DE2500223C3

DE2500223C3 - Elektrisches Widerstandsgerät

Info

Publication number: DE2500223C3
Application number: DE19752500223
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Hans 6805 Heddesheim Müller
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1975-01-04
Filing date: 1975-01-04
Publication date: 1981-04-23
Also published as: DE2500223A1; IT1052023B; ES443952A1; FR2296927B1; ATA984675A; DE2500223B2; FR2296927A1; CH589924A5; AT344825B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Widerstandsgerät, insbesondere Anfahr- und/oder Bremswiderstand für elektrische Triebfahrzeuge, mit mindestens einem in einem Rahmen angeordneten mäanderförmigen Widerstandsband, welches jeweils unter Zwischenschaltung von isolierten Tragelementen mittels mindestens zweier einander gegenüberliegender, federnder hakenförmiger Halter abgespannt ist. Ein solches Widerstandsgerät ist z. B. aus dem

DE-GM 18 57 085 bekannt.

In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kommen Leistungswiderstände für das Anfahren und/oder Bremsen zum Einsatz. Das Leistungsspektrum reicht '■ von einigen wenigen bis zu lausenden von Kilowatt. Die anfallende Energie wird an die UmgebungsJuft, zum Teil unter Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers für die Fahrzeugbeheizung, abgegeben.
In Fahrzeugen eingebaute Geräte müssen kleine

ι» Gewichte und Volumina aufweisen, was bei Widerständen durch Zwangsbelüftung realisiert werden kann. Dadurch steigt der Wärmeübergangswert zwischen Widerstandsmaterial und Luft an. Durch besondere Oberflächenausbildung des z. B. in Bandform

ι > zum Einsatz gelangenden Widerstandsmaterials läßt sich dieser Wert gegenüber glatten Bändern - bezogen auf gleiche Luftgeschwindigkeiten - erheblich steigern.

Das Widerstandsband stellt den einen und seine

-'<> Halterung sowie das Gehäuse den anderen Anteil am Gewicht und Volumen dar. Der Ventilator soll dabei außer acht gelassen sein. Optimal und damit kostengünstigst wird ein Widerstandsband genutzt, wenn es voll zur Energieumwandlung herangezogen, d. h.

wenn kein Anteil zu Halterungszwecken verwendet wird. Daraus ergibt sich das »endlose« Band in gefalteter Form, welches z. B. mäanderförmig ausgebildet ist.

Bei einer bestimmten Bandlänge, die aus der Leistung und anderen Faktoren resultiert, ist die Breite eines Widerstandsgerätes abhängig von der Anzahl der übereinander liegenden Lagen, der Mäanderteilung und der Mäanderlänge. Letztere sind abhängig von der Steifigkeit des Widerstandsbandes im hohen Temperaturbereich. Sie wird beeinflußt von Querschnitt und Formgebung des Bandes sowie von der Matenalqualitat.

Fur den Fall der Dauerbelastung ergibt sich das geringste aktive Bandgewicht dann, wenn man ein Ma-

4(i terial mit kleinem spezifischem Gewicht einsetzt, das durch besondere Gestaltung einen möglichst hohen Wärmeübergangswert aufweist, hohen Temperaturen ausgeseizt werden kann und dabei die dünnste Banddicke hat, die konstruktiv vertretbar ist. Hinter letzte-

v> rem verbergen sich Bandgestaltung, Mäanderlänge und -teilung, Art der Halterung und Temperaturhöhe. Die Kosten sind im wesentlichen proportional dem Bandgewicht. Ein weiterer Kostenfaktor, welcher sich bei der Herstellung und Montage auswirkt, ist die Art

-λ der Halterung und die Anzahl der Halterungselemente.

