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Hochbelastbare elektrische Regelvorrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf hochbelastbare elektrische Regelvorrichtungen, jeweils bestehend aus einem
Widerstandskörper und einer an diesem in leitender Verbindung anliegender Kontakteinrichtung,
die relativ zueinander bewegbar sind, insbesondere zur Durchführung oder Vorbereitung
von Schaltungen in Leistungsstromkreisen. Bei solchen Regelvorrichtungen besteht
die Gefahr einer Überlastung einzelner Teile der Widerstandskörper und daraus folgender
Schädigungen. In der Anwendung auf Schaltvorgänge in Leistungsstromkreisen müssen
solche Regelvorrichtungen in sehr kurzer Zeit ihren Regelbereich durchlaufen und
daher auch größeren mechanischen Belastungen standhalten. Jede thermische Schädigung
des Widerstandskörpers oder Stromabnehmers setzt zugleich die mechanische Festigkeit
der Vorrichtung herab und verringert auch dadurch ihre Eignung für den angegebenen
Zweck. Nach der Erfindung werden die erwähnten Nachteile dadurch beseitigt, daß
während des Regelvorganges die stromführenden Teile des Widerstandskörpers derart
abwechselnd beansprucht werden, daß kein oder fast kein Teil während des ganzen
Regelvorganges durch hohe Stromdichte belastet ist. Die Bereiche, in denen die höchsten
Stromdichten auftreten, sollen im folgenden kurz als Stromkern bezeichnet werden.
Nach der Erfindung sollen der Widerstandskörper und gegebenenfalls die Kontakteinrichtung
derart ausgebildet sowie die Kontakteinrichtung derart angeordnet und wirksam sein,
daß alle oder fast alle den Stromkern führenden Teile des Widerstandskörpers während
des Regelvorganges wechseln.
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Der Regelvorgang läuft bei der Verwendung solcher Regelvorrichtungen
für Schaltvorgänge in Leistungsstromkreisen in einem Bruchteil einer Sekunde ab.
Nach
der Erfindung sind die den Stromkern führenden Teile des Widerstandskörpers von
ihm entsprechend der angegebenen kurzen Ablaufdauer des Regelvorganges nur kurzzeitig
belastet. Hierdurch wird das Widerstandsmaterial sehr geschont und die Gebrauchsdauer
der Regelvorrichtung wesentlich erhöht. Es treten somit in kürzester Zeit an die
Stelle der eben strombelasteten Raumelemente des Widerstandskörpers andere Raumelemente,
so daß die Stellen höchster Stromwärme durch den Widerstandskörper hindurch--wandern.
Wegen der Schnelligkeit dieser Wanderung können in keinem Teil des Widerstandskörpers
unerwünschte Wärmestauungen auftreten.
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Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
ist diese dadurch verwirklicht, daß während der Regelung sowohl die Eintrittsstelle
als auch die Austrittsstelle des Stromkernes längs des Widerstandskörpers wandert.
Während bei bekannten Regelwiderständen gewöhnlich ein Stromanschluß am Widerstandskörper
fest ist und nur der andere seine Lage wechselt, sollen nach der Erfindung beide
Anschlüsse oder wenigstens beide Fußpunkte des Stromkernes wechseln, so daß die
wirksamen Strombahnen in ihrer ganzen Länge sich im Verhältnis zum Widerstandskörper
verschieben. Diese Verschiebung muß nicht durch Bewegung der Stromanschlüsse erfolgen,
sondern kann auch durch eine Bewegung des Widerstandskörpers gegenüber den ruhenden
Stromanschlüssen hervorgerufen werden.
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In Fig. r der Zeichnung ist` ein stab- oder plattenartiger Widerstandskörper
w dargestellt, auf dem zwei Stromabnehmer sl und s2 gleiten. Zur Regelung werden
die beiden Stromabnehmer in der durch Pfeile angedeuteten Richtung bis in die gestrichelt
wiedergegebenen Lagen verschoben, wodurch die eingezeichnete mittlere Strombahn
c des Stromkernes sich in ihrer Längsrichtung im Widerstandskörper verschiebt. Die
gleiche Wirkung tritt auch bei einer Verschiebung des Widerstandskörpers gegenüber
ruhenden Stromabnehmern ein. Die Änderung des.Widerstandes kann hierbei entweder
dadurch bewirkt werden, daß der spezifische Widerstand des Widerstandskörpers in
dessen Längsrichtung verschieden ist, so däß die beiden Stromabnehmer bei unveränderlichem
Abstand nach Stellen anderen spezifischen Widerstandes verschoben werden, oder es
kann die Widerstandsänderung an einem homogenen Widerstandskörper durch Bewegung
der beiden Stromabnehmer mit verschiedenen Geschwindigkeiten zustande kommen. Wenn
die Stromabnehmer in ihrer Endlage z. B. weiter voneinander entfernt sind als in
ihrer Anfangslage, so ist der zwischen ihnen wirksame Widerstand größer. Nach der
Erfindung müssen sich auch hierbei beide Stromabnehmer derart weiterbewegen, daß
die wirksame Strombahn an eine andere Stelle des Widerstandskörpers zu liegen kommt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zur Widerstandsregelung. dienende
Bewegung der Stromabnehmer und ihre zur Verlagerung des Stromkernes dienende Bewegung,
in verschiedenen Richtungen liegen. Beispielsweise können bei der gezeichneten Anordnung
während der Regelung einer oder beide Stromabnehmer s1 und s2 in der Zeichenebene
voneinander entfernt werden, während sie sich zugleich senkrecht zur Zeichenebene
auf der Oberfläche des Widerstandskörpers w verschieben. Es wird zwar nach wie vor
der ganze Widerstandskörper von Strombahnen durchsetzt sein, doch liegen die für
seine Belastung wirksamen Strombahnen, der oben als Stromkern bezeichnete- Teil
der Strombahnen, gehäuft im Bereich der kürzesten Verbindung zwischen den beiden
Stromabnehmern. Dieser Stromkern verschiebt sich also erfindungsgemäß während der
Regelung immer an neue Stellen des Widerstandskörpers.
