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Die Erfindung betrifft eine Widerstandsanordnung mit einem Kühlkörper.
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Aus der
DE 20 2009 005 664 U1 ist ein Lastwiderstand mit Metallgehäuse bekannt. Der Lastwiderstand weist ein als Widerstandswendel ausgebildetes Widerstandselement auf, welches mit von außen zugänglichen Versorgungsanschlüssen versehen und in einer Widerstandskammer des metallenen Kühlkörpers angeordnet ist.
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Aus der
EP 0585611 A2 ist ein Leistungswiderstand für eine Flüssigkeitskühlung beschrieben, bei der Widerstandselemente zwischen Flachkanälen angeordnet sind. Die Flachkanäle sind von einer Kühlflüssigkeit durchflossen.
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Die
US 2004/0095224 A1 offenbart eine Widerstandsanordnung, bei der Widerstandselemente in eine Kühlflüssigkeit hineinragen.
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Aus der
DE 42 25 723 A1 ist ein Leistungswiderstand für Flüssigkeitskühlung bekannt, bei dem mindestens ein Widerstandselement über Isolierplatten zwischen zwei metallischen Flachgehäusen angeordnet ist.
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In der
US 3,902,242 ist ein Verfahren offenbart, bei dem ein Widerstandskörper in einem Rohr angeordnet wird, in dem zusätzlich Kühlflüssigkeit entlang geführt wird.
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Die
DE 197 11 632 A1 offenbart einen flüssigkeitsgekühlten Hochleistungswiderstand, bestehend aus einem Widerstandsträger und einem Widerstandselement, der in einem flexiblen Isolierrohr untergebracht ist.
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Die
DE 36 09 195 A1 beschreibt einen zwangsgekühlten Drahtwiderstand, bei dem ein spiralförmiger Widerstandskörper in einem Hohlkörper angeordnet ist, der mit Kühlmedium gefüllt ist.
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In der
EP 0 872 853 A1 wird eine Einrichtung zur Kühlung von Bremswiderständen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge offenbart. Der Widerstand steht mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt.
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Aus der
DE 22 47 296 ist eine Kühlvorrichtung bekannt, bei der thermisch hochbelastete Widerstände auf der Rückseite eines V-förmigen Kühlkanals angeordnet sind.
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Die
DE 10 2006 049 194 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben einer Energiespeichereinrichtung eines rekuperationsfähigen Fahrzeugs.
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Derartige Last- bzw. Bremswiderstände werden dazu verwendet, elektrische Energie, die beim Abbremsen von Elektromotoren entsteht, in Wärme umzuwandeln und diese möglichst großflächig an die Umgebung abzugeben. Zu diesem Zweck sind die Last- bzw. Bremswiderstände in Gehäusen aus Metall oder anderen wärmeleitfähigen Materialien untergebracht die eine möglichst große Außenfläche, beispielsweise in Form von Kühllamellen aufweisen. Der eigentliche Last- oder Bremswiderstand ist häufig in Form eines auf einem Wicklungsträger aufgewickelten Widerstandsdrahtes in einem an die Form des Widerstandes angepassten Hohlraum im Gehäuse untergebracht. Bei dieser Art von Last- oder Bremswiderständen wird die Wärme durch Abstrahlung an die sich dabei erwärmende Umgebungsluft oder einen gekühlten Körper abgegeben.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für einen Widerstand anzugeben bei der die Energie, die beim Abbremsen von Elektromotoren entsteht, effektiv an ein Kühlmedium abgegeben wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist bei einer Widerstandsanordnung gelöst, die wenigstens ein Widerstandselement aufweist, welches mit von außen zugänglichen Versorgungsanschlüssen versehen ist. Das Widerstandselement steht in thermischem Kontakt mit wenigstens einem Kühlkörper. Der Kühlkörper ist durch miteinander verbundene Rohrleitungen gebildet die einen gemeinsamen Einlass und einen gemeinsamen Auslass aufweisen und von einem Medium durchflossen werden können. Das Widerstandselement ist durch mehrere seriell oder parallel miteinander verschaltete Teilwiderstandsbereiche aufgebaut. Die Teilwiderstandsbereiche stehen jeweils wenigstens teilweise in thermischen Kontakt zu einem Teil der Rohrleitungen des Kühlkörpers. Die Wärmeenergie des Widerstandselements wird über einen Latentspeicher aufgenommen, der durch das Medium gebildet ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die vorliegende Widerstandsanordnung sehr materialsparend aufgebaut ist, da sie durch die teilweise Integration des Widerstandselements in die Kühlleitungen relativ kleine Abmessungen besitzt. Durch die effektive Kühlung des Widerstandselementes sind die Oberflächentemperaturen der Widerstandsanordnung relativ gering.