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Gewebter elektrischer Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische flächenhafte Widerstände, wie sie für
Meßzwecke zur Beeinflussung der Strom- und Spannungsverhältnisse in elektrischen
Stromkreisen und für Heizzwecke u. dgl. benötigt werden und die zum Teil entweder
bei der Herstellung oder nach der Herstellung mit einer Imprägnierung oder Einbettung
und gegebenenfalls noch mit einer Verkleidung aus isolierenden Materialien versehen
werden und insbesondere auch auf die Herstellung solcher Widerstände.
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Flächenhafte Widerstände sind besonders günstig, wenn die Widerstandselemente
in der Form eines Widerstandsgewebes ausgeführt werden, weil diese Ausführungsform
es ermöglicht, leicht und gleichmäßig das elektrische Widerstandsmaterial über die
ganze Fläche der Widerstände zu verteilen.
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Die bisher bekannten gewebten Widerstände sind so aufgebaut, daß sie
am Anfang und am Ende des Gewebes einen Vorschlag aus Isolierstoff aufweisen, der
den Abschluß der Nutzgewebefläche bildet und gleichzeitig zur Befestigung des Gewebes
dient. Es sind vereinzelt auch handgewebte Widerstände bekanntgeworden, die außerdem
an den Längsseiten mit einem Seitenstreifen aus Isolierstoff versehen sind, um diese
Widerstände auf allen vier Seiten, z. B. in einem Rahmen, befestigen zu können.
Bei
diesen Widerständen wird die Bindung des eigentlichen Widerstandsgewebes
mit den isolierenden Seitenstreifen so vorgenommen, daß der äußere Kettfaden an
den Seiten des Widerstandsgewebes sowohl vom Widerstandsmaterialeinschlag als auch
vom Isoherstoffeinschlag des betreffenden Seitenstreifens als gemeinsamer Kettfaden
benutzt wird.
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Bei der Fertigung dieser Widerstandsgewebe sind also außer dem Einschlag
des Widerstandsmaterials an jeder Bandseite noch je ein Isolierstoffeinschlag auszuführen.
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Die Ausführung dieses Fertigungsverfahrens ist aber sehr umständlich
und schwierig und bildet eine wirtschaftlich kaum vertretbare Belastung. Gerade
diesem Umstande ist es mit zuzuschreiben, daß sich die so ausgeführten Widerstandsgewebe
in der Praxis nicht durchgesetzt haben und daß sie bisher auch nicht zur Anwendung
solcher Widerstände für die Aufgaben der vorliegenden Erfindung anregen konnten.
Derartige Widerstände sind nicht Gegenstand der Erfindung. Durch das Verfahren der
vorliegenden Erfindung werden die obengenannten Schwierigkeiten behoben und eine
wirtschaftliche Fertigung von gewebten Widerständen mit zugesetzten Seitenstreifen
aus Isolierstoff ermöglicht.
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Als Beispiel für das Bedürfnis nach Widerständen zur Beeinflussung
der Spannungsverhältnisse in elektrischen Stromkreisen seien Vorschaltwiderstände
für elektrische Geräte benannt. In der Praxis tritt häufig der Fall auf, daß vorhandene
elektrische Geräte, die für eine bestimmte Grundspannung gebaut sind, um eine Vereinfachung
und damit Verbilligung der Fertigung zu erreichen, für eine höhere Spannung verwandt
werden sollen. In diesem Falle kann man durch einen Vorschaltwiderstand den Betrag
der Spannung vernichten, um den sie höher ist als die Grundspannung des Gerätes.
Bisher wurden diese Vorschaltwiderstände meistens in die elektrischen Geräte eingebaut,
so daß in den Geräten durch diese Vorschaltwiderstände eine zusätzliche Wärme entwickelt
wurde, die häufig zu einer vorzeitigen Zerstörung von wärmeempfindlichen Apparatebauteilen,
z. B. Elektrolytkondensatoren u. dgl., führte.
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Die geschilderten Mängel lassen sich vermeiden, wenn man die Vorschaltwiderstände
außerhalb des eigentlichen Gerätes unterbringt. Auf sehr vorteilhafte Art läßt sich
dies erreichen, wenn man die Vorschaltwiderstände so ausbildet, daß sie gleichzeitig
die Stromzuführung zum eigentlichen Gerät bilden.
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Da für solche Widerstände ein großes Bedürfnis vorliegt, ist von den
Fachleuten immer wieder versucht worden, ihnen eine solche Form zu geben, daß sie
genügend biegsam sind, daß sie die erforderliche Strombelastung vertragen und dabei
aber auch der für sie vorgeschriebenen elektrischen Sicherheit genügen, ohne daß
diese Versuche bisher zu befriedigenden Ergebnissen geführt hätten.
