das Gemisch in Röhrchenform ausgespritzt wird
und die erzeugten Röhrchen dann zunächst bei i ioo° C i Stunde in Luft und darauf
ebenfalls i Stunde bei 145o bis 1500' C in i Wasserstoffatmosphäre gebrannt
werden. Der Wasserstoff wird hierbei vor dem Einströmen in den Ofen durch mit Wasser
gefüllte Waschflaschen geleitet, um ihn mit Wasserdampf zu beladen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde ein Röhrchen aus
Magnesium-Titan-Spinell von einem Außendurchmesser von i,2 mm und einem Innendurchmesser
von i,o mrn sowie einer Länge zwischen den Stromzuführungen von 4 mm durch einen
Wolframfaden geheizt, der etwa 4 W aufnahm. Die durch den sehr kleinen Innendurchmesser
des Röhrchens veranlaßte innere Reibung des Gases verhinderte hierbei mit Sicherheit.
eine Strömung des Gases im Innern des Röhrchens. Das Gefäß umschloß bei dieser Ausführung
den Widerstandskörper mit etwa i 5 mm Abstand und war mit Wasserstoff von zoo mm
Drück gefüllt. Der Widerstand des Röhrchens betrug bei dieser Heizung, von 4 W etwa
i a ooo Ohm. Nach dem Abschalten des Heizstromes kühlte sich der Widerstandskörper
so- schnell. ab; daß er be-. reits nach 1,5 bis 4 Sekunden 9o ojo des Kaltwiderstandes
erreicht hatte. Nach q. Sekünden -wurden einige .hunderttausend -Ohm gemessen. Diese
geringe Zeit wird dadurch erreicht, daß durch Strahlung, durch Leitung
und
durch die Wärmeströmung des frei im Glasgefäß strömenden Gases nur die Wärmemenge
abgeführt zu werden braucht, die sich im inneren Teil des Röhrchens, in dem vom
Röhrchen eingeschlossenen Gas und in dem Heizfaden befindet. Diese Wärmemenge ist
sehr gering, und durch die geringe Stärke des Röhrchens kann sie leicht an das Gas
abgegeben werden.
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In der Abb. z ist ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand nach
der Erfindung dargestellt, Der beispielsweise aus Urandioxyd bestehende rohrförmige
Widerstandskörper i umschließt mit geringem Abstand den Heizfaden 2. Der Heizfaden
z wird von einer Feder 3 gespannt. Die Anordnung befindet sich innerhalb eines geschlossenen,
mit Wasserstoff gefüllten Glasgefäßes q.. Die Quetschung 5 wird von vier Stromzuführungen
durchsetzt, von denen die Stromzuführungen 6 und x zum Widerstandskörper und die
Stromzuführungen 8 und 9 zum Heizkörper führen.
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Die Widerstandsänderung in dem Widerstandskörper infolge der unterschiedlichen
Heizung durch den Heizwiderstand erfolgt stetig und ohne daß Wackelkontakte auftreten
können. Die Schaltung kann leicht so. getroffen werden, daß eine Änderung des dem
Heizwiderstand vorgeschalteten Vorwiderstandes um eine Längeneinheit, z. B. um einen
oder mehrere Zentimeter, einer Änderung des Halbleiterwiderstandes um eine Zehnerpotenz
entspricht. In dieser Weise ist es leicht möglich, mit dem Halbleiterwiderstand
ein Gebiet von drei Zehnerpotenzen zu überstreichen.
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Die Widerstände nach der Erfindung lassen sich mit großem Erfolg als
selbsttätig regelnde oder willkürlich geregelte Widerstände für Entladungsgefäße
aller Art verwenden.
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Die Abb.2 zeigt ein Anwendungsbeispiel für ein gasgefülltes Entladungsgefäß.
An die Spannungsquelle i o sind in Reihe ein V orschaltwiderstand i i und der Halbleiterwiderstandskörper
i z angeschlossen. Parallel zum Halbleiterwiderstand 12 liegt die Primärspule des
Transformators 13, der die Energie für eine Nutzlast, beispielsweise das gasgefüllte
Entladungsgefäß 1q:, liefert. Auf der Sekundärseite des Transformators liegt in
Reihe mit dem Heizkörper für den Halbleiterwiderstand das Entladungsgefäß. Es ist
leicht einzusehen, daß bei dieser Schaltung ein zu starkes Steigen des durch dieses
Entladungsgefäß gehenden Stromes den Heizkörper für den Halbleiterwiderstand erwärmt.