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwiderstandsbereiche durch Abschnitte eines Meanders gebildet sind. Vorzugsweise weist das Widerstandselement eine größtmögliche Ausdehnung auf. Hierzu kann das Widerstandselement mit Schlitzen und/oder Aussparungen versehen sein. Die Schlitze und/oder Aussparungen untergliedern das Widerstandselement in Teilwiderstandsbereiche.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwiderstandsbereiche spiralförmig ausgebildet sind.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass Teilwiderstandsbereiche auf einem elektrisch isolierenden Substrat aufgebracht sind. Hierbei ist wenigstens ein Teil der Teilwiderstandsbereiche auf dem elektrisch isolierenden Substrat aufgebracht. Anschlussleitungen zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements, die ebenfalls einen Teilwiderstand aufweisen und zum Gesamtwiderstand beitragen, können auch ohne isolierendes Substrat aufgebaut sein. Das Widerstandselement kann beispielsweise mittels Aufdampfen, Flammspritzen oder durch ein Siebdruckverfahren teilweise auf dem Substrat aufgebracht sein.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement durch einen flächigen Widerstand gebildet ist. Der Widerstand ist vorzugsweise wenigstens teilweise zwischen zwei flächig ausgebildeten Kühlkörpern angeordnet.
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Alternativ ist zwischen zwei Widerstandselementen ein flächig ausgebildeter Kühlkörper angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform können mehrere Widerstands-Kühlkörper-Anordnungen miteinander zu einem mehrlagigen Aufbau kombiniert sein.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Wasser, ein Wasser-Glykol-Gemisch, Kühlöle, Sole oder ein anderes flüssiges Kühlmedium bzw. eine Mischung dieser flüssigen Kühlmedien umfasst.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement wenigstens teilweise von einer elektrischen Isolierung umgeben ist. Die elektrische Isolierung umfasst vorzugsweise Quarzsand, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid oder andere geeignete Materialien. Die Isolierung kann auch wenigstens durch eine flächig auf Teilbereiche des Widerstandselements aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht gebildet sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie des Widerstandselements von einem Latentspeicher aufgenommen wird, der durch das Medium gebildet ist. Als Latentspeicher werden solche Materialien bezeichnet, die wenigstens zwei Materialzustände aufweisen und beim Wechsel von z. B. flüssig nach gelförmig Energie aufnehmen und beim Wechsel von gelförmig nach flüssig die aufgenommene Energie nahezu Verlustfrei wieder abgeben können. Der Vorteil dieser Wärmespeichertechnik beruht darauf, dass in einem durch beispielsweise die Schmelztemperatur des eingesetzten Materials genau festgelegten Temperaturbereich möglichst viel Wärmeenergie in möglichst wenig Masse gespeichert werden kann. Die Nutzung eines Phasenübergangs ist dabei wesentlich effektiver als das bloße Erwärmen des Mediums.
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Hierbei kann beispielsweise das Medium die Eigenschaften eines Latentspeichers aufweisen. Dabei eignen sich jedoch vorzugsweise solche Materialien, die zwischen zwei noch fließfähigen Aggregatszuständen, wie beispielsweise gelförmig-flüssig oder flüssig-gasförmig wechseln können.
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Alternativ kann der Speicher mit einem Material mit latenten Eigenschaften auch außerhalb der Widerstandsanordnung angeordnet sein. Hierbei wird die Wärme mittels eine Mediums aus der Widerstandsanordnung entzogen und an einen externen Speicher abgegeben. Hierbei eignen sich aus latente Materialien mit einem Aggregatswechsel zwischen fest-flüssig.
