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Einrichtung zur Temperaturkompensation bei elektrischen Geräten Die
meisten elektromagnetisch arbeitenden Vorrichtungen, wie z. B. Meßgeräte, Relais
oder Regelvorrichtungen, arbeiten mit einer oder mehreren Spulen aus. Kupferdraht.
Kupfer hat ,als Widerstand einen erheblichen positiven Temperaturkoeffizienten,
wodurch Änderungen in der umgebenden Temperatur den elektrischen Widerstand der
Spulen gegenüber der tatsächlichen Bemessung oder Berechnung verändern. Es ist beka=t,
zur Kompensation des Temperaturfehlers in Reihe mit der Kupferspule seinen Widerstand
mit entsprechendem negativem Temperaturkoeffizienten anzuordnen. Da, theoretisch
die Temperäturänderungen der Kupferspule in ihrem Widerstandsanstieg durch den Widerstandsabfall
der Kompensationsspule ;gerade aufgehoben werden, so, tritt bei einer Temp,eraturänderung
keinerlei Widerstandsänderung im Stromkreis. auf. Derartige Widerstände haben im
allgemeinen eine verhältnismäßig kleine Oberfläche, soa daß die Selbsterwärmung
im Widerstand tatsächlich seinen Wert als Temperaturkompensator beeinflußt. Durch
die Selbsterwärmung, die infolge des im Widerstand fließenden Stromes auftritt und
die von der Erwärmung des. Widerstandes durch Temperaturanstieg der umgebenden Luft
wohl zu unterscheiden ist, tritt infolge der kleinen Oberfläche, von .der die Wärme
nicht schnell genug abstrahlt, so. daß auch die Umgebungstemperatur beeinflußt wird,
eine unverhältnismäßig schnelle Kompensation und daher eine Überkompensation auf,
bevor ein Ausgleich geschaffen worden ist.
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Der Kompensationswiderstand bzw. dessen Temperatur folgt also nicht
der Umgebungstemperatur, so. daß ,seine Widerstandsänderung keinen Ausgleich zur
Widerstandsänderung in der Kupferspule bildet.
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Es ,sind nun bereits elektrische Widerstände bekanntgeworden, die
von emter den Zutritt der Außenluft an den Widerstandskörper verhindernden Masse,
beispielsweise einem keramischen Stoff oder Sand, umgeben sind. Insbesondere hat
man hochohmige Widerständp von kleinen Abmessungen, bei denen der Widerstandskörper
aus einer ,auf einen Nichtleiter aufgebrachten sehr dünnen Metallschicht besteht,
-mit einer keramischen Schutzschicht umgeben, die einerseits den Zutritt von Sauerstoff
verhindern- soll, um eine Zerstörung der Metallschicht zu verhindern, und ändererseitseine
;gute Wärmeabfuhrermöglicht, da bei zu hohen Temperaturen eine Zerstörung des Widerstandes
eintreten würde.
Hierdurch wird zwar eine unmittelbare Beeinflussung
der Umgebungstemperatur durch die Eigenwärme des Widerstandsleiters werhindert,
jedoch können die für einen anderen Zweck getroffenen Maßnahmen zur Wärmeableitung
nicht ausreichen, um die für die Temperaturkompensation notwendige Beeinflussung
.des Widerstandes durch die -Umgebungstemperatur zu ermöglichen. In ähnlicher Weise
:sind auch bei anderen elektrischen Widerständen wärmeableitende Mittel vorgesehen
worden, jedoch auch nur mit dem Zweck, die Eigenerwärmung des Widerstandes in bestimmten
Grenzen zu halten, um dadurch die Widerstandscharakteristik so zu verändern, daß
sich die Widerstandswerte mit zunehmender und mit abnehmender Temperatur in gleicher
Weise verändern. Bei keinem der bekannten Widerstände, die mit einer wärmeableitenden
Masse umgeben sind, ist jedoch darauf Rücksicht genommen, daß ein Ansteigen der
Temperatur infolge der Eigenerwärmung des Widerstandes über die umgebende Raumtemperatur
hinaus verhindert wird. Da aber für Kompensationszwecke. gerade der Kompensationswiderstand
der umgebenden Raumtemperatur folgen soll, ist eine möglichst weitgehende Anpassung
der Eigentemperatur des Widerstandes an diese erforderlich. .
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Gemäß der Erfindung kann nun die Anpassung des Kompensationswiderstandes
an die Raumtemperatur in einfacher Weise .dadurch erreicht werden, daß der Widerstand
von einem wärmeaufnehmenden Mittel, z. B. Sand, umhüllt ist, welches eine ummittelbare
Wärmeabgabe von der Oberfläche ödes Widerstandes an die umgebende Luft verhindert,
wobei die wärmeabgebende Oberfläche dieses Mittels so groß gewählt ist, daß die
Temperatur an der Oberfläche im Betriebszustand@e des Widerstandes etwa der Umgebungstemperatur
entspricht. Bei Verwendung von Sand kann dieser in .einem Metallbehälter untergebracht
sein, der einen besonders schnellen Wärmeaustausch an der Oberfläche vermittelt.
