Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Werkstoffkunde – Widerstandswerkstoffe (7)
In den letzten Folgen dieser Serie bildeten die „guten“ Leiterwerkstoffe wie Kupfer und Aluminium sowie deren Legierungen mit anderen Metallen den Schwerpunkt der Betrachtungen. Aus elektrotechnischer Sicht bietet sich nun an, Werkstoffe mit weniger gutem Leitverhalten zu betrachten – Widerstandswerkstoffe.
Widerstandsdraht
Elektrische Widerstände (Bild) bestehen aus Werkstoffen, die den fließenden elektrischen Strom behindern. Diese Behinderung kann gezielt zur Strombegrenzung eingesetzt werden und dient damit auch der Leistungseinstellung elektrischer Verbraucher. Die somit an vielen Verbrauchern entstehende Verlustleistung ist häufig ein notwendiges Übel. Sie kann aber auch in anderen Fällen gezielt eingesetzt werden, um z. B. mit Hilfe eines aufgewickelten Widerstandsdrahtes einen Heizwiderstand zu bilden, bei dem dann die „Verlustleistung“ zur Nutzleistung wird. Der Begriff Widerstandsdraht sagt zunächst nichts über die verwendeten Materialien aus. Die Praxis hat gezeigt, dass sich die in der Natur vorkommenden Grundstoffe (Elemente), bis auf wenige Ausnahmen, kaum als Widerstandsdraht eignen. Vorwiegend werden hier Legierungen mit verschiedenen Rezepturen hergestellt. Eine häufig gestellte Forderung ist die Konstanz des Widerstandswertes über der sich verändernden Betriebstemperatur. Aus dieser Forderung sind dann Entwicklungen entstanden, die dann zu Markennamen wie „Konstantan“ führten. Chrom und Nickel sind sehr oft die Legierungs-Hauptbestandteile, aus denen Widerstandsdrähte bestehen.
Heizleiter
Heizleiterlegierungen bestehen aus zwei oder mehr metallischen Komponenten, deren jede aufgrund ihres relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstands bereits die Eigenschaft eines Heizleiters besitzt, nämlich elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln. Durch das Legieren werden positive Eigenschaften der einzelnen Heizleiter verstärkt und eine differenzierte Anpassung an den Einsatz als Heizelement ermöglicht. Durch Zulegieren von Nickel und Zink kann der elektrische Widerstand gegenüber reinem Kupfer auf das 28-fache ansteigen (Nickelin). Wird der Zinkanteil durch Erhöhung des Nickels und nur 1 % Mangan ersetzt, steigt der Widerstand sogar auf das 30-fache (Konstantan). Legierungen mit Eisen, Chrom und Aluminium (siehe Kanthal) erhöhen den Widerstand gegenüber solchen auf Kupfer-Nickelbasis nochmals deutlich.