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Die Erfindung gibt nun eine technische Lösung dieses Problems und
ermöglicht es, solche Widerstände auf eine wirtschaftlich sehr vorteilhafte Weise
zu fertigen.
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Heizvorrichtungen, wie z. B. Heizteppiche, Heiztapeten, Heizdecken
und Wand- und Deckenheizplatten, werden in vielen Fällen zur Beheizung von großen
Flächen benötigt und müssen bei einer bestimmten Grundspannung verschiedene Heizstufen
erreichen lassen.
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Solche Heizvorrichtungen werden aus einzelnen Widerstandselementen
aufgebaut, die sich serienmäßig und wirtschaftlich vorteilhaft fertigen lassen.
Die Widerstandseinzelelemente werden dabei so angeordnet, daß bei den verschiedenen
Heizstufen sich die einzelnen Heizelemente regelmäßig über die beheizten Gesamtflächen
verteilen lassen.
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Um die Widerstandseinzelelemente wirtschaftlich fertigen zu können,
werden sie weitestgehend aus relativ dünnem Widerstandsmaterial hergestellt, um
den Vorteil auszunutzen, der sich durch die prozentual höhere Strombelastungsmöglichkeit
pro Querschnittseinheit ergibt, die Widerstandsmaterial von geringem Querschnitt
gegenüber solchem von größerem Querschnitt besitzt.
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Die Heizvorrichtungen müssen also einmal die eigentlichen Widerstandselemente
enthalten, die für die jeweilige Grundspannung dimensioniert sind, und außerdem
müssen in ihnen auch die Zuleitungen untergebracht werden, die die einzelnen Widerstandselemente
untereinander bzw. mit dem Netz und den erforderlichen Schaltorganen verbinden.
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Gewebte elektrische Widerstände, insbesondere für Meßzwecke öder zur
Beeinflussung der Strom- und Spannungsverhältnisse in elektrischen Stromkreisen
oder für Heizzwecke, denen an einer oder an beiden Seiten parallel zur Kettenrichtung
ein Isolierstreifen zugesetzt ist, werden gemäß der Erfindung so hergestellt, daß
auf einem oder beiden Isolierstreifen ein oder mehrere Stromleiter und/oder Anschlußeinrichtungen
zur Verbindung des Widerstandsmaterialeinschlags mit der Stromzuleitung untergebracht
sind und/oder die zugesetzten Seitenstreifen aus Isolierstoff wahlweise zur Herstellung
einer mechanischen Verbindung von einzelnen nach der Erfindung hergestellten Widerständen
zu größeren ebenen oder rohrförmigen Widerstandsflächen aneinander bzw. an oder
in einem Rahmen od. dgl. befestigt werden.
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Die Unterbringung der Strom- und Verbindungsleiter erfolgt in einem
Falle so, daß die Leiter bei der Fertigung der Gewebe als Kettenteile in die Ketten
der zugesetzten Seitenstreifen aufgenommen werden. Sie werden dabei z. B. gewebetechnisch
als Stückkettenteile benutzt, die von dem aus Isolierstoff bestehenden Schuß der
Seitenteile als Polschuß gebunden und damit gleichzeitig auch isoliert werden. Die
dazu verwandten Leitungen können dabei bereits von vornherein auch schon isoliert
sein: Die Montage der Stromleiter kann aber auch so ausgeführt werden, daß die Leiter
zunächst für sich allein als flächenhaftes Bauelement, z. B. als Bandkabel, ausgeführt
werden und dann auf eine der im folgenden angeführten Weisen auf den zugesetzten
Seitenstreifen der Widerstandselemente gebunden werden.
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Durch die Anschlußeinrichtungen ist es möglich, gewebte Widerstände
in großen Längen zu fertigen, sie mit geeigneten Stoffen zu imprägnieren oder einzubetten,
künstlich zu altern und danach von diesen
großen Vorratslängen beliebige
Stücke abzutrennen, um Widerstände mit bestimmten Widerstandswerten zu erhalten.