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Eine weitere Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Rohrleitungen oder in wenigstens einem Kühlkörper ein Wärmetauscher angeordnet ist, der die Wärme aus der Widerstandsanordnung zusätzlich nach außen abtransportieren kann. Die nach außen abgeführte Energie kann beispielsweise in eine andere Energieform umgewandelt werden oder direkt genutzt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement mit einer elektronischen Schaltung elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise ist die elektronische Schaltung mit dem Bussystem eines Fahrzeugs verbunden.
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Vorzugsweise ist die elektronische Schaltung auf, bzw. direkt an der Widerstandsanordnung angebracht. Die elektronische Schaltung ist besonders bevorzugt auf dem, das Gehäuse der Widerstandsanordnung bildenden Kühlkörper angeordnet. Durch die Anordnung auf, bzw. an dem Kühlkörper wird die elektrische Schaltung durch den Kühlkörper ebenfalls gekühlt.
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Vorzugsweise umfasst die elektronische Schaltung einen Brems-Chopper. Durch die Verwendung eines Brems-Choppers kann der Widerstand in der Impulsleistung erhöht werden, was durch ein gesteuertes Zu- und Abschalten eine entsprechende Leistungserhöhung bewirkt. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Widerstandsanordnung und den Einsatz eines Brems-Choppers wird eine deutliche Leistungserhöhung der Widerstandsanordnung erreicht.
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Die elektronische Schaltung ist vorzugsweise dazu geeignet, die Strömung des Mediums in den Rohrleitungen zu regeln. Im Heizbetrieb, d. h. also wenn die Widerstandsanordnung elektrische Energie gezielt in Wärme umsetzt, ist die elektronische Schaltung in der Lage, dies entsprechen zu regeln.
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Eine weitere Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Thermo-Element aufweist, das derart ausgebildet, dass ein Temperaturunterschied (Delta-Temperatur) zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden kann. Diese dadurch erzeugte elektrische Energie kann beispielsweise für die Elektronik, die Kühlung oder zur Batterieladung in einem Fahrzeug genutzt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Widerstandsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einlass und Auslass der Rohrleitungen ein Verbraucher angeschlossen ist, der die Wärmeenergie des Mediums verwertet.
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Des Weiteren wird eine Schaltungsanordnung angegeben die einen generatorisch arbeitenden Motor umfasst, der dazu geeignet ist elektrische Energie zu erzeugen. Ein generatorisch arbeitender Motor kann durch die relative Rotationsbewegung des Rotors zum Stator elektrische Energie erzeugen.
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Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung einen Speicher für elektrische Energie wobei die erzeugte elektrische Energie in dem Speicher beim Betrieb des Motors zwischengespeichert werden kann. Die Schaltungsanordnung ist über einen DC-Zwischenkreis mit einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung verbunden. Die Widerstandsanordnung nimmt die erzeugte elektrische Energie auf, wenn der Speicher seine Kapazitätsgrenze erreicht hat.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil einer von außen zugeführten elektrischen Energie an die Widerstandsanordnung abgeführt werden kann. Hierbei wandelt die Widerstandsanordnung diese zugeführte elektrische Energie gezielt in Wärmeenergie um.
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Der Kühlkörper besteht vorzugsweise aus Metall oder einer Metalllegierung, wobei Materialien wie Aluminium, Kupfer oder Edelstahl bevorzugt geeignet sind.