Bei dem eingangs erwähnten, bekannten Widerstandsgerät verlaufen die Abschnitte des Widerstandsbandes von der Seite her gesehen in einem spit-

Y, zen Winkel zueinander, so daß die Fläche, welche für den Durchtritt des Kühlmittels zur Verfugung steht, an den verschiedenen Abschnitten verschieden groß ist. An den schmalen Flächen im Zwickel ist z. B. die Wärmeabfuhr, da sich zwei Bandabschnitte berühren,

ht) wesentlich schlechter als in der Mitte, so daß die Temperatur des Widerstandshandes bei Belastung an diesen Stellen höher ist als an den besser gekühlten Stellen. Da nur eine bestimmte Übertemperatur für das Widerstandsband zugelassen werden kann, wird die-

h^r, ses an den besser gekühlten Stellen schlechter ausgenutzt, so daß das Gerät größer dimensioniert werden muß, als bei einer gleichmäßigen Erwärmung des Widerstandsbandes an allen Stellen erforderlich wäre.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Wider-

StalluSgCFat uCF CiHgSTIgS genannten .rvii. SG "WCItCr ΖλΙ entwickeln, daß eine gleichmäßige Wärmeabfuhr an allen Partien des Widerstandsbandes, insbesondere der Mäanderrundungen, stattfindet, womit die Übertemperatur an allen Bandpartien gleich groß ist, so daß sich das Widerstandsband insgesamt ohne eine Einbuße an Lebensdauer höher belasten läßt. Weiter soll auf diese Weise eine Typenreihe mit einem größeren Leistungsbereich mit vielen gleichen Teilen realisierbar sein, um durch geringe Werkzeugkostenanteile die Gesamtkosten niedrig zu halten.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei dem eingangs erwähnten elektrischen Widerstandsgerät erfindungsgemäß in der Anwendung der Kombination der folgenden Merkmale:

a) das einstückig durchlaufende Widerstandsband ist so gebogen, daß parallel zueinander in gleichem Abstand verlaufende Bandabschnitte jeweils durch bogenförmige Mäanderrundungen miteinander verbunden sind,

b) in jeden zweiten der parallel zueinander verlaufenden Bandabschnitte sind im Bereich des Überganges zu den Mäanderrundungen Schlitze angeordnet, in die die Halter eingreifen,

c) das Widerstandsband weist mindestens eine Reihe von in Längsrichtung gleichachsig verlaufenden Sicken und Aufwölbungen auf, deren in Längsrichtung verlaufende Begrenzungslinien abschnittsweise durch Einschnitte gebildet sind und die Schnittkanten der Aufwölbungen au\, der Widerstandsbandebene herausgebogen sind.

Bei dieser Anordnung lassen sich Verarbeitungsungenauigkeiten des Bandes ausgleichen und ihm eine Richtkraft erteilen, so daß auch im Hochtemperaturbereich Lage und Form erhalten bleiben. Weiter ist der Querschnittsverlust an den Befestigungsstellen so gering, daß partielle Temperaturerhöhungen nicht eintreten, und die Bandbogen erfahren keine mechanischen Beanspruchungen

Durch die Sicken und Aufwölbungen wird die Steifheit des Bandes so weit erhöht, daß es möglich ist, jeweils jeden zweiten Mäanderabschnitt ohne eine besondere Halterung zu belassen. Auf diese Weise sind die Bögen im Gegensatz zu bekannten Anordnungen völlig frei von Halterungseinrichtungen, so daß sie von dem Kühlmittelstrom in ihrer ganzen Breite bestrichen werden können, womit eine gleichmäßige Kühlung und damit eine niedrige Oberflächentemperatur erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufwölbungen durch Einschnitte an jeweils einer Begrenzungslinie kiemenförmig ausgebildet sind.

In zweckmäßiger Weise ist dabei vorgesehen, daß die Aufwölbungen durch Einschnitte an beiden Begrenzungslinien lockenförmig ausgebildet sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halter ein U-förmiges Blechprofil aufweisen und jeweils in einem rechteckigen Schlitz ei>vs aus keramischem Material bestehenden, am Raiunen befestigten Tragelements gleitbar abgefangen sind.

Bei einer letzten Ausführungsform der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß bei einem Widerstandsband größerer Breite zwei einander parallel liegende federnde Halterungen vorgesehen sind, die in einem aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen angeordneten Tragelement befestigt sind. Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Widerstands- > band zu einem Widerstandsgerät nach der Erfindung, F ig. 2 eine Ansicht aus einem Ausschnitt eines Widerstandsbandes,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A durch das Widerstandsband nach Fig. 2,

i" Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie B-B durch das Widerstandsband nach Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Aufhängung des Widerstandsbandes,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Abspanneinrichtung i> des Widerstandsbandes im Grundriß,

Fig. 7 ein Detail aus einem Widerstandsgerät mit einer einfachen Abspannung im Seitenriß, längs der Linie C-C in Fig. 6, und

Fig. 8 einen Detailausschnitt aus einem Wider- -'Ii Standsgerät mit einem relativ breiten Widerstandsband mit einer zweifachen Abspannung mittels zweier im Tandem angeordneten Haltern im Seitenriß, längs der Linie C-C in Fig. 6.