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Dies ist aber von großer wirtschaftlicher Bedeutung, da hierdurch
künstlich gealterte Widerstände in kürzester Zeit geliefert werden können, ohne
beim Einzelwiderstand die lange Alterungszeit abwarten zu müssen. In diesen Fällen
wird nach der Abtrennung eines entsprechend langen Widerstandsgewebeteiles an den
Trennstellen der Widerstandsmaterialschuß herausgeführt und mit den auf dem zugesetzten
Seitenstreifen angebrachten Anschlußeinrichtungen leitend verbunden. Handelt es
sich dabei um die Herstellung genau abgeglichener Widerstände, so kann in diesem
Falle in die Verbindungsleitung vom Widerstandsmaterialschuß zu der auf dem Seiten-.
streifen befestigten Anschlußeinrichtung ein Zusatzwiderstand eingeschaltet werden,
der ebenfalls auf dem Zusatzstreifen befestigt wird.
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Die Imprägnierung oder Einbettung der Vorratslängen wird dabei entweder
über die ganze Fläche der Widerstandsbänder vorgenommen, oder es werden nur die
Stellen der Widerstandsbänder imprägniert, an denen die Abtrennung eines Widerstandes
durchgeführt werden soll, um hierdurch eine unbeabsichtigte Loslösung des Widerstandsmaterialeinschlages
an der Trennstelle zu verhindern.
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Eine solche Loslösung des Widerstandsmaterialeinschlages wird bei
unimprägnierten oder nur wenig imprägnierten oder schwach eingebetteten Widerstandsbändern
auch dadurch verhindert, daß der Stromanschluß zu dem für die Erreichung des gewünschten
Widerstandswertes herauszuführenden Widerstandsmaterialeinschlag nicht direkt an
der Trennstelle erfolgt, sondern eine genügende Anzahl Einschlagslagen vor der Trennstelle,
und daß diese dann nicht mehr stromführenden Einschlagslagen durch ein geeignetes
Abschlußglied gesichert werden. Diese Sicherung kann z. B. durch Einfalzen, Einpressen,
Einbetten oder Imprägnierung erfolgen, wobei sowohl geeignete Natur- oder Kunststoffe
sowie Metalle herangezogen werden können.
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Bei der Fertigung dieser Vorratslängen, die durch die Erfindung ermöglicht
wird, ergibt sich insofern noch ein neues Moment von großer wirtschaftlicher Bedeutung,
das darin besteht, daß durch die Erfindung die technische Lehre gegeben wird, bei
gewebten Widerständen, die nur an zwei Seiten befestigt werden, den Befestigungsrand
aus Isolierstoff an die Seiten parallel zur Kettenrichtung zu legen. Hierdurch ist
jetzt überhaupt erst darauf hingewiesen, daß man von den Vorratslängen einzelne
Widerstände abtrennen kann und daß man dabei sofort eine Befestigungsmöglichkeit
an oder in einem Rahmen hat, wie sie durch die aus Isolierstoff bestehenden Seitenteile
gegeben ist. Die bisher bekannten und eingangs erwähnten Widerstände sind in dieser
Weise nicht verwendet worden und haben bisher auch zu einer solchen Verwendung keine
Anregung gegeben. Diese Verwendungsmöglichkeit ist erst in der Erfindung erkannt
worden.
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Die dem eigentlichen Widerstandsgewebe zugesetzten Seitenstreifen
dienen z. B. beim Aufbau von Heizvorrichtungen aus Einzelelementen erfindungsgemäß
dazu, eine mechanische Verbindung von einzelnen nach der Erfindung hergestellten
Widerständen leicht und wirtschaftlich zu gewährleisten. Auch bei dieser Anordnung
dienen die Seitenstreifen zur Aufnahme des oder der Stromleiter, d. h. in diesem
Falle der Leiter zu den einzelnen Widerstandselementen, und zur Aufnahme der Verbindungsleitungen
zu den Stromquellen und zu den erforderlichen Schaltorganen und anderen Anschlußvorrichtungen.
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Außerdem dienen die Seitenstreifen in einigen Fällen unter anderem
auch bei Widerständen zur Beeinflussung der Strom- und Spannungsverhältnisse in
elektrischen Stromkreisen und ebenso bei Meßwiderständen in weiterer Ausbildung
der Erfindung zur Befestigung der nach der Imprägnierung oder Einbettung in Isolierstoff
aufgebrachten Verkleidung aus isolierendem Material, insbesondere um einen Berührungsschutz
oder Feuchtigkeitsschutz zu erreichen.