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Durch die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Widerstandsanordnung ist es möglich, die beim Bremsen eines Elektromotors durch den Widerstand erzeugte Wärmeenergie effizient für einen weitere Nutzer zur Verfügung zu stellen. Die durch den Widerstand erzeugte Wärmeenergie geht hierbei nicht nutzlos an die Umgebung verloren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform der Widerstandsanordnung,
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2a und 2b verschiedene Ansichten der Widerstandsanordnung gemäß 1,
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3a und 3b eine weitere Ausführungsform der Widerstandsanordnung in zylindrischer Form,
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4 eine weitere Ausführungsform der Widerstandsanordnung mit einem Kühlkörper zwischen zwei Widerstandselementen,
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5a und 5b Explosionsdarstellungen einer weiteren Ausführungsform der Widerstandsanordnung mit einem Widerstandselement,
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6a und 6b Explosionsdarstellungen einer weiteren Ausführungsform der Widerstandsanordnung mit zwei Widerstandselementen,
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7 eine Ansicht von oben durch eine Widerstandsanordnung gemäß den 5 bzw. 6,
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8 ein meanderförmiges Widerstandselement,
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9a bis 9c verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Widerstandsanordnung,
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10 eine weitere Ausführungsform der Widerstandsanordnung, bei der Teile des Widerstandselements innerhalb der Rohrleitungen angeordnet ist,
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11 eine Schaltungsanordnung mit einer Widerstandsanordnung im DC-Zwischenkreis und
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12 eine Widerstandsanordung nach 1 mit einem Latentspeicher.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Widerstandsanordnung 1 dargestellt. Die Widerstandsanordnung 1 umfasst einen Kühlkörper 4 in dem mehrere miteinander verbundene Rohrleitungen 5, 5' angeordnet sind. Die Rohrleitungen 5, 5' sind vorzugsweise durch Bohrungen gebildet, die nach außen hin verschlossen wurden. Von außen sind die Rohrleitungen 5, 5' nur durch die verschlossenen Enden der Bohrungen zu erkennen. Die Rohrleitungen 5, 5' weisen einen gemeinsamen Einlass 6 und einen gemeinsamen Auslass 7 auf. Über den Einlass 6 und den Auslass 7 kann ein flüssiges Medium in die Rohrleitungen 5, 5' des Kühlkörpers 4 eingebracht werden. Im Inneren des Kühlkörpers 4 ist des Weiteren ein vorzugsweises flaches Widerstandselement 2 angeordnet, dass in der in 1 dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 nur durch die Versorgungsanschlüsse 3, 3' erkennbar ist. Das Widerstandselement 2 ist wenigstens teilweise innerhalb der Rohrleitungen 5, 5' angeordnet. Über die Versorgungsanschlüssen 3, 3' ist das Widerstandselement 2 mit einem Leistungsschalter 12 elektrisch verbunden.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Widerstandsanordnung 1 verfügt diese über zwei Anschlusskontakte 11, 11'. Zur Regelung von u. a. des Durchflusses des Mediums durch die Rohrleitungen 5, 5' ist auf der Oberseite des Kühlkörpers 4 eine elektronische Schaltung 10 angeordnet.
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In den 2a und 2b sind verschiedene Ansichten der in 1 dargestellten Widerstandsanordnung 1 gezeigt.
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In 3a und 3b sind verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Widerstandsanordnung 1 in zylindrischer Form dargestellt. Der Kühlkörper 4 der Widerstandsanordnung 1 weist in der dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 eine zylindrische Form auf. Der Einlass 6 und der Auslass 7 der Rohrleitungen 5, 5' sind auf einer Stirnseite der Widerstandsanordnung 1 angeordnet. Die Rohrleitungen 5, 5' erstrecken sich in Längsrichtung des Kühlkörpers 4. Zwischen bzw. teilweise innerhalb der Rohrleitungen 5, 5' erstrecken sich mehrere Teilwiderstandsbereiche 8, 8' in Längsrichtung des Kühlkörpers 4. Hierbei sind einzelne Teilwiderstandsbereich 8, 8' vorzugsweise von mehreren Rohrleitungen 5, 5' umgeben oder innerhalb der Rohrleitungen 5, 5' angeordnet, so dass ein sehr guter thermischer Kontakt zwischen den Widerstandsteilbereichen 8, 8' und den Rohrleitungen 5, 5' gegeben ist. Die Teilwiderstandsbereiche 8, 8' bilden zusammen das Widerstandselement 2 der Widerstandsanordnung 1. Das Widerstandselement 2 ist von außen über Versorgungsanschlüsse 3, 3' elektrisch kontaktierbar. Über den Einlass 6 und den Auslass 7 kann ein flüssiges Medium in die Rohrleitungen 5, 5' des Kühlkörpers 4 gelangen.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Widerstandsanordnung 1 dargestellt, wobei die Rohrleitungen 5, 5' des Kühlkörpers 4 zwischen zwei Widerstandselementen 2, 2' angeordnet sind. Die Widerstandselemente 2, 2' sind in der in 4 dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 meanderförmig aufgebaut. Die einzelnen Teilwiderstandsbereiche 8, 8' der Widerstandselemente 2, 2' erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge des Bauteils. Der Kühlkörper 4 ist in der dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 zwischen den Widerstandselementen 2, 2' angeordnet bzw. Teile des Widerstandselements 2, 2' sind innerhalb der Rohrleitungen 5, 5' angeordnet. Die Rohrleitungen 5, 5' erstrecken sich, in der gleichen Richtung wie die Teilwiderstandsbereiche 8, 8' der Widerstandselement 2, 2'. Die Rohrleitungen 5, 5' sind mit einem gemeinsamen Einlass 6 und einem gemeinsamen Auslass 7 verbunden. Über den Einlass 6 und den Auslass 7 gelangt ein flüssiges Medium in die Rohrleitungen 5, 5'.