Durch .einen in dieser Weise gestalteten Widerstand wird erreicht, daß die über
das Umhüllungsmittel abgegebene Wärme@menge auf eine so große Oberfläche verteilt
wird, daß das Temperaturgefälle an der Oberfläche der Umhüllung nahezu Null ist,
so daß infolge einer Änderung der Außentemperatur im Innern des Umhüllungsmittels
sofort eine Wärmestauung oder ein stärkeres Wärmegefälle auftritt, welches sich
sofort dem Kompensationswiderstand mitteilt. Dieser folgt daher in seinen Widerstandsänderungen
unmittelbar den Änderungen der Außentemperatur. Bei den bekannten Widerständen mit
umgebender Hülle tritt jedoch infolge der Eigenerwärmung des Widerstandes an der
Oberfläche eine Wärmeabstrahlung auf, durch die die umgebende Lufterwärmt wird,
so daß in gleicher Weise wie bei ungeschützten Widerständen eine Überkompensation
stattfinden würde. Außerdem würde ein.- Einwirkung der Außentemperatur auf die verhältnismäßig
höhere Temperatur des Widerstandes von so geringer Wirkung sein, daß die Kompensationswirkung
ebenfalls im günstigen Sinne beeinflußt wird.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In der Zeichnung ist an einem elektrischen Stromkreis i eine elektromagnetisch
wirkende Einrichtung 2 angeschlossen, die im allgemeinen :eine Kupferspule 3 mit
positivem Temperaturkoeffizienten aufweist. Der Kompensationswiderstand q. muß daher
einen negativen Temperaturkoeffizienten haben. Wenn es sich bei der Vorrichtung
2 beispielsw.-1s° um einen Spannungsregler für einen Ladestromerzeuger zum Aufladen
von Automobilbatterien handelt, so ist der an der Spule 3 auftretende Temperaturunterschied
etwa i i o° C, wenn die auftretenden Temperaturen von minus 33°C bis 77°C angenommen
werden. Eine solche-Temperaturspanne bringt eine unzulässig hohe Änderung des Widerstandes
der Kupferspule mit sich, :die für die Berechnung des .Reglers nicht zugelassen
werden kann.
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Zur Kompensation des Temperaturfehlers liegt in Reihe .mit der Spule
3 ein Widerstandq. mit negativem Temperaturkoeffizienten, der beispielsweise als
Kohle-Silicium-Stab o. dgl. ausgebildet sein kann. Die Enden des Stabes sind zwecks
besseren Stromüberganges mit Metallkappen 5 versehen und mit diesen in .elektrische
Anschlüsse 6 reingesetzt, die mittels Isolierstücken 7 durch einen Metallbehälter
8, vorzugsweise einen Stahlzylinder, hindurchgeführt sind. Der übrige Raum des Zylinders
8, ist mit einem wärmeleibenden, elektrisch isolierenden Stoff, insbesondere trockenem
Sand 9, angefüllt. Dieses Kompensationsglied ist über das natürliche Maß hinaus
vergrößert dargestellt. .
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Durch diese Einrichtung ist der Widerstand q. vor jeglicher Luftströmung
an seiner Oberfläche geschützt, aber es ist auch nicht möglich, daß eine Wärmestrahlung
von der Oberfläche aus stattfinden kann; so daß die ganze Wärme auf den Sand `übertragen
wird und der Wärmeverlust in der Anordnung praktisch vollständig durch Abstrahlung
von der Oberfläche des Zylinders 8 auftritt. Diese Oberfläche ist so viel größer
als die des Widerstandes q., daß die von ihm erzeugte Wärme mit niedriger Temperatur
abgestrahlt werden kann. Demzufolge gibt die Temperatur
des Stabes
wesentlich genauer .die Änderung in der Umgebungstemperatur des Zylinders wieder,
als wenn dieser Stab unmittelbar der Luft ausgesetzt wäre.
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Ein weiterer Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß die Wärmekapazität
erhöht wird, so daß der ganze Zylinder etwa im gleichen Verhältnis wie die Spule
3erwärmt wird.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der Einstellbarkeit der Wärmekapazität
durch Wahl der äußeren Gestalt des Metallbehälters 8 und der Dicke des wärmeleitenden
Mittels 9, wodurch die Temperatur '.des Kompensationswiderstandes infolge der Selbsterwärmung
gerade auf den richtigen Punkt gebracht werden kann, so daß der Widerstandsanstieg
Ides Stabes q. gerade gleich dem Widerstandsabfall in der Spule 3 infolge Selbsterwärmung
ist.
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Aus diesen beiden Gründen kann die Spannungsregelung des Gesamtstromkreises
.durch die Selbsterwärmung während der vorhergehenden Erwärmung der Spule _ und
des Kompensationsstabes bewirkt werden, und sowohl die Spule als ,auch der Stab
werden stets langsam zeit den Temperaturänderungen der Umgebung in angenähert gleichem
Verhältnis mitgehen, so daß ein gleichmäßiger Widerstand im Stromkreis erhalten
bleibt und eine zuverlässige Temperaturkompensation unter allen Umständen gewährleistet
ist.