Dadurch wird auch die Temperatur des Halbleiterwiderstandes erhöht, und dieser Halbleiterwiderstand
nimmt weniger Spannung auf. Dies hat zur Folge, daß die Primärwicklung des Transformators
eine geringere .Spannung erhält. Die geringere Spannung am Transformator setzt selbsttätig
den Strom durch das Entladungsgefäß herab. Man hat hier also eine selbsttätige Regelung.
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Die Abb.3 zeigt eine andere Anordnung. Häufig soll ein Transformator
mit großer Streuung, also verhältnismäßig großen Kupfer- und Eisenverlusten, verwendet
werden, um die den Entladungsröhren zugeführte Energie zu begrenzen. Die Streuung
des Transformators, d. h. die Spannungsverminderung mit wachsender Stromaufnahme,
kann nicht beliebig groß gemacht werden, weil dadurch der Transformator zu hocherhitzt
wird, Um dies zu vermeiden, ist .es vorteilhaft, den Widerstandskörper nach der
Erfindung parallel zur Sekundärwicklung zu legen. Die Sekundärwicklung des Transformators
13 speist zunächst einen Vorschaltwiderstand und die mit ihm in Reihe liegende Entladungsröhre
1¢. Der Vorschaltwiderstand dient gleichzeitig als Heizwiderstand für den Widerstandskörper
12. Dem Widerstandskörper 12 kann noch ein weiterer Widerstand i i vorgeschaltet
sein. Der Heizfaden hat hierbei sowohl die Aufgabe, als Vorschaltwiderstand für
das Entladungsgefäß zu dienen, als auch die Aufgabe, das Halbleiterröhrchen zuerwärmen.
Er erwärmt das Halbleiterröhrchen um so mehr, je mehr Strom von der Nutzlast, also
vom Entladungsrohr, aufgenommen wird. Bei steigendem Stromdurchgang durch das Entladungsrohr
sinkt infolgedessen der Widerstand des Halbleiterröhrchens, und es steigt daher
gleichzeitig der Stromzufluß durch dieses Halbleiterröhrchen. Dies bedingt aber
dann eine zusätzliche Belastung .der Sekundärspule und damit ein Absinken der Transformatorspannung.
Auch hier hat man also eine selbsttätige Regelung.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist in der Abb. q: dargestellt. Der
Heizfaden für den Halbleiterwiderstand 12 liegt in diesem Falle in Reihe mit einem
Regelwiderstand 15 an einer besonderen Sekundärwicklung des Transformators 13 oder
auch an einer Anzapfung dieses Transformators. Die Hauptsekundärwicklung des Transformators
13 speist die Entladungsröhre 1 ¢ und den damit in Reihe liegenden Halbleiterwiderstand
12. Man kann durch willkürliches Einstellen des Regelwiderstandes i 5 den Widerstandswert
des Halbleiterröhrchens regeln und damit den durch das Entladungsgefäß gehenden
Strom auf den gewünschten Wert einstellen. Beispielsweise ist es bekannt, daß gasgefüllte
Entladungsröhren nach längerer Beanspruchung hart brennen, d. h. durch Gasaufzehrung
einen höheren Spannungsabfall am Ge# fäß haben. Durch Nachregeln des Widerstandes
15 kann die Spannung am Entladungsgefäß leicht den jeweiligen Betriebsverhälthissen
angepaßt
werden. Ein besonderer Vorteil ist hier, daß die Regelung- auch bei solchen Anordnungen,
die mit Hochspannung betrieben werden, an einem =Teil vorgenommen wird, der keine
Hochspannung, führt. Es sind hier also keine besonderen Vorsichtsmaßregeln erforderlich.
-Die bisher beschriebenen Anwendungsbeispiele betrafen gasgefüllte Entladungsgefäße.
Der Gegenstand der Erfindung kann aber auch mit großem Vorteil bei solchen Anordnungen
benützt werden, die Vakuumentladungsgefäße. enthalten. Ein Beispiel dafür ist die:
Lautstärkeregelung am Verstärkergerät. Diese Lautstärkeregelung kann man durch sog:
Potentiometerwiderstände vornehmen, -die entweder einen N@ebenschluß zur Eingangsspule
des Antennenkreises oder einen Nebenschluß zum Gitterkreis der ersten Niederfrequenzröhre
bilden. je-nach der Größe des Nebenschlusses durch den Potentiometerwiderstand wird-die
einfallende Hochfrequenzamplitude mehr öder -weniger stark vermindert. Für diese
Schaltungen benutzt man vorteilhaft den Widerstand-nach der, Erfindung. . Bei Wechselstromgeräte
liegt dabei der Heizfaden des Halbleitefk:örpers in Reihe mit einem Regelwiderstand
an der Heizwicklung des Transformators. Bei Gleich- oder Allstromgeräten legt man.
