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Widerstandssäulen aus Kohlescheiben bzw. -ringen Aus Kohleschei:ben
oder Kohleringen aufgeschichtete Säulen haben bekanntlich die Eigenschaft, ihren
elektrischen Widerstand sehr stark zu verändern, wenn sie einem veränderlichen Druck
ausgesetzt werden. Man verwendet sie deshalb in weitgehendem Maße bei elektrischen
Spannungsreglern, wo ein Magnet einen auf der Säule lastenden Druck in Abhängigkeit
von -der zu regelnden Spannung verändert.
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In jedem einzelnen Fall ist der Bereich, innerhalb dessen der Widerstandswert
der Wi.derstandssäul-e muß schwanken können, durch hie äußeren Umstände vorgeschrieben.
Im weiteren liegen im allgemeinen auch die Stromstärken fest, (die ,die Säule durchfließen
sollen. Dadurch ergeben sich bestimmte Leistungen, die in den Kohlescheiben bzw.
an ihren gegenseitigen Berührungsstellen in Wärme umgesetzt werden müssen, und infolgedessen
ist auch eine gewisse Mindestoberfläche der Säulenotwendig, wenn die Säulentemperatur
nicht zu hoch ansteigen soll.
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Der notwendige Einklang zwischen den zu erzielenden Säulenwiderstandswerten
und der not--,vendigen Säulenoberfläche kann in manchen Fällen durch Parallel- oder
Reihenschaltung von einzelnen Säulenabschnitten herbeigeführt werden oder dadurch,
daß man die einzelnen Kohlescheiben mehr oder weniger dick ausführt. Für den Widerstand
einer Säule ist nämlich bei gegebenem Kohlescheibendurchmesser und gegebenem Släulendruck
praktisch nur die Zahl der hintereinandergeschalteten Kohleberührungsflächen maßgebend
und nicht
die Länge der Säule. Der Leitungswiiderstand der Kohle
ist gegenüber dem Ühergangswiderstand von Kohle zu Kohle nur klein.
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Es ist bereits. bekannt, Widerstandssäulen aus einzelnen Scheiben
aufzubauen, @v@e-lche entweder nach ihrem einen, Ende hin stetig geringere A:bmessungen
aufweisen, wobei sbenachbarte Scheiben sich an ihrer ganzen Fläche berühren, oder
aber Scheiben von überall gleichem Durchmesser zu benutzen, ihnen aber nach dem
einen Ende zu eine stetig,abnehmende Berührungsfläche zu geben. Dies soll den Zweck
haben, Störeinflüsse zu beseitigen, welche dadurch entstehen, daß bei senkrechter
Anordnung von Widerstandssäulen die oberen Säulenteile mit ihrem Gewicht .auf den
unteren lasten und dadurch eine Herabsetzung des Widerstandswertes dieser Scheiben
hervorrufen; durch Verkleinerung der Berührungsfläche kann der Widerstand wieder
vergrößert werden. Bei der bekannten Anordnung war die Lage jeder einzelnen Scheibe
in belzug auf die übrigen Scheiben genau festgelegt, da jede Berührungsfläche mit
der entsprechend- bemessenen Berührungsfläche der Nachbarscheibe stets übereinstimmen
mußte: Die Lagerhaltung wurde dadurch sehr erschwert.
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Es ist aus verschiedenen Gründen jedoch unerwünscht, viele Kohleschei.bensorten
auf La@ge-r halten zu müssen. Deshalb hat die Erfindung einen Wi@derstandssäulenaufbäu
zum Gegenstanrd, bei dem bei gleichbleibenden Säulenabmessungen und gleichem Säulendruck
wesentlich verschiedene Widerstände erzielt werden -können, ohne daß man genötigt
ist, eine größere Zahl von Kohlenscheiben verschiedener Ausführungsform oder Abmessungen
zur Verfü@gung zu haben.
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Bei .der Erfindung werden nun Scheiben von stets gleic ,er Berührungsfläche,
aber verschiedenartiger Dicke benutzt. Die Gleichheit der Berührungsfläche gestattet
die Anordnung jeder einzelnen Scheibe in einem beliebigen Teil,der Säule und bietet
die Mög-
lichkeit, durch geeignetes Untermischen einer begrenzten Zahl von
Scheiben verschiedener Dicke eine große Zahl verschiedener Gesamtwiderstände herzustellen.
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Der erfindungsgemäße Säulenaufbau bringt noch einen weiteren Vorteil.
