-
Elektrischer Widerstand. Zur Einregelung eines bestimmten Stromwertes
in Stromkreisen., z. B. von Ladevorrichtungen, Heizstromkreisen von Verstärkeranlagen
u. dgl., dienen bekanntlich Eisenwass.erstoffwiderstände. Es handelt sich hierbei,
wie die Bezeichnung bereits sagt, um Widerstände mit einem Draht aus reinem Eisen,
z. B. Elektrolyteisen, der in einem mit einem Gas bestimmten Druckes, z. B. Wasserstoff,
angefüllten Behälter, zumeist aus Glas, untergebracht ist. Die Regelwirkung derartiger
Widerstände beruht darauf, daß der spezifische elektrische Widerstand des Eisens
sich in Abhängigkeit von der Temperatur, die naturgemäß mit der aufzunehmenden Leistung
schwankt, stark ändert. Werden die Abkühlungsverhältnisse dieser Anordnung entsprechend
gewählt, so erreicht man, d,aß die Stromstärke in. diesen Widerständen in einem
gewissen Spannungsbereich nahezu konstant bleibt.
-
Diese Widerstände lassen sich bis herunter zu 0,2 Amp. Regelstromstärke
anfertigen. Für kleinere Werte ist die Herstellung wegen der geringen Drahtdimensionen
sehr schwierig, so daß sich die Fabrikation nicht lohnt. In diesem Falle können
zwar Drähte aus anderen Metallen, z. B. Wolfram, oder aus Legierungen, z. B. Eisen
mit Nickel oder Kobalt, verwendet werden, doch weisen Widerstände mit diesem, Drahtmaterial
keinen genügend guten. Regelbereich auf. Aber auch bei größerenRegelstromstärken,
ungefähr von. 2 Amp. an und darüber, sind die bekannten Drahtwiderstände nicht mehr
verwendbar, da das Verhältnis von leitendem Querschnitt zur Oberfläche des Eisendrahtes
bezüglich der Wärmeabführung ungünstig wird und zu einer Überhitzung der Drähte
führt. Man versuchte, durch Parallelschalten mehrerer dünner Drähte auch größere
Ströme zu-regeln. Auch dieses Verfahren hat praktisch keine Bedeutung erlangt, da
die einzelnen Drähte niemals gleichmäßig belastet waren:.
-
Die Erfindung ,gibt einen neuen Weg an, selbstregelnde Widerstände
für jeden beliebigen Regelbereich herzustellen, und besteht darin, daß auf einer
isolierenden Unterlage, z. B. einem zylindrischen oder streifenförmigen Isolierkörper,
in an sich bekannterWeise, z. B. mittels kathodischer Aufstäubung,@ ein Niederschlag
eines oder mehrerer Metalle mit großem positivem Temperaturkoeffizienten,, z. B.
Nickel, Eisen oder Kobalt, hergestellt wird. Gemäß der Erfindung erhält durch die
Wahl des Trägermaterials, die Bemessung des Trägerkörpers und durch seine Anordnung
in einem Behälter mit chemisch trägem oder reduzierendem. Gas oder Gasgemisch geeigneten
Druckes und durch die Bemessung des Niederschlages selbst dann der Widerstand eine
Kennlinie, die einen Bereich aufweist, in welchem bei Spannungsänderungen
solche
Widerstandsänderungen auftreten, daß' ein nahezu konstanter Strom fließt.
-
Der Regelbereich selbst wie auch di Regelstromstärke lassen sich durch
'°eräncle rang der Länge sowie des Osterschnittes Le M'iderstandsschicht einstellen.
Da man die' Widerstandsschicht sehr dünn auf der isolierendeilUnterlage auftragen
und gegebenenfalls genügend lang wählen kann, können die Regelstromstärken der neuen
Widerstände wesentlich geringer bemessen werden als bei den bekannten Drahtwiderständen,
ebenso wie es möglich ist, durch Ausbildung stärkerer Schichten ein geeignetes Verhältnis
zwischen leitendem Querschnitt und Oberfläche zu schaffen, so daß auch wesentlich
größere Ströme als -2 Anip., unter-Uniständen bis zu iooAnip., geregelt werden können.
-
Es sei hier erwähnt, daß schon Widerstände bekannt sind, bei denen
auf einem isolierenden Trägerkörper Legierungen aus Nickel und Magsiesiuin durch
Aufstäuben hergestellt sind. Diese Widerstände sind jedoch für den vorliegenden
Zweck, da es sich bei der Schicht uni eine Legierung handelt, nicht brauchbar. Außerdem
sind sie als Hochkonstantwiderstände hergestellt worden, deren Haupteigenschaft
ein von der Belastung weitgehend tniat>liängiger ZZ@iderstandswert ist.
-
Verwendet man bei den neuartigen Widerständen zylindrisch geformte
Isolierkörper als Trägerkörper, dann kann man durch all sich bekannte wendelartige
Unterteilung der Schicht den Spannungsbereich des Widerstandes derart erhöhen, daß
er ohne weiteres \etzspannungen aufnimmt. Dabei ist es zur Verhütung des Durchbrennens
der Sclniciit vorteilhaft, den Tragkörper aus lIaterial sehr guter Wärmeleitfähigkeit
und mit großem leitendem Otierschnitt herzustellen. Auf diese Weise wird neben guter
Wärmeabfuhr eine völlig gleichmäßige Erwärmung des ganzen Widerstandes erzielt,
so daß sich der spezifische Widerstand des Schichtniaterials überall gleichmäßig
ändert und demzufolge alle Teile gleichzeitig an der Regelung beteiligt sind, jedoch
nicht eine Stelle mehr als die andere, wie dies bei den ziclc-zacl:-förinig mit
ausgespannten Drahtwiderständen dadurch verursacht wurde, daß nicht alle Zweige
des Widerstandes gleichinäl'#ig atisg2biidet sind.
