DE318301C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand, der für die . Leistungsaufnahme und Wärmeabgabe besonders günstig ist. Bekanntlich ist ein Widerstandsband bei gleicher Stromdichte höher belastbar als ein Draht mit rundem Querschnitt, weil die wärmeabgebende Oberfläche des Bandes größer ist. Bei gleichem Querschnitt aber kann eine größere Drahtlänge schraubenförmig aufgewickelt werden, als dies

ίο mit Band auf der gleichen Länge des entstehenden Widerstandselementes möglich ist. Um die gleiche Bandlänge wie die des Drahtes zu erreichen, müßte das Band hochkantig auf dem Zylinder aufgewickelt werden, was aber nicht' ohne weiteres möglich ist.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Ein bandförmiger Widerstand wird dabei dadurch erhalten, daß eine Anzahl dünner Drähte unmittelbar aneinanderliegend neben- oder neben- und übereinander, voneinander nicht isoliert gewickelt wird, wobei durch besondere kammartig ausgebildete Platten dafür Sorge getragen ist, daß die einzelnen Windungen in ihrer Lage erhalten werden. Die Platten sollen im folgenden als Kammplatten bezeichnet werden. Sie können entweder aus ■ einem den auftretenden Temperaturen gewachsenen Isolations-. material oder auch aus Metall bestehen; im •letzteren Fall müssen die Schlitze, in denen der Draht liegt, mit einem Isoliermaterial, • · beispielsweise Glimmer, ausgekleidet sein.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein derartiges Widerstandselement, bei welchem die Schlitze α in den Kammplatten b schräg angeordnet sind. Die Kammplatten sind sternförmig um' einen rohrförmigen Träger c angeordnet. Ebensogut können sie aber auch in anderer Weise befestigt sein, oder die ganze Kammplattenanordnung kann aus einem Stück hergestellt sein. Die Kammplatten sind so angeordnet, daß ihre Schlitze auf einer Schraubenfläche liegen. In der Zeichnung ist diese Schraubenfläche gegen die Längsachse des Elementes in einem konstanten Winkel geneigt; die Schlitze können aber auch senkrecht zur Längsachse angeordnet sein.

Meistens wird der Abstand der Schlitze voneinander und ihre Neigung gegen die Längsachse im ganzen Element gleich sein. Es kann aber auch der Abstand und die Neigung an einzelnen Teilen des Elementes eine andere sein, oder sich stetig von Windung zu Windung ändern; dies kann z. B. der Fall sein, wenn an einzelnen Stellen eine größere Wärmeabgabe auf die Längeneinheit beabsichtigt wird.

In die Schlitze α der Kammplatten wird nun der Widerstandsdraht d eingewickelt, und zwar in den meisten Fällen so, daß erst eine Lage Draht über die ganze Länge des Wider-Standselementes durchgewickelt wird. Am Ende des Elementes wird der Vorschub der Drahtführung gewechselt, so daß auf dem ersten Schraubengang sich ein zweiter aufwickelt usf., bis die Schlitze bis zu der gewünschten Höhe vollgewickelt sind.

Zum Zweck der Befestigung und der Stromzuleitung zu den Drähten werden diese an den Enden der Elemente durch eine beliebig ausgebildete Klemmvorrichtung gehalten. In der Zeichnung ist hierfür ein sternförmiger Kontaktkörper e vorgesehen, der durch Hülsen f

von der Achse des Elementes isoliert wird. Eine Scheibe g wird gegen diesen sternförmigen Körper so angepreßt, daß die Drähte dadurch in ihrer Lage unverrückbar festgehalten werden.

Das fertige Element ist in der Fig. 2 in der

Ansicht dargestellt, die aufeinanderliegenden durch die Schlitze α in ihrer Lage festgehal-. tenen Drähte 'bilden ein schraubenförmiges gegen die Längsachse des Elementes geneigtes Band.