Bei senkrechter Säulenanördnung erhalten die oberen Säulenteile infolge der in den
unteren Teilen stattfindenden Wärmeentwicklung vorgewärmte Kühlluft, nehmen also
eine höhere Temperatur an als die unteren Teile. Nun bietet .die Erfindung die Möglichkeit,
einen Ausgleich zu schaffen; indem man in den oberen Säulenabschnitten im Vergleich
zu den unteren die Zahl der dicken Kohlescheiben überwiegen läßt. Dadurch werden
in jenen Abschnitten der Widerstand und dadurch bei Reihenschaltung der Kohlescheiben
auch die Wärmeentwicklung je Längeneinheit der Säule vermindert, wie es an sich
in ähnlicher Weise von Schichtwiderständen her bekannt ist.
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Noch aus einem zweiten Grund werden die oberen Säulenteile, wenigstens
in gewissen Fällen, heißer als die unteren. Auf den letzteren ruht nämlich das Gewicht
der darüberliegenden Kohlescheiben, und darum ist bei einer gänzlichen Entlastung
der Säule von einem auf sie ausgeübten äußeren Druck die Widerstandssteigerung bei,den
unteren Teilten nicht so groß wie bei den weiter oberliegenden Teilen. Dementsprechend
bleiben sie auch in ihrer Wärmeentwicklung zurück, sofern alle Säulenteile in Reihe
geschaltet sind.
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Die: Abb. z ,zeigt an Handeines Beispiels die Verwirklichung .der
Erfindung. Die Abbildung stellt eine Widerstangdssäule.dar, wie sie bei Kohleidruckreglern
Verwendung findet. Die dicken und die dünnen Kohlescheiben sind dabei so verteilt,
daß in der oberen Hälfte der Säule drei dicke Scheiben, av a2, a3, und zwei dünne,
bi, b2, vorhanden sind, wähnend .die untere Hälfte zwei dicke, a4, a5, und
vier dünne Scheiben, b3, b4, b5, b6, aufweist. Die Stromzuführung erfolgt über die
Stromzuführungshlatten c und d an den Klemmen e und f.
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Umgekehrt liegen die Verhältnisse bei Parallelschaltung von einzelnen
Abschnitten einer senkrechten Säule. Infolge ihrer geringeren Druckbelastung durch
-das Säulengewicht weisen die oberen Teile bei entlasteter Säule einen erhöhten
Widerstand, also einen verminderten Leistungsumsatz auf und bleiben deshalb kälter
als die unteren Säulenabschnitte. Als Ausgleich hierfür können gemäß der Erfindung
die oberen der parallel geschalteten Abschnitte im Vergleich zu ,den unteren mehr
dicke Kohlesoheiben enthalten und erhöhen infolge ihres verminderten Widerstandes
ihren Stromfluß und damit auch ihre Erwärmung: Ein Beispiel für eine Säule mit parallel
geschalteten Abschnitten zeigt Abb. z. Bei dieser Au:sführungsform sind in regelmäßigem
Wechsel .dicke und -dünne K ohle.scheiben aufeinandergeschichtet. Die Unterteilung
:der Säule ist. dabei so erfolgt, daß in -dem oberen Abschnittdrei dicke Scheiben,
a1, a2, a3, und zwei dünne, b1 und b2, liegen, während die untere Hälfte zwei dicke
Scheiben, a4, a5, und drei dünne, b3, b4, b5, umfaßt, falls ,die mit der Klemme
f verbundene Stromz-uführungsplatte zwischen der Scheibe a3 und b3 liegt.
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Mit der Erfindung werden nicht nur in bezug auf Platz- und Kostenersparnis
Vorteile erreicht, indem man dicke und, dünne Kohl-escheiben untermischt und daher
die Widerstandssäulen nicht größer auszuführen braucht, als durch -die -,#"bkühlungsverhältnissebedingt.
Sie ist auch geeignet, in manchen Fällen die Leistung zu vermindern, die vom steuernden
Reglermagnet verlangt wird. je größer eine Wi.derstandssäule ist, mit deren Hilfe
man einen hestimmten Minde.stwiderstandswert muß erreichen können, desto mehr Energie
hat der steuernde Magnet zu leisten bzw., bei gegebener Magnetgröße, desto kleiner
wind die Regelungsgenauigkeit. Daher bringt .di.e Erfindung besonders große Vorteile
bei ihrerAnwendüng bei Widerstandssäulen von selbsttätigen Spannungsreglern.