-
Für Widerstände, die innerhalb kleiner Spannungsbereiche, aber bei
verhältnismäßig hoher Stromstärke eine Kegelwirkung ausüben sollen, empfiehlt @s
sich, die voll der Schicht bedeckte Fläche möglichst groß zu Beinessen, damit genügend
Wärme abgeführt werden kann. In diesem Falle ist es wie bei der vorgeschriebenen
Ausführungsform für l',egelwiderstände mit hohem Spannungsbereich zweckmäßig, einen
dickwandigen Iso-
| körper, z. B. einen Zylinder, aus Material |
| ' a ti, |
| ",r" 0 dagegen , - eleitfähig der Regelvorgang
eit züi verwenden. der Wi- |
| 1-V"-'4-irsltände '1')ezi sehr geringer Anfangsspannung |
bereits gilt einsetzen und eine große zeitliche Trägheit haben, so wird die Wärmekapazität
des Widerstandes zweckmäßig dadurch herabgesetzt, daß Tragkörper sehr geringer Wandstärke
verwendet werden. Diese Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß Isoliermaterial
schlechter Wärmeleitf-liliigkeit für die Tragkörper vorgesehen wird. Beide Maßnahmen
können jedoch auch gleichzeitig angewendet werden. Die Regelwirkung der so ausgebildeten
Widerstände setzt deshalb verhältnismäßig schnell ein, weil infolge der geringen
Wärmekapazität des Tragkörpers und/oder der geringen Ableitung die Anheizung der
Anordnung örtlich sehr schnell erfolgen kann.
-
Aus den vorangehenden Ausführungen ist zu entnehmen, daß es sehr wesentlich
ist, daß bei den neuen Widerständen je nach dem Verwendungszweck die durch die Gestaltung
und das 'Material der benutzten Unterlagen und durch die Anordnung in einem geeigneten
Gas bestimmten Druckes bedingten Abkühlungsverhältnisse genau beachtet werden, da
hiervon die Regelwirkung der Widerstände in hohem 'Maße abhängig ist. Insbesondere
der Druck der Gasfüllung, deren Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit üben auf die
Wirkungsweise der Widerstände einen Einfluß aus. Dies entspricht den Erfahrungen,
die mit den bekannten Eisenwasserstoffwiderständen gemacht worden sind. Durch Veränderung
eines oder mehrerer der zum Aufbau der neuen Widerstände benötigten Elemente können
diese also den jeweiligen Bedürfnissen weitgehend angepaßt werden.
-
Die Herstellung der neuen Widerstände kann in all sich bekannter Weise
durch Aufdampfung oder durch kathodische Aufstäubung der vorgesehenen Widerstandsmaterialien
auf die Unterlage vorgenommen werden. Als Material für den Tr:igerkörper, der als
Voll- oder Hohlzylinder oder streifenförmig ausgebildet sein kann, werden keramische
Isoliermaterialien, z. B. Porzellan, Sinterkorund u. dgl., verwendet. Um von der
Widerstandsschicht möglichst bei der Herstellung jede Spur von Sauerstoff zu entfernen,
wird zweckmäßig ein Getter verwendet, indem z. B. ini Behälter, der zur Unterbringung
der Widerstände bei der Herstellung dient, Barium oder Magnesium verdampft wird.
Andererseits kann zur Bindung
etwa vorhandenen Sauerstoffs ein dünner
Elektrolyteisendraht verwendet werden, der dem Widerstand parallel geschaltet ist
und vor der Inbetriebnahme durch Stromwärme verbrannt bzw. verdampft wird.
-
Zur Kontaktgabe zwischen der Widerstandsschicht und den Anschlußelektroden
werden an den Enden des Widerstandstragkörpers Schichten aus hitzebeständigen, gut
leitenden Metallen, z. B. Silber, Platin oder Gold, nach einem bekannten Verfahren
aufgetragen. An diese Schichten werden Anschlußfahnen hart oder weich angelötet,
und zwar zweckmäßig im Vakuum, um alle Spuren von Sauerstoff an der Lötstelle zu
entfernen.
-
An Hand der Fig. i und 2 werden nachstehend Ausführungsbeispiele der
neuen. Widerstände näher beschrieben.
-
In der Fig. i ist mit i ein streifenförmiger Isolierkörper bezeichnet,
auf den, wie bereits angegeben worden ist, z. B. auf kathodischein Wege eine Widerstandsschicht
aus Material hohen positivenTemperaturkoeffizientens niedergeschlagen ist. An den
Enden des Isolierkörpers sind gut leitende Schichten 2 aus hitzebeständigem Metall,
z. B. Gold, Silber oder Platin, eingebrannt und stehen niit den Anschlußdrähten:3,
die an diese Schichten angelötet sind, in Verbindung. Der Widerstand ist in einem
Behälter q. angeordnet, der mit einem chemisch trägen Gas oder Gasgemisch gefüllt
ist und zweckmäßig aus Glas besteht.
-
Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der ein hohlzylinderischer
isolierender Trägerkörper 5 vorgesehen ist, der außen die Widerstandsschicht 6 trägt.
An den Enden des Trägerkörpers sind um die Widerstandsschicht Schellen 7 gelegt,
die eine Verbindung zwischen den Anschlußstreifen 8 und der Widerstandsschicht 6
herstellen. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi.g. i ist auch hier der Widerstand
innerhalb eines Behälters g angeordnet, der mit einem reduzierenden Gas oder Gasgemisch
angefüllt ist.
-
Es ist verständlich, daß die neuen Widerstände neben den in den Figuren
gezeigten Formen alle bisher auf dem Widerstandsgebiet bekannten Ausführungen annehmen
können.