DE2743036A1 - Tubular resistor assembly with wire wound on insulator - has concentric cooling tube inside insulator tube with coolant flowing through it - Google Patents
Tubular resistor assembly with wire wound on insulator - has concentric cooling tube inside insulator tube with coolant flowing through itInfo
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Abstract
Description
Bezeichnung: Vorrichtung an elektrischen WiderständenDesignation: Device on electrical resistors
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an elektrischen Widerständen, bestehend aus einem Tragrohr aus nichtleitendem Material und einem auf das Tragrohr gewickelten Widerstandsdraht, auf dem eine nichtleitende Schutzschicht angebracht ist.The invention relates to a device on electrical resistors, consisting of a support tube made of non-conductive material and one on the support tube Coiled resistance wire on which a non-conductive protective layer is applied is.
Ein herkömmlicher elektrischer Widerstandsdraht besteht üblicherweise aus einem keramischen Rohr, auf das ein Widerstandsdraht gewickelt ist. Der Draht ist an jedem Ende mit einem Abgriff zum Anschluss an eine Stromquelle verbunden. Der Widerstandsdraht ist meistens berührungsgeschützt durch eine Deckschicht aus Isolierstoff.A conventional electrical resistance wire usually exists from a ceramic tube on which a resistance wire is wound. The wire is connected to a tap at each end for connection to a power source. The resistance wire is usually touch-protected by a cover layer Insulating material.
Der Wärmeabgang von einem solchen Widerstand erfolgt hauptsächlich von der Aussenfläche, und die Nennleistung des Widerstandes bei einer gewissen Oberflächentemperatur, beispielsweise 3500C, wird vom Durchmesser und der Länge des Widerstandes bestimmt. Will man die Nennleistung erhöhen, muss man also grössere Abmessungen wählen.The heat dissipation from such a resistor occurs mainly from the outer surface, and the nominal power of the resistor at a certain surface temperature, for example 3500C, is determined by the diameter and length of the resistor. If you want to increase the nominal power, you have to choose larger dimensions.
Den gesteigerten Anforderungen an Widerstände mit hoher Nennleistung und geringen Abmessungen wird. von den Bestimmungen über die höchstzulässige Oberflächentemperatur der Widerstände und die Temperaturbeständigkeit der übrigen Komponenten in den die Widerstände enthaltenden Geräten entgegengewirkt.The increased demands on resistors with high rated power and small dimensions. of the regulations on the maximum permissible surface temperature the resistances and the temperature resistance of the other components in the Counteracted devices containing resistors.
Man hat versucht, die Fähigkeit der Widerstände, erzeugte Wärme abzuleiten, dadurch zu erhöhen, dass man den Widerstand in ein Metallgehäuse mit Kühlrippen eingebettet hat. Um bei einer solchen Ausführung eine befriedigende Wärmeableitung zu erreichen, müssen Volumen und Kühlfläche des Metallgehäuses verhältnismässig gross sein. Ein weiterer Nachteil ist die Gefahr eines elektrischen Ueberschlags zwischen dem Widerstandsdraht und dem umgebenden Metallgehäuse. Diese Gefahr nimmt bei steigender Spannung über die Anschlüsse des Widerstandes zu, d.h. bei steigendem Widerstandswert gemäss der Formel wo U die aufnedrückte Spannung, R den Widerstandswert des Widerstandes und P die Nennleistung, im vorliegenden Falle eine Konstante, bedeuten.Attempts have been made to increase the resistors' ability to dissipate generated heat by embedding the resistor in a metal housing with cooling fins. In order to achieve satisfactory heat dissipation in such an embodiment, the volume and cooling surface of the metal housing must be relatively large. Another disadvantage is the risk of an electrical flashover between the resistance wire and the surrounding metal housing. This risk increases with increasing voltage across the resistor connections, ie with increasing resistance value according to the formula where U is the applied voltage, R the resistance value of the resistor and P the nominal power, in the present case a constant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen Widerstand zu schaffen, der bei beibehaltenen Abmessungen eine beträchtliche Steigerung der Nennlast zulässt, ohne dass die Oberflächentemperatur höher wird.The invention is based on the object of eliminating these disadvantages and to provide a resistance that is substantial while maintaining the dimensions The nominal load can be increased without the surface temperature increasing.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Tragrohr ein dünnwandiges, keramisches Rohr mit hoher Wärmeleitzahl ist, dass ein aus Metall oder anderem Material mit entsprechender Wärmeleitzahl bestehendes Kühlrohr, welches geringeren Querschnitt als das keramische Rohr und Endanschlüsse zum Anschluss an eine Kühlmittelquelle aufweist, in das keramische Rohr eingeführt ist, und dass der Spalt zwischen dem Kühlrohr und dem keramischen Rohr mit einem wärmebeständigen Material hoher Wärmeleitzahl ausgefüllt ist.According to the invention, this object is achieved in that the support tube A thin-walled, ceramic tube with a high coefficient of thermal conductivity is that made of metal or other material with a corresponding thermal conductivity existing cooling tube, which smaller cross-section than the ceramic tube and end connections for connection to it a coolant source is introduced into the ceramic tube, and that the gap between the cooling pipe and the ceramic pipe with a heat-resistant Material of high thermal conductivity is filled.
Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further features of the invention emerge from the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Widerstand gemäss der Erfindung in Vorderansicht, und Fig. 2 einen Teil des Widerstandes gemäss Fig. 1 im Axialschnitt.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. They show: FIG. 1 a resistor according to FIG Invention in front view, and FIG. 2 shows part of the resistor according to FIG. 1 in axial section.
Der Widerstand 10 besteht aus einem Rohr 11 aus keramischem Material, beispielsweise Steatit, mit geringer Wandstärke. Auf dieses Rohr 11 ist ein Widerstandsdraht 12 gewickelt, dessen Enden mit Anschlüssen 13 verbunden sind. Die Aussenseite des Rohres 11 ist durch eine Schutzschicht 14 aus zweckdienlicherweise nichtleitendem Material abgedeckt. Durch das Rohr 11 aus keramischem Material erstreckt sich ein Rohr 15 aus Metall oder anderem Material entsprechender Wärmeleitzahl. Die Aussenabmessungen des Rohres 15 sind etwas kleiner als die Innenabmessungen des Rohres 11, so dass bei in das keramische Rohr 11 eingeschobenem Rohr 15 zwischen den beiden Rohren ein Spalt entsteht. Dieser Spalt ist notwendig, um Wärmeausdehnungsprobleme zu vermeiden, und ausserdem ist es schwierig, ein Rohr aus keramischem Material mit derart genauen Abmessungen herzustellen, dass es ohne Bildung eines Zwischenraumes auf ein Metallrohr gesteckt werden kann. Die Spaltbreite kann selbstverständlich schwanken, beträgt aber vorzugsweise höchstens 0,5 mm.The resistor 10 consists of a tube 11 made of ceramic material, for example steatite, with a small wall thickness. On this tube 11 is a resistance wire 12, the ends of which are connected to terminals 13. The outside of the Tube 11 is covered by a protective layer 14 made of expediently non-conductive Material covered. A extends through the tube 11 made of ceramic material Tube 15 made of metal or other material with a corresponding coefficient of thermal conductivity. The external dimensions of the tube 15 are slightly smaller than the internal dimensions of the tube 11, so that when the tube 15 is pushed into the ceramic tube 11 between the two tubes a gap arises. This gap is necessary to avoid thermal expansion problems, and besides, it is difficult to make a ceramic tube with such accurate Dimensions manufacture it without forming a gap on a metal pipe can be plugged. The gap width can of course vary but preferably at most 0.5 mm.
Der Spalt zwischen den beiden Rohren 11 und 15 wird mit einem temperaturbeständigen Material 16 hoher Wärmeleitzahl ausgefüllt. Ein vorzügliches Material für diesen Zweck ist geschmolzenes Magnesiumoxyd (MgO) in einer eine möglichst dichte Packung ermöglichen den Korngrössenverteilung. Auch andere, dicht gepackte oder fast dicht gepackte Materialien, wie Aluminiumtoxyd, eignen sich für diesen Zweck. Ferner hat es sich erwiesen, dass dieses korngradierte, elektrisch nichtleitende Pulver hoher Wärmeleitfähigkeit mit grossem Vorteil mit einem wärmebeständigen, wärmeleitenden, flüssigen Mittel, beispielsweise einem geeigneten Silicon, vermischt werden kann. Wählt man dieses Mittel aus der Gruppe härtbarer Silicone, erhält man ausserdem den Vorteil, dass das pulverförmige Material zwischen den Rohren fixiert werden kann, so dass beispielsweise bei einem Riss in dem keramischen Rohr die benachbarten Komponenten nicht durch lose liegendes Pulver beschädigt werden.The gap between the two tubes 11 and 15 is made with a temperature-resistant Material 16 high thermal conductivity filled. An excellent material for this one The purpose is molten magnesium oxide (MgO) in a pack that is as dense as possible enable the grain size distribution. Others, too, tightly packed or almost tightly packed materials such as aluminum oxide are suitable up for this Purpose. It has also been found that this is grain-graded, electrically non-conductive Powder of high thermal conductivity with great advantage with a heat-resistant, thermally conductive liquid agent, for example a suitable silicone, mixed can be. If you choose this agent from the group of curable silicones, you get also the advantage that the powdery material is fixed between the tubes can be, so that, for example, in the event of a crack in the ceramic tube, the adjacent Components cannot be damaged by loose powder.
