DE708272C

DE708272C - Elektrischer Widerstand

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Publication number: DE708272C
Application number: DES118433D
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Priority date: 1935-05-25
Filing date: 1935-05-25
Publication date: 1941-07-16

Description

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

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",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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Widerstand mit nach an sich bekannten Verfahren, z. B. mittels kathod.ischer Zerstäubun.g auf einer isolierenden Unterlage, wie einem zylindrischen oder streifenförmigen Isolierkörper, aufgetragener Widerstandsschicht aus einem Niederschlag eines oder mehrerer Metalle mit großem positivem Temperaturkoeffizienten, z. B. Nickel, Eisen, Kobalt o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß 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 seine Kennlinie einen Bereich aufweist, in welchem bei Spannungsänderungen solche Widerstandsänderungen auftreten, daß ein nahezu konstanter Strom fließt.
2. Elekrischer Widerstand nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus einem dünnwandigen Isolierkörper, z. B. Isolierrohr, schlechter Wärmeleitfähigkeit besteht.
3. Elektrischer Widerstand nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein massiver Körper, z. B. ein vollzylindrischer Isolierkörper, guter Wärmeleitfähigkeit dient.