In den Zeichnungen ist mit 1 das mäanderförmig 2-3 angeordnete Widerstandsband bezeichnet. Es ist mit Schlitzen 11 zur Aufnahme der Halterung sowie mit lockenförmigen Einstanzungen 12, Kiemen 13 und Sicken 14 versehen. Die Locken 12 liegen jeweils in einer Reihe, während die Kiemen und Sicken in einer jo hierzu parallelen Reihe in Bandlängsrichtung angeordnet sind. Unter Locken soll eine Einstanzung verstanden werden, bei der ein parailelflankiges Teil des Bandes aus dem Band herausgewölbt ist und an den Flanken nicht mehr mit dem Band verbunden ist. r> Weiter ist mit 2 ein Tragrahmen mit in Durchbrüchen desselben angeordneten Tragelementen 43 bezeichnet, in denen Halter 4 bzw. elektrische Anschlüsse 3 eingesetzt sind. Der Rahmen hat etwa quadratischen Querschnitt, was für die Anpassung des Lüfters, z.B. eines Axiallüfters, günstig ist. Die obenerwähnten Ausnehmungen 12 (Locken), 13 (Kiemen) sowie die Sicken 14 ergeben auch bei niedriger Luftgeschwindigkeit an der Bandoberfläche eine Turbulenz, wodurch die Grenzschicht klein und der Wär-4-, meübergangswert groß wird. Diese Ausnehmungen sind so ausgebildet, daß in Fließrichtung des elektrischen Stromes keine Bandquerschnittsverminderungen auftreten.

Die mit 12 bzw. 13 bezeichneten Locken bzw. Kie-5u men ergeben keine ausreichende Steifigkeit des Bandes. Die erforderliche Steifigkeit wird dadurch erreicht, daß zwischen den Kiemen 13 im Verlauf ihrer Längsachsen zusätzlich die Sicken 14 vorgesehen sind. Hierdurch wird eine so große Steifigkeit erreicht, daß eine große Länge L bei einer relativ engen Teilung T realisiert werden kann, ohne daß das Band im hohen Temperaturbereich, der beispielsweise in der Größenordnung von etwa 700° C liegen kann, zum Ausknicken kommt.

bo Bei der in der Fig. 5 schema«isch dargestellten Widerstandsetage ist das mäanderförmige Band 1 innerhalb des Rahmens 2 angeordnet. Die an das Widerstandsband 1 angeschweißten elektrischen Anschlüsse 3 sind dabei durch die Durchbrüche 45 des _b5 Tragelements 43 gesteckt. Von der Außenseite des Rahmens her sind in die Schlitze 11 des Bandes 1 eingehängte Halter 4 durch gleichartige Durchbrüche 45 eingesteckt und mittels sich im Tragelement 43 ab-

stützender Federn 41 gespannt. Diese Halterung nimmt einerseits die Biegeungenauigkeiten des Widerstandsbandes sowie thermische Längsdehnungen bei Belastung auf und unterwirft es einer Richtkraft.

In dem in Fig. 6 im Grundriß dargestellten Aus- ^r' schnitt aus dem Rahmen 2 mit einer federnden Halterung weist das Widerstandsband 1 zwei Schlitze 11 auf, in welche zwei Haken 42 des Halters 4 eingehängt sind. Der Halter 4 ist in eine Ausnehmung 45 eines aus keramischem Material bestehenden Tragelements m 43 eingesteckt und stützt sich über eine Feder 41 gegenüber diesem Bauteil ab. Zum Einsetzen wird dazu der Halter 4 gegen die Kraft der Feder 41, welche sich auf den Boden der Bohrung 48 des Tragelements 43 abstützt, nach innen gedrückt. Nach dem Einführen ι > wird die von außen aufgebrachte Kraft weggenommen, womit die Spannkraft der Feder 41 auf das Band 1 wirksam wird und die Feder sich an dem in gleicher Ebene gegenüberliegenden Halter 4 abstützt.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß keine mechanischen Beanspruchungen auf die Mäanderbögen des Widerstandsbandes 1 einwirken. Der Haken

42 ist dabei so ausgebildet, daß das Band gegen die Schenkel 44 des Halters 4 angepreßt wird, wodurch eine Richtkraft auf das Band wirksam wird. Diese >> Kraft wird dadurch aufrechterhalten, daß der Halter in dem Bauteil 43 durch die Schenkel 44 in einem Schlitz 45 geführt wird. Die Feder 41 stützt sich einerseits in einem Fenster 47 des keramischen Bauteiles

43 und andererseits auf einem Boden 46 des Halters 4 ab.

