Widerstandsdekaden und Rheostate

Regelbare Widerstände (sog. Rheostate) wurden in verschiedenen Anordnungen zu veränderbaren Meßeinsätzen zusammengestellt. Man unterscheidet je nach Art der Regelung Schleifdraht-, Stöpsel- oder Kurbelwiderstände.


Abb. 1: Innenleben eines Präzisions-Rheostats von Hartmann & Braun

Der Schleifdrahtwiderstand besteht aus einem kalibrierten Draht, der auf einer ebenen Unterlage oder auf dem Umfang einer runden Isolierscheibe ausgespannt ist. Auf seiner ganzen Länge kann an einem entsprechend geführten Schieber oder Drehknauf eine Feder bewegt werden, die auf dem Widerstandsdraht schleift, häufig unter Zwischenlage eines besonderen Kontaktstückes, z.B. aus Silber. Da man mit der Schleifdrahtdicke aus mechanischen Gründen nicht unter ein bestimmtes Maß (etwa 0,5 mm), heruntergehen kann, hat man zur Erzielung möglichst hoher Widerstände den Schleifdraht auch in Form einer Wendel auf den Mantel eines Zylinders aus Isoliermaterial gelegt, z. B. bei der sog. Walzenbrücke nach Kohlrausch. Der Schleifkontakt oder auch eine federnd gelagerte Abnahmerolle kann dann, vom Schleifdraht selbst geführt, in axialer Richtung der Wendel folgen.

Die Schleifdrahtwiderstände gehören nicht zu den Meßwiderständen höchster Präzision, besonders dann nicht, wenn der Übergangswiderstand am Schleifkontakt mit in den Meßwiderstand fällt. Zudem gab es Probleme, den Schleifdraht bei bestimmter Länge auf einen bestimmten Widerstand abzugleichen. Man verwendete die Schleifdrahtwiderstände bei genauen Messungen nur als Spannungsteiler (Potentiometer) bzw. Verhältniswiderstände.

Hartmann & Braun verwendete zur Herstellung von Widerständen vorwiegend Manganin (84% Cu, 12% Mn, 4% Ni), einer Legierung, deren Temperatur-Koeffizient fast bei allen Messungen zu vernachlässigen ist, und die eine sehr geringe Thermokraft gegen Kupfer und Messing hat. Um eine zuverlässige Konstanz der Widerstände zu erreichen, wurden die einzelnen Widerstände einem künstlichen Alterungsverfahren unterworfen. Präzisionswiderstände wurden zudem mit Lack, technische Meßwiderstände mit Paraffin getränkt.

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Präzisions-Meßwiderstände
Technische Meßwiderstände
Einfache Meßwiderstände
 

Wicklungsarten von Widerständen

Bifilar-Wicklung
Abb. 1: Schema der bifilaren Wicklung

Bifilar-Wicklung für Widerstände bis 100 Ohm

Wickelt man einen umsponnenen, schellackierten Draht auf eine Spule ohne Wechsel der Wicklungsrichtung (unifilare Wicklung), so besitzt die Widerstandsspule eine ziemlich große Induktivität, die man vermindern kann, wenn man den Draht abwechselnd einige Windungen rechts und dann gleichermaßen links herumwickelt. Wickelt man zwei am Anfang verbundene Drähte gleichzeitig auf eine Rolle, so entsteht die sog. bifilare Wicklung. Hierbei wird die Induktivität sehr klein. Die Oberflächen der beiden Drähte liegen aber auf einer großen Länge (halbe Drahtlänge) nahe zusammen. Am gemeinsamen inneren Wicklungsanfang ist die Spannung zwischen den beiden gegenläufigen Wicklungen Null, sie steigt aber nach den äußeren Wicklungsenden an und hat eine kapazitive Wirkung zur Folge. Die rein bifilare Wicklung wird daher nur für verhältnismäßig kleine Widerstände verwendet.

Chaperon-Wicklung

Abb. 2: Schema der Chaperon-Wicklung

Wicklung nach Chaperon für Widerstände über 100 Ohm

Eine ganze Wicklungslage hat jeweils den gleichen Wickelsinn, die darüberliegende den entgegengesetzten. Hierdurch wird die Induktivität sehr klein, ohne daß sich die Kapazität erhöht. Auf dem Metallrohr wird erst eine Lage Draht rechts herum, dann die zweite links herum gewickelt. Die Wicklung wird in kleine Gruppen unterteilt, von denen zwei im Bild links zu sehen sind. Zwischen den Gruppen liegen Ringe aus Isolierstoff. Die Zeitkonstante T dieser und der nachstehenden Widerstände liegt in der Größenordnung 10-8 sec.

Wagner-Wicklung

Abb. 3: Schema der Wicklung nach Wagner

Wicklung nach Wagner-Wertheimer für hochohmige Widerstände

Die nach Chaperon bifilar gewickelten Drähte sind hier in kleinste Gruppen unterteilt. Auf dem Isolierkörper 1 sind Metallrohre 2 aufgebracht, die der Wicklung eine feste Unterlage und ein bestimmtes Potential geben, die aber zur Vermeidung von Wirbelströmen längs aufgeschlitzt sind. Der Längsschlitz bringt noch eine vorteilhafte Nachgiebigkeit der Wicklungsunterlage. Als Träger für die Wicklung dient bei den Präzisions-Widerständen eine Rolle aus einem keramischen Stoff oder ein dünnwandiges Metallrohr, das die Wärme besser abführt. Die Wicklung ist dann durch eine dünne Lackschicht gegen das Metallrohr isoliert. Die feinen Enden der Widerstandsdrähte sind immer an kleine Messingösen oder Kupferdrähte hart angelötet, da Weichlöten bei Manganin nur ungenügende Haltbarkeit ergibt. Diese künstlichen Enden können dann durch Verschrauben oder Weichlöten befestigt werden.


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