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Die Verbindung der zugesetzten Seitenstreifen mit dem eigentlichen
Widerstandsgewebeteil geschieht bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch,
daß die zugesetzten Seitenstreifen in einem Arbeitsgang mit dem eigentlichen Widerstandsgewebeteil
zusammengewebt werden. Dieses wird erfindungsgemäß z. B. auf folgende zwei Arten
wahlweise ausgeführt z. Das eigentliche Widerstandsgewebe enthält als Schuß nur
das Widerstandsmaterial, während die zugesetzten Seitenteile als Schuß nur Isoliermaterial
enthalten. Die Verbindung der Seitenteile mit dem Widerstandsgewebe geschieht hierbei
dadurch, daß der Widerstandsmaterialschuß den aus Einzugsfäden bestehenden Isolierstoffschuß
der Seitenteile umschlingt. Beim Weben wird dabei die Spannung des Widerstandsmaterialschusses
größer gehalten als die Spannung der Isolierstoffeinzugsfäden, so daß der Widerstandsmaterialschuß
die Isolierstoffeinzugsfäden so weit nach sich zieht, wie es dem Widerstandsmaterialschuß
möglich ist, nämlich bis zum Rand des eigentlichen Widerstandsgewebes. Die Isolierstoffeinzugsfäden
liegen dabei z. B. als doppelter Schußfaden im Fach der zugesetzten Seitenteile.
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2. Das eigentliche Widerstandsgewebe enthält als Schuß in jedem Fach
außer dem Widerstandsmaterial noch einen Faden aus Isolierstoffmaterial, und zwar
so, daß dieser Faden aus Isolierstoff gleichzeitig als Schuß der zugesetzten Seitenteile
dient, die nur diesen Isolierstoffschuß enthalten.
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Der Eintrag dieser beiden Schußfäden geschieht dabei z. B. in einem
Arbeitsgang, und zwar so, daß der Widerstandsmaterialschuß nur über die Breite des
eigentlichen Widerstandsgewebes, der im gleichen Fach liegende Isolierstoffschuß
dagegen über die Gesamtbreite aus Widerstandsgewebe plus zugesetzte Seitenstreifen
eingetragen wird.
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Diese beiden Verfahren nach der Erfindung haben vor dem eingangs angeführten
bekannten Verfahren den großen wirtschaftlichen Vorteil, daß mit einem Schützendurchgang
sowohl der Widerstandsschuß als auch der
Isolierstoffschuß der zugesetzten
Seitenstreifen eingetragen werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird das Aneinanderfügen
der zugesetzten Seitenteile mit dem eigentlichen Widerstandsgewebe durch Nähen vollzogen.
Dies geschieht entweder dadurch, daß die Seitenstreifen durch eine Kettelnaht an
das Widerstandsgewebe gebunden werden, oder dadurch, daß ein Teil der Seitenstreifen
über den Rand des Widerstandsgewebes gelegt und beides zusammengenäht wird. Gemäß
einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden die zugesetzten Seitenteile
mit dem Widerstandsgewebe durch Hinzufügung eines geeigneten Bindemittels verbunden,
wobei gleichzeitig ein Verarbeitungsvorgang vorgenommen wird. Dieser Verarbeitungsvorgang
ist entweder ein Spritzen, Pressen, Schweißen, Walzen, eine Erwärmung, die auch
durch Ultrarotstrahlung erfolgen kann, oder es können Kombinationen solcher Operationen
vorgenommen werden, um das Bindemittel zum Trocknen, Erhärten, Polymerisieren, Kondensieren,
Vulkanisieren oder Vernetzen zu bringen.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die den einzelnen
Widerstandselementen zuzusetzenden Seitenstreifen für verschiedene Widerstandselemente
von vornherein miteinander verbunden. Wahlweise können diese miteinander verbundenen
Streifen so ausgebildet und die eigentlichen Widerstandsgewebe so angeordnet werden,
daß die miteinander verbundenen Streifen als Wärmedämmschichten wirken, die eine
Wärmeabgabe nach der einen Seite der Widerstandsgewebe weitgehend herabsetzen, wie
dies z. B. für Wand-, Decken- oder Fußbodenheizung von großer Bedeutung für die
Einsparung von elektrischer Energie ist.
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In speziellen Fällen kann das Aneinanderfügen der einzelnen Widerstandselemente
zu größeren Widerstandsflächen z. B. auch durch Heftklammern, Rohrniete oder durch
die Wirkung ähnlicher Verbindungselemente erfolgen.
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Von besonderem wirtschaftlichem Vorteil sind die Gewebe nach der Erfindung
für die Fertigung von Rohrwiderständen. Solche Rohrwiderstände sind von großer Bedeutung
für die Hochspannungstechnik, da man mit Hilfe dieser Rohrwiderstände die Sprühverluste
von Hochspannungswiderständen weitestgehend heruntersetzen kann und damit einmal
Zerstörungen von empfindlichem Widerstandsmaterial vorbeugen kann, aber, was noch
viel wichtiger ist, auch die Fälschung von Meßresultaten durch Sprühverluste vermeiden
kann.