Ausderin Fig. 7 im Seitenschnitt entlang der Linie C-C von Fig. 6 dargestellten Haltepartie ist die Befestigung der jedem Halterungsplatz zugeordneten ,Tragelemente 43 in dem Rahmen 2 zu erkennen. In zwei rechteckigen Aussparungen 49 desTragelements 43 sind rechteckige Tragstäbe 22 eingesetzt. Sie sind mit Traversen verschraubt und bilden so einen steifen Rahmen 2 (siehe Fig. 5).

Von einer gewissen Bandbreite an ist die Halterung mittels eines Halters nicht mehr ausreichend. Es wird dann ein aus keramischem Material bestehendes Tragelement 43 mit einer größeren Schlitzbreite vorgesehen, in dem zwei Halter 4 einsteckbar sind. Da damit auch der Abstand der Tragstäbe 22 größer wird, werden zwischen ihnen und den Traversen 22 FiiH-stücke eingelegt.

Die Traversen sind jeweils so ausgebildet, daß die Widerstandsrahmen schubladenförmig in Gehäuse eingeschoben werden können.

Die oben beschriebene Anordnung gestattet es, aus relativ wenigen gleichen Bauteilen ein großes Widerstandstypenprogramm für elektrische Triebfahrzeuge zu realisieren, wobei kleine Gewichte und Volumina und damit auch niedrige Kosten erreichbar sind. Für die Belüftung ergeben sich dabei günstige Abmessungen der Beaufschlagungsfläche. Dabei kann auch im Hochtemperaturbereich ein Widerstandsband kleinster Dicke, welches ein schlechtes Warmfestigkeitsverhalten aufweist, zur Verwendung kommen, ohne daß Verformungen und damit Kurzschlüsse zu befürchten sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Widerstandsgerät, insbesondere Anfahr- und/oder Bremswiderstand für elektrische Triebfahrzeuge, mit mindestens einem in einem Rahmen angeordneten, mäanderförmigen Widerstandsband, welches jeweils unter Zwischenschaltung von isolierenden Tragelementen mittels mindestens zweier einander gegenüberliegender, federnder hakenförmiger Halter abgespannt ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) das einstückig durchlaufende Widerstandsband (1) ist so gebogen, daß parallel zueinander in gleichem Abstand verlaufende Bandabschnitte (101, 102...) jeweils durch bogenförmige Mäanderrundungen (109) miteinander verbunden sind,

b) in jeden zweiten der parallel zueinander verlaufenden Bandabschnitte (101,103,...) sind im Bereich des Übergangs zu den Mäanderrundungen Schlitze (11) angeordnet, in die die Halter (4) eingreifen,

c) das Widerstandsband weist mindestens eine Reihe von in Längsrichtung gleichachsig verlaufenden Sicken (14) und Aufwölbungen (12, 13) auf, deren in Längrichtung verlaufende Begrenzungslinien abschnittsweise durch Einschnitte gebildet sind und die Schnittkanten der Aufwölbungen aus der Widerstandsbandebene herausgebogen sind.

2. Widerstandsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwölbungen (13) durch Einschnitte an jeweils einer Begrenzungslinie kiemenförmig ausgebildet sind.

3. Widerstandsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwölbungen (12) durch Einschnitte an beiden Begrenzungslinien lockenförmig ausgebildet sind.

4. Widerstandsgerät nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (4) ein U-förmiges Blechprofil aufweisen und jeweils in einem rechteckigen Schlitz (45) eines aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen befestigten Tragelements (43) gleitbar abgefangen sind.

5. Widerstandsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Widerstandsband größerer Breite zwei einander parallel liegende federnde Halterungen vorgesehen sind, die in einem aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen angeordneten Tragelement (43) befestigt sind.