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In den 5a und 5b sind verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 mit einem Widerstandselement 2 in Explosionsdarstellung dargestellt. Die Widerstandsanordnung 1 umfasst einen Kühlkörper 4, 4', der aus zwei Hälften zusammengesetzt ist. Die beiden Kühlkörper-Hälften 4, 4' sind mit Rohrleitungen 5, 5' versehen, die parallel angeordnet sind und die Kühlkörper-Hälften 4, 4' durchziehen. Die Rohrleitungen 5, 5' sind an den jeweiligen Enden mit einem gemeinsamen Einlass 6 und einem gemeinsamen Auslass 7 versehen. Zwischen den beiden Kühlkörper-Hälften 4, 4' ist ein Widerstandselement 2 angeordnet. Das Widerstandselement 2 ist in der dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 steht über offene Kühlkanäle 5, 5' in den Kühlkörper-Hälften 4, 4' in Kontakt mit dem Kühlmedium und werden teilweise von dem Medium umflossen.
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Zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements 2 sind zwei Versorgungsanschlüsse 3, 3' angebracht. Die Versorgungsanschlüsse 3, 3' sind gegenüber den Kühlkörper-Hälften 4, 4' mittels Isolierkörper 14, 14' elektrisch isoliert. Die beiden Kühlkörper-Hälften 4, 4' sind über beispielsweise Schraubverbindungen miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Rohrleitungen 5, 5' derart abgedichtet, dass das Kühlmedium nicht ungewollt an nicht dafür vorgesehenen Stellen austreten kann.
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In den 6a und 6b sind verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 mit zwei Widerstandselementen 2, 2' in Explosionsdarstellung dargestellt. Der Aufbau der Widerstandsanordnung ist ähnlich zu der in den 5a und 5b dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 aufgebaut. Jedoch weist die Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 in den 6a und 6b zwei Widerstandselemente 2, 2' die jeweils zwischen zwei Kühlkörper-Hälften 4–4' bzw. 4'–4'' angeordnet sind. Die Widerstandselemente 2, 2' stehen jeweils über offene Kühlkanäle 5, 5' in Kontakt mit dem Medium. Das Widerstandselement 2, 2' wird hierbei teilweise von dem Medium umflossen. Die beiden Widerstandselemente 2, 2' sind in der dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 parallel zueinander verschaltet und verfügen über gemeinsame Versorgungsanschlüsse 3, 3'. Die Kühlkörperhälften 4, 4', 4'' sind jeweils mit Rohrleitungen 5, 5' durchzogen. Die Rohrleitungen 5, 5' sind mit einem gemeinsamen Einlass 6 und einem gemeinsamen Auslass 7 verbunden. [Weitere Widerstandselement sind wenigstens teilweise innerhalb der Kühlkörperhälften 4, 4' angeordnet, wobei Teilwiderstandsbereiche der Widerstandselemente innerhalb der Rohrleitungen 5, 5' angeordnet sind und von dem Medium umflossen werden.]