Diese Anordnung hat nun zur Folge, daß durch das schräggestellte Band und die Kammplatten Kanäle gebildet werden, die bei senk- rechter Anordnung des Elementes von außen nach innen ansteigen und so dem Kühlmittel, sei dieses nun Luft, öl oder eine andere geeignete Substanz, seinen Weg vorschreiben. Hierdurch werden \ besonders günstige Verhältnisse für die Wärmeabgabe, an der sich auch die Kammplatten und das Traggestell beteiligen, geschaffen.

Die hochkantige Anordnung des aus Draht aufgewickelten Widerstandsbandes ermöglicht die Unterbringung einer sehr großen Bandlänge auf die Längeneinheit desWiderstandselementes:

verschiedene Bandbreiten und Querschnitte können nicht nur durch geeignete Wahl des . Drahtdurchmessers, sondern auch durch verschiedene Anzahl der übereinander gewickelten Drähte erhalten werden. -Da keine Schwierigkeiten wegen der Profilierung bestehen, können im Gegensatz zu Band widerständen alle Widerstandsmaterialien Verwendung finden. Ein Durchhängen sowie die Berührung der einzelnen Windungen ist durch die Kammplatten mit Sicherheit verhindert.

Wo es sich um Elemente handelt, die horizontal angeordnet werden, können auch Kammplatten, deren Schlitze rechtwinklig zur Längsachse des Elementes stehen, Verwendung finden.

Derartige Widerstandselemente bieten durch die große Länge und Oberfläche die Möglichkeit, große Energiemengen auf kleinem Raum in Wärme überzuführen.

Die Vorteile dieser Widerstandsform gegenüber den bekannten Bandwiderständen sind folgende:

Um das Verhältnis zwischen Querschnitt und wärmeabgebender Oberfläche möglichst günstig zu gestalten, wird man auch bei den bekannten'bandförmigen Widerstandselementen möglichst breite und dünne Bänder verwenden; bei diesen ist aber bald aus mechanischen Gründen eine Grenze erreicht, bei der sich für den Zusammenbau Schwierigkeiten ergeben. Dünne und breite Bänder, die schraubenförmig aufgewickelt werden, federn leicht durch, woraus sich Betriebsstörungen ergeben. Ein Band von 40 mm Breite und 0,2 mm Stärke läßt sich schon kaum mehr betriebssicher einbauen. Dabei ist sein Raumbedarf wesentlich größer; die Windungszahl auf den laufenden Meter wird 20 nicht übersteigen; aus mechanischen Gründen muß entweder der Innendurchmesser einer solchen schraubenförmigen Spirale klein gehalten werden, woraus eine geringe Gesamtlänge resultiert oder es müssen j besondere Tr ag vorrichtungen, die der Wärme- 7" abfuhr hinderlich sind, angeordnet werden. Die Kühlwirkung ist bei weitem nichr so guf, wie bei der der Erfindung zu Grunde liegenden Konstruktion; die im Inneren des Elementes aufsteigende Luft oder ein anderes Kühlmittel ! erhitzen sich so stark, daß die zulässige Belastung ein Watt pro Quadratzentimenter in j Luft nicht übersteigen darf. Derartig dünne j und breite Bänder hoch kantig zu wickeln, ist : praktisch nicht möglich. Für verschiedene : Querschnitte und Oberflächen müssen eine Menge verschiedener Bandbreiten verwendet werden, woraus sich ernste Schwierigkeiten ergeben. ■ '

