Basiswissen

Heizleiterlegierungen sind Legierungen aus zwei oder mehr Metallen, die einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand haben und eine geringe Neigung zur Oxidation besitzen. Ihre Aufgabe ist es, elektrische Energie in Wärme umzuwandeln. Einen solchen Draht zu entwickeln war nicht einfach. Der Widerstand von normalen Metallen ist zu niedrig, um mit niedrigen Spannung hohe Leistungen zu erreichen. Zudem darf der Draht nicht schmelzen oder mit dem Luftsauerstoff oxidieren. Erst im Jahr 1906 wurde mit einer Chrom-Nickel-Legierung eine erste geeignete Legierung gefunden. Die Entwicklung ging aber noch Jahrzehnte weiter.^[3]^[4]

Versuche

Um die Probleme bei der Entwicklung von Heizleitern, also Drähten mit hohem Widerstand, die aber nicht schnell oxidieren ("durchbrennen"), kann man selbst gut mit zwei einfachen Versuchen nachvollziehen.

Draht-Glüh-Versuch

Beim Draht-Glüh-Versuch geht es darum, ein Gefühl für das Zusammenspiel von elektrischer Spannung U und der damit erzeugten Stromstärke I zu beginnen. Schon bei geringen Spannungen werden die verwendeten Drähte sehr heiß, bis hin zur Rotgluht, bei der sie dann meist an der Luft durchglühen. Siehe mehr unter Draht-Glüh-Versuch ↗

Eisen-Glüh-Versuch

Hier werden nicht Drähte sondern Eisen- oder Stahlwolle betrachtet. Es ist für viele Beobachter überraschend, wie leicht sich feine Eisen- oder Stahlwolle mit einem Brennglas, einem Streicholz oder sogar einen fast leeren Batterie zünden lassen. Einmal gezündet, brennt die metallene Wolle unter starker Entwicklung von Hitze völlig ab und wird dabei auch zu einem anderen, sehr viel schwereren Stoff. Siehe dazu Eisen-Glüh-Versuch ↗

Fußnoten

[1] 1906, Albert L. Marsh, zum Problem: "My object is to provide, as an improved electric resistance material, a metal which has the property of being particularly low in electric conductivity, has a meltingoint exceeding that of pure copper, and may e drawn or otherwise shaped to form particularly durable, efficient, and desirab or filaments suitable for use in the various connections where electric sirable." Und zur Lösung: "Nickel‑chromium alloys having high and stable resistance and excellent ductility … the composition 80 % Ni – 20 % Cr serves as a practical electric heating resistor”. US Patent US811859A, angemeldet 11. März 1905, erteilt 6 Februar 1906. Online: https://patents.google.com/patent/US811859A

[2] 1957, Betteridge & Lewis: "Nickel‑chromium alloy and electrical resistance heating elements made thereof … “Special Ni‑Cr alloys containing Ca and Ce (Mischmetall), with increased Si content, providing service life ≥ 400 h at 1177 °C, far exceeding existing 80‑20 NiCr types” US-Patent: US2815283A. Online: https://patents.google.com/patent/US2815283A

[3] 1962: "Oxidation resistant iron‑chromium alloy … “(...) disclosed oxidation‑resistant Fe‑Cr alloys suitable as electric resistance heating wires and radiant heating elements in gas or oil stoves”. US‑Patent 3 027 252. Online: Oxidation resistant iron‑chromium alloy … “(...) disclosed oxidation‑resistant Fe‑Cr alloys suitable as electric resistance heating wires and radiant heating elements in gas or oil stoves” (US‑Patent 3 027 252, angemeldet 29. September 1959, erteilt 27 März 1962). Online: https://patents.google.com/patent/US3027252A