ihn parallel zu einem Regelwiderstand in den Heizkreis. Die bisher verwendeten Potentiometerwiderstände,
die meist aus Kohlewiderständen mit Gleitkontakten hergestellt werden, haben große
Nachteile, da die übergangswiderstände zwischen dem gleitenden Kontakt und dem Widerstandswerkstoff
sehr leicht Kratzgeräusche hervorrufen, ` die dann mitverstärkt werden und im Lautsprecher
ein störendes Rauschen hervorrufen. Diese Schwierigkeit wird durch den Widerstand
nach der Erfindung völlig überwunden, da irgendwelche Kratzgeräusche - bei fehlendem
Gleitkontakt überhaupt nicht mehr auftreten können. Den Halbleiterwiderstand wählt
man, wenn er einen Nebenschluß zur Antennenspule bildet, dabei zweckmäßig so, daß
er bei Raumtemperatur einen Widerstand von i o5 bis j o6 Ohm und bei der
höchsten Betriebstemperatur einen Widerstand von io3 Ohm besitzt. Legt man den Widerstand
zwischen Hoch- und Niederfrequenzverstärkerstufen, so- wählt- man ihn vorteilhaft
so, daß der Kaltwiderstand i o4 bis f o5 Ohm und der Widerstand bei Betriebstemperatur
1 o bis i o= Ohm beträgt.
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Die Widerstandsanordnung nach der Erfindung kann ferner auch zum Steuern
von Glühlampen benutzt werden. In den Abb. 5 und' 6 sind Ausführungsbeispiele hierfür
angegeben. Nach der Abb.5 umschließt das f6Tiderständsröhrchen 16 einen. Teil des
im Lampengefäß 17 -in üblicher Weise mittels eines Quetschfußes 18, eines
Tragstieles ig und der Tragdrähte- 2o gehalterten Glühlampendrahtes 21. Der Glühlampendraht
21 ist an ' die Sekundärwicklung 22 eines Transformators angeschlossen, während
der Widerstandskörper i 6 parallel zur Primärwicklung 23 liegt. Der Primärwicklung
des Transformators ist ein Widerstand 2¢ vorgeschaltet, der beispielsweise :ein
Eisenwasserstoffwiderstand sein kann. Die Glühlampe ist mit einem möglichst leicht
beweglichen Gas gefüllt. -Bei dieser Anordnung wird bei steigender Belastung der
Glühlampe der Widerstandskörper z 6 erwärmt und dadurch die Spannung an den Enden
der Primärwicklung 23 des Transformators deswegen herabgesetzt, weil die dem Transformator
zugeführte Stromstärke primärseitig durch den Widerstand 24. begrenzt ist. Je nach
der Abstimmung der einzelnen Teile aufeinander kann mit dieser Anordnung entweder
die durch den Glühdraht 21 der Lampe fließende Stromstärke bei schvwankender. Netzspannung
konstant gehalten werden, was für die Verwendung einer derartigen Lampe für Meßzwecke
vorteilhaft ist, oder es wird durch die Rückkopplung zwischen der Heizung @ des
Widerstandskörpers 16 und dem Kurzschließen der Primärwicklung des Transformators
eine Schwingung erzeugt, die z. B, für Signalzwecke verwendet werden kann: Bei der
Anordnung nach Abb.6 ist der Heizkörper 25 - der Widerstandsanordnung nach der Erfindung
in Reihe mit dem Glühlampendraht 2 i geschaltet. Parallel zur Glühlampe liegt der
Widerstandskörper 16. Die Anordnung arbeitet in ähnlicher Weise wie die Anordnung
nach Abb.5. Hierbei dient der Heizkörper 25 der Widerstandsanordnung nach der Erfindung
als Vorschaltwiderstand für die Glühlampe. -Werden die beschriebenen Anordnungen
benutzt, um die= Strombelastung der Glühlampe unveränderlich zu halten, so kann
hiermit eine so genaue Einhaltung des eingestellten Wertes erzielt werden, daß sehr
genaue Belichtungen bei der Vervielfältigung von Aufnahmen im Lichtbildverfahren
erhalten werden. Die Belichtungszeiten können daher ein für allemal unveränderlich
eingestellt werden und sind frei von Schwankungen der Netzspannung.