Der Spalt zwischen den beiden Rohren 11 und 15 wird an den Enden mittels eines geeigneten Materials gedichtet, beispielsweise Lack, Zement od.dgl., um das Füllmittel am Platz zu halten.The gap between the two tubes 11 and 15 is means at the ends Sealed a suitable material, for example paint, cement or the like. To the To keep filler in place.
Der Widerstand 10 wird in herkömmlicher Weise an einen elektrischen Stromkreis angeschlossen, und das Kühlrohr 15 wird mittels geeigneter, nicht näher gezeigter Anschlüsse mit einer Kühlmittelquelle, beispielsweise Wasser, verbunden. Während des Betriebs kann der Widerstand 10 dann beträchtlich überlastet werden, ohne dass die zulässige Oberflächentemperatur überschritten wird, wie aus dem folgenden Beispiel näher ersichtlich ist.The resistor 10 is in a conventional manner to an electrical Connected circuit, and the cooling pipe 15 is by means of suitable, unspecified Connections shown connected to a coolant source, for example water. During operation, the resistor 10 can then be considerably overloaded, without exceeding the permissible surface temperature, as shown in the following Example can be seen in more detail.
Um die Leistungsfähigkeit der Erfindung nachzuprüfen, wurde zunächst ein Standardwiderstand der Bezeichnung EMF 200 hergestellt, dessen keramisches Tragrohr ein Steatitrohr einer Wandstärke von 2 mm war. Bei Belastung dieses Widerstandes mit 100 W wurde bei Gleichgewicht eine Oberflächentemperatur von 220 0C und bei Belastung des Widerstandes mit 200 W wurde eine Oberflächentemperatur von 3150C gemessen.In order to verify the effectiveness of the invention, was initially a standard resistor with the designation EMF 200 is produced, its ceramic support tube was a steatite tube with a wall thickness of 2 mm. When this resistance is loaded with 100 W, a surface temperature of 220 ° C. and at equilibrium Loading the resistor with 200 W resulted in a surface temperature of 3150C measured.
Derselbe Widerstand wurde hergestellt, und in ihn wurde ein Kupferrohr eines solchen Aussendurchmessers eingeschoben, dass zwischen dem keramischen Tragrohr und dem Kupferrohr ein Spalt von 0,5 mm entstand, der mit 98%-igem geschmolzenem Magnesiumoxyd folgender Zusammensetzung ausgefüllt wurde: Korngrösse 71 - 100 u 20% - " - 100 - 160 p 34% - " - 160 - 200 p 46% Die Kühlwassermenge durch das Kupferrohr betrug 20 1/min, und die Temperatur des einströmenden Wassers war 160C. Bei einer Ueberbelastung von 50%, d.h. 300 W, wurde eine Oberflächentemperatur von 700C, bei 600 W eine Temperatur von 1200C und bei 900 W eine Temperatur von 1750C gemessen. Bei einem Ueberbelastungsfaktor von 4,5 war als9 die Oberflächentemperatur nur 1750C, und dies zeigt, wie weitgehend die Abmessungen eines Widerstandes gemäss der vorliegenden Erfindung reduziert werden können.The same resistor was made, and a copper tube was inserted into it of such an outside diameter that between the ceramic support tube and the copper pipe had a gap of 0.5 mm, which was made with 98% molten Magnesium oxide of the following composition was filled: grain size 71 - 100 u 20% - "- 100 - 160 p 34% -" - 160 - 200 p 46% The amount of cooling water through the copper pipe was 20 l / min and the temperature of the incoming water was 160C. At a Overload of 50%, i.e. 300 W, resulted in a surface temperature of 700C 600 W measured a temperature of 1200C and at 900 W a temperature of 1750C. With an overload factor of 4.5, the surface temperature was only 1750C, and this shows how largely the dimensions of a resistor according to the present invention Invention can be reduced.
Man kann mittels der Erfindung in äusserst einfacher Weise Widerstandsbatterien herstellen, indem man eine Anzahl Widerstände 10 auf einem langgestreckten Rohr anbringt und dieses dann in zweckdienlicher Weise biegt.By means of the invention, resistance batteries can be produced in an extremely simple manner Manufacture by placing a number of resistors 10 on an elongated tube attaches and then bends it in an expedient manner.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
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