Alle diese Nachteile sind bei der vorliegenden Erfindung vermieden. Die Windungszählen auf den laufenden Meter sind unabhängig von der Bandbreite und können auch bei den breitesten Bändern leicht bis zu 100, bei schmäleren bis zu 150 betragen; die Länge der einzelnen Windung ist unabhängig von der Rücksicht auf mechanische Festigkeit, da die Kammplatten eine einwandsfreie Lage sicherstellen. Es ist also möglich, weit größere Längen auf den laufenden Meter zu wickeln, als bei den bisher verwendeten Anordnungen. Die Kühlwirkung ist infolge des luftigen Aufbaues eine weit bessere; die einzelnen Teile des Elementes werden von dem Kühlmittel umspült und leiten es durch die aus dem Widerstandsmaterial und den Kammplatten bestehenden Kanäle entweder von innen nach außen oder von außen nach innen, so daß das erhitzte Kühlmittel frei abströmt, woraus sich ergibt, daß bei senkrechter Anordnung, wie Versuche gezeigt haben, die oberen Windungen bei weitem nicht in der Weise überhitzt werden, wie bei den bisher bekannten Bandspiralen. Es sind deshalb Belastungen in Luft bis zu drei Watt pro Quadratzentimenter zulässig, ohne daß die Temperatur bis zur eben im Dunkeln sichtbaren Rotglut ansteigt. Auch wenn die Kühlung nicht nur durch Konvektion, sondern durch Strahlung bewirkt, wird und das Widerstandsmaterial zu diesem Zweck mit noch höheren Temperaturen arbeitet, sind die Verhältnisse besonders günstig, weil sich der Neigungswinkel der Bandspirale [ so wählen läßt, daß die einzelnen Windungen ! aneinander vorbeistrahlen können. ,120

! Während es aber für die gewöhnlichen Widerstandsbänder außerordentlich schwierig und

bei größeren Bandbreiten unmöglich ist, Spiralen hochkantig zu wickeln, ist dies bei den aus Draht aufgebauten Bändern ohne weiteres möglich; es ist nicht notwendig die verschiedensten Querschnittsformen und Breiten zu verwenden, sondern mit einer kleinen Anzahl normaler Drahtsorten lassen sich alle nur denkbaren Bandbreiten erzielen. Während Bänder aus massivem Metall unter 0,2 mm Stärke in größeren Breiten kaum praktisch einzubauen sind, steht nichts im Wege die Drahtbänder aus -Draht' von 0,1 mm Durchmesser aufzubauen. Abweichungen im spezifischen Widerstand lassen sich in einfachster Weise dadurch korrigieren, daß einige Windungen mehr oder weniger das Band zusammensetzen. An Stelle eines Bandes von 40 χ 0,2 kann ohne weiteres ein solches von 80χ 0,1 mm Verwendung finden. Dabei könnten von dem erstgenannten auf den laufenden Bieter nur 20, von dem Drahtband aber 100 Windungen gewickelt werden. In diesem Fall ist bei gleichem Querschnitt trotz des geringeren Raumbedarfes bei gleichem Umfang der einzelnen Windung die Oberfläche des aus Draht hergestellten Bandes doppelt so groß wie die des massiven. Da auch die spezifische Beanspruchung infolge der luftigen Anordnung zwei bis drei Mal größer beim Drahtband gewählt werden kann, ergibt sich eine so weitgehende Überlegenheit über das massive Band, daß die zulässigen Belastungen ein Vielfaches gegenüber den bekannten Anordnungen betragen.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Widerstandselement mit bandähnlichen Widerstandsformen, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus einzelnen, unmittelbar aneinanderliegend neben- oder neben- und übereinander gewickelten, voneinander nicht isolierten, fr ei geführt en Drähten zusammengesetzt ist.

2. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmig aufgewickelte Band durch mit Schlitzen versehene Körper aus Isoliermaterial in seiner Lage erhalten wird.

3. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmig aufgewickelte Band durch Metallkörper mit isolierten Schlitzen in seiner Lage gehalten wird.

4. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfläche des Bandes senkrecht auf der Längsachse des Elementes steht.

5. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfläche des Bandes gegen die Längsachse des Elementes geneigt ist.

6. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 3 und 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Windungen pro Längeneinheit sich stetig oder unstetig ändert, zum Zweck an einzelnen Stellen eine größere Wärmeabgabe zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.