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Die beiden Stromabnehmer s1, s2 können auch nach Fig.2 an verschiedenen
Seiten des Widerstandskörpers w liegen, was den Vorteil hat, daß die von ihnen bestrichenen
Flächen besser gekühlt werden und daß beide Stromabnehmer in der Richtung ihrer
Verbindungslinie bewegt werden können, ohne daß sich die von ihnen bestrichenen
Flächen überdecken. Auch bei der Anordnung der' Stromabnehmer nach Fig. 2 ist es
sowohl möglich, den Stromkern in der Längsrichtung seines mittleren Teiles als auch
quer dazu gegenüber dem Widerstandskörper zu verschieben.
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Nach Fig. 3 kann die Querverschiebung des Stromkernes in die Richtung
der Regelbewegung fallen, indem die beiden Stromabnehmer s1 und s2 einander gegenüberstehend
an einem Widerstandskörper von stetig oder stufenweise gestaffeltem spezifischem
Widerstand angeordnet sind. Die Strombahnen zwischen den Stromabnehmern verlaufen
hier quer durch den Widerstandskörper. Werden die Stromabnehmer nach Stellen .anderen
spezifischen Widerstandes verschoben, so wandert der Stromkern zugleich quer zu
seiner Längsrichtung, ohne seine eigene Länge wesentlich zu ändern.
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An Stelle des einen Stromabnehmers (z. B. s2) der Ausführungsform
nach Fig.3 kann auch ein fester Stromanschluß treten, der an dem stab- oder plattenförmigen
Widerstandskörper an der von der Stromübergangsfläche abgewandten Seite liegt und
sich über einen wesentlichen Teil dieser Seite erstreckt.
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Nach Fig. q können auch zwei stab- oder plattenförmige Widerstandskörper
w1 und w2 dieser Art zusammenarbeiten, deren Stromanschlüsse an der von ihrer Berührungsfläche
abgewandten Seite angebracht sind und deren ganze Länge einnehmen. Die Stromanschlüsse
a1 und a2 bestehen aus Metallauflagen, die mit dem Metallkontakt ml bzw. m2 aus
einem Stück sind. Der Metallkontakt nil bzw. m2 liegt an dem Ende des zugehörigen
Widerstandskörpers, an dem der spezifische Widerstand am kleinsten ist. In besonderen
Fällen können an Stelle dieser Metallteile auch nichtmetallische Teile von hinreichend
kleinem spezifischem Widerstand treten. In der in Fig. q. gezeichneten Stellung
berühren sich die Teile ml und ms. Der Leitungszug ist also praktisch widerstandslos
geschlossen. Werden die beiden Körper in Richtung der Pfeile gegeneinander verschoben,
so gelangen nach und nach Teile höheren spezifischen Widerstandes in den Kern der
Strombahnen, bis in der in Fig. 5 gezeichneten Endstellung die Teile höchstens spezifischen
Widerstandes übereinanderliegen. Während der ganzen Regelung verlaufen die Strombahnen
im wesentlichen senkrecht zur Berührungsfläche der beiden Widerstandskörper,
und
es kommen ständig neue Raumelemente in den Bereich stärkster Stromdichte.
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In den Regelstellungen höchsten Widerstandswertes ist die Strombelastung
des Widerstandskörpers gering und unschädlich, und es braucht daher im Bereich dieser
Regelstellungen kein Wechsel der belasteten Raumelemente mehr stattzufinden. Es
genügt daher auch, wenn sich die Stromanschlüsse a1 und a2 nach Fig. 6 nur über
einen wesentlichen Teil der Länge der Widerstandskörper w1 und w2 erstrecken. Das
gleiche gilt sinngemäß für die Ausführungsform nach Fig. 4 und 5.
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Das Wandern des Stromkernes im Widerstandskörper kann dadurch gefördert
«-erden, daß der Stromabnehmer durch im wesentlichen senkrecht zur längsseitigen
Stromanschlußfläche des Widerstandskörpers stehende Isolierschichten oder Schichten
höheren spezifischen Widerstandes unterteilt ist: In Fig. 7 ist ein Beispiel eines
sochen geblätterten Stromabnehmers s mit Isolierschichten i dargestellt. Bei einer
solchen Ausführung ist auch verhindert, daß sich insbesondere in einer oder beiden
Endstellungen sämtliche Strombahnen an einer Kante des Stromabnehmers zusammendrängen.
Die Widerstandskörper w1 und w2 sind bogenförmig und «erden vom Stromabnehmer s
an den einander zugekehrten Zylinderflächen berührt. Ihr spezifischer Widerstand
nimmt von dem mit dem Metallkontakt ml bzw. m2 versehenen Ende gegen das andere
Ende zu. Der Stromabnehmer s ist durch angesetzte Isolierstücke il und i2, zu einem
zylindrichen Körper ergänzt.