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Solche Rohrwiderstände werden mit gewebten Widerständen nach der Erfindung
auf dreiverschiedene Arten gefertigt.
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Bei einer Ausführung werden die gewebten Widerstände senkrecht zur
Kettenrichtung der Gewebe zu einem Rohr verformt, und zwar so weit, daß die zugesetzten
Seitenstreifen der Gewebe aneinander-oder übereinanderzuliegen kommen. Sie werden
dann aneinander befestigt, so daß das auf diese Weise entstehende Rohr eine Verbindungsnaht
parallel zur Rohrachse hat.
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Die zweite Art der Fertigung von Rohrwiderständen erfolgt erfindungsgemäß
dadurch, daß die an beiden Seiten mit einem zugesetzten Seitenstreifen versehenen
Widerstände als kreisförmig gekrümmte Gurte gewebt und dann so zu einer Wendel gelegt
werden, daß die einzelne Wendelwindung den Mantel eines Kegelstumpfes bildet, der
mit seinem dünneren Ende in den folgenden Wendelwindungen steckt, so daß die Achsen
der fortlaufend miteinander verbundenen Kegelmäntel zusammenfallen und auf diese
Weise ein Rohr entsteht. Der Kegelspitzenwinkel kann dabei bis nahezu r8o° betragen.
Bei dieser Form der Rohrwiderstände werden gegebenenfalls in gleicher Weise wie
die Widerstandsgurte gefertigte isolierende Zwischenlagen parallel zu den Widerstandsgurten
in den Rohraufbau eingearbeitet.
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Bei einer dritten Fertigungsform werden die Widerstände nach der Erfindung,
die im einfachsten Falle an beiden Seiten einen angewehten Seitenstreifen aus. Isolierstoff
haben, in Richtung der Gewebekette zu einer Schraubenlinie gebogen, wobei jeweils
der rechte zugesetzte Seitenstreifen der einen Schraubenwindung mit dem linken zugesetzten
Seitenstreifen der folgenden Schraubenwindung verbunden wird, so daß auf diese Weise
ein Rohr jeder gewünschten Länge entsteht.
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Diese dritte Form der Fertigung von Rohrwiderständen ist ebenso wie
die zweite Form von besonderer Bedeutung für die Meßtechnik. Man kann zur Fertigung
der Rohre beliebig schmale Bänder verwenden, um Rohrwiderstände beliebiger Durchmesser
herzustellen. Auf diese Weise kann man Widerstände mit kleiner Zeitkonstante
erzeugen, da durch die Wahl der Bandbreite die Größe der Zeitkonstante der Widerstände
verändert werden kann.
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Gleichzeitig bietet diese Form der Fertigung von Rohrwiderständen
für Hochspannungszwecke den Vorteil, daß man durch die Verwendung schmaler Gewebebänder
zu außerordentlich hohen Spannungsfestigkeiten in Richtung der Gewebekette kommt,
die nahe an die Überschlagsspannungen glatter Isolatoren heranreichen. Außerdem
wird durch die Erfindung erreicht, auf wirtschaftlich vorteilhafte Weise Rohrwiderstände
für beliebig große Belastungen herzustellen. Als Widerstandsmaterial für den Einschlag
des eigentlichen Widerstandsgewebes werden sowohl metallisches Material in Form
von Drähten oder Bändern und anderem Aufbau sowie auch in Form von Seilen oder von
Isolierstoffseelen, die mit solchem Material umsponnen sind, verwandt. Außer diesen
Materialien werden auch in geeignete Formen gebrachte, aus der Dampfphase oder auf
andere Weise niedergeschlagene dünne leitfähige Schichten oder aufgetragene leitfähige
Stoffe benutzt.
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Die fadenförmigen Isolierstoffe für den Aufbau der Gewebe werden sowohl
aus geeigneten Faserstoffen anorganischer Natur, wie z. B. Asbestfasern, Glasseidenfasern,
Ouarzseidenfasern u. dgl., als auch aus Faserstoffen organischer Natur, wie Baumwolle,
Seide u. dgl., und ebenso aus geeigneten Kunststoffen, wie Superpolyamidfasern,
Polyacrylnitrilfasern u. dgl., aufgebaut.
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Das Kettenmaterial des eigentlichen Widerstandsgewebeteiles der Widerstände
nach der Erfindung
besteht je nach den Widerstandswerten pro qcm
Gewebenutzfläche entweder aus fadenförmigen Isolierstoffen oder bei sehr niedrigen
Widerstandswerten auch ebenso wie der Einschlag aus Widerstandsmaterial.