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In der 7 ist eine Ansicht von oben durch eine Widerstandsanordnung 1 gemäß den in den 5 bzw. 6 dargestellten Ausführungsformen der Widerstandsanordnung 1 gezeigt. Hierbei lässt sich erkennen, dass das Widerstandselement 2 eine möglichst große Fläche einnimmt, wobei das Widerstandselement 2 mit Schlitzen und Ausnehmungen versehen ist, die die Fläche des Widerstandselements 2 in Teilwiderstandsbereiche 8, 8' untergliedern und die Ausdehnung des Widerstandselements 2 vergrößern und so zu einem besseren Wärmeaustausch mit den von Rohrleitungen 5, 5' durchzogenen Kühlkörper 4 sorgen. Das Widerstandselement 2 kann dadurch die erzeugte Wärmeenergie besonders effektiv an das durch die Rohrleitungen 5, 5' strömende Medium abgeben, das die Wärme schnell von dem Widerstandselement 2 abtransportiert. Die Rohrleitungen 5, 5' weisen einen gemeinsamen Einlass 6 und einen gemeinsamen Auslass 7 auf. [Wenigstens ein weiteres Widerstandselement ist wenigstens teilweise innerhalb des Kühlkörpers 4, wobei Teilwiderstandsbereiche des Widerstandselements innerhalb der Rohrleitungen 5, 5' angeordnet sind und von dem Medium umflossen werden.]
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In 8 ist ein Widerstandselement 2 in Form eines Meanders 9 dargestellt. Das Widerstandselement 2 ist durch mehrere parallel zueinander angeordnete Teilwiderstandsbereiche 8, 8' gebildet. Die einzelnen Teilwiderstandsbereiche 8, 8' sind an den Enden mit einem der benachbarten Teilwiderstandsbereiche 8, 8' in Serie verbunden. An dem jeweiligen Enden des Widerstandselementes 2 sind Versorgungsanschlüsse 3, 3' vorgesehen.
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Die Form des Widerstandselementes ist nicht auf die in den Ausführungsformen dargestellten Widerstandselemente beschränkt, vielmehr kann das Widerstandselement jede beliebige Form bzw. Ausgestaltung aufweisen, die dazu geeignet ist, dass ein möglichst guter thermischer Kontakt zwischen dem Kühlkörper und dem Widerstandselement vorliegt.
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In den 9a bis 9c sind verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 dargestellt. Die Widerstandsanordnung 1 ist ähnlich zu der in den 1 und 2a bzw. 2b dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 aufgebaut. Die Versorgungsanschlüsse 3, 3' des Widerstandselements 2 der Widerstandsanordnung 1 in den 6a bis 6c ragen an den Seitenflächen des Kühlkörpers 4 aus diesem heraus. Bei der Widerstandsanordnung 1 der 6a bis 6c fehlen auch die elektrischen Aufbauten, wie die elektronische Schaltung 10 oder der Leistungsschalter 12, die in den 1 und 2a bzw. 2b mit dargestellt sind.
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In 10 ist eine weitere Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 dargestellt, bei der Teile des Widerstandselements 2 in einer Rohrleitung 5 angeordnet sind. Die Rohrleitung 5 ist in der dargestellten Ausführungsform der Widerstandsanordnung 1 im mittleren Bereich breiter ausgebildet ist als in den angrenzenden Rohrleitungen 5'. In dem breiteren Bereich der Rohrleitung 5 ist das Widerstandselement 2 beispielsweise in Form eines Steckwiderstandes oder eines Schraubwiderstandes abgedichtet eingebracht, das von dem Medium umspült wird. Das Widerstandselement 2 weist Versorgungsanschlüsse 3, 3' auf, die aus dem Kühlkörper 4 herausgeführt sind. Um die von dem Widerstandselement 2 erzeugte Wärmeenergie zu nutzen, bzw. diese Wärme zusätzlich abzuführen, ist in dem breiteren Bereich der Rohrleitung 5 ein Thermo-Element 15 angeordnet. Über das Thermo-Element 15 kann Wärme aus dem Medium in den Rohrleitungen 5, 5' zusätzlich abgeführt werden und einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
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In 11 ist schematisch eine Schaltungsanordnung 20 mit einer erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung 1 im DC-Zwischenkreis 23 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 20 umfasst einen elektrischen Motor 21, der über einen DC-Inverter 25 mit einem elektrischen Speicher 22 verbunden ist. Beim Abbremsen des Motors 21 fungiert dieser als Generator der Wechselstrom erzeugt. Ein Wechselrichter 24, 24' ist in der Lage Wechselstrom in Gleichstrom bzw. Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Der Inverter 25 umfasst zwei Wechselrichter 24, 24'. Der auf der motorzugewandten Seite angeordnete Wechselrichter 24' wandelt den vom generatorisch arbeitenden Motor 21 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um. Der auf der speicherzugewandten Seite angeordnete Wechselrichter 24 wandelt den Gleichstrom wieder zurück in Wechselstrom.
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Die beim Abbremsen des Motors 21 erzeugte elektrische Energie wird für gewöhnlich zum Aufladen des Speichers 22 verwendet, so dass diese für den späteren Antrieb des Motors 21 zur Verfügung steht. Ist aber nun die Kapazitätsgrenze des Speichers 22 erreicht, wird die elektrische Energie des generatorisch arbeitenden Motors über den DC-Zwischenkreis 23 über eine Widerstandsanordnung 1 geleitet und dort Wärmeenergie umgewandelt. Die Widerstandsanordnung 1 leitet die hierbei erzeugte Wärmeenergie ab, wobei bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung 1 diese Wärmeenergie für weitere Verbraucher genutzt werden kann. Die erfindungsgemäße Widerstandsanordnung 1 kann auch als Wärmequelle fungieren, wenn beispielsweise der Speicher 22 eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges an einer externen elektrischen Energiequelle angeschlossen ist.
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Zur weiteren Verdeutlichung ist in den 3b, 4, 5a und 12 eine Widerstandsanordnung 1 dargestellt, bei der die Wärmeenergie des Widerstandselements 2, 2' von einem Latentspeicher 26 aufgenommen wird, der durch das Medium gebildet ist.
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Als Latentspeicher 26 werden solche Materialien bezeichnet, die wenigstens zwei Materialzustände aufweisen und beim Wechsel von z. B. flüssig nach gelförmig Energie aufnehmen und beim Wechsel von gelförmig nach flüssig die aufgenommene Energie nahezu Verlustfrei wieder abgeben können.
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Der Vorteil dieser Wärmespeichertechnik beruht darauf, dass in einem durch beispielsweise die Schmelztemperatur des eingesetzten Materials genau festgelegten Temperaturbereich möglichst viel Wärmeenergie in möglichst wenig Masse gespeichert werden kann. Die Nutzung eines Phasenübergangs ist dabei wesentlich effektiver als das bloße Erwärmen des Mediums.
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Hierbei kann beispielsweise das Medium die Eigenschaften eines Latentspeichers 26 aufweisen. Dabei eignen sich jedoch vorzugsweise solche Materialien, die zwischen zwei noch fließfähigen Aggregatszuständen, wie beispielsweise gelförmig-flüssig oder flüssig-gasförmig wechseln können.
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Alternativ kann der Speicher 26 mit einem Material mit latenten Eigenschaften auch außerhalb der Widerstandsanordnung 1 angeordnet sein. Hierbei wird die Wärme mittels eine Mediums aus der Widerstandsanordnung 1 entzogen und an einen externen Speicher 26 abgegeben. Hierbei eignen sich aus latente Materialien mit einem Aggregatswechsel zwischen fest-flüssig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Widerstandsanordnung
- 2, 2'
- Widerstandselement
- 3, 3'
- Versorgungsanschluss
- 4, 4', 4''
- Kühlkörper
- 5, 5'
- Rohrleitung
- 6
- Einlass
- 7
- Auslass
- 8, 8'
- Teilwiderstandsbereich
- 9
- Meander
- 10
- elektronische Schaltung
- 11, 11'
- Anschlusskontakt
- 12
- Leistungsschalter
- 14, 14'
- Isolierkörper
- 15
- Thermo-Element
- 20
- Schaltungsanordnung
- 21
- Motor
- 22
- Speicher
- 23
- DC-Zwischenkreis
- 24, 24'
- Wechselrichter
- 25
- Inverter
- 26
- Latentspeicher
