DE4008422C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungswiderstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann bei ölgekühlten Stromrichtermodulen verwendet werden, wobei der Widerstand als Beschaltungskomponente für den Halblei­ terschalter (GTO-Thyristor) dient.

Ein solcher Leistungswiderstand ist aus der DE 24 52 496 B1 bekannt. Beim dort beschriebenen hochbelastbaren, fremdbe­ lüfteten Bandwiderstandsgerät ist es durch den Einsatz spe­ zieller, U-förmiger Bügel möglich, zwischen einzelnen An­ schlußstellen Bandmaterial mit unterschiedlichen Wider­ standswerten zu verwenden. Damit liegen trotz gleicher Län­ gen der Mäander beliebige Widerstandsstufungen an den An­ schlußstellen vor, was bei Fahr- und Bremswiderständen von elektrisch betriebenen Fahrzeugen erforderlich ist.

Aus der DE-PS 5 29 827 ist eine vorzugsweise als Abstands­ halter für einen draht- oder bandförmigen Widerstand ge­ eignete Isolierplatte bekannt, wobei der Widerstand öl- oder luftgekühlt sein kann.

Aus der EP 01 01 623 A1 ist eine Halterungsvorrichtung für eine mäanderförmige Wicklung und eine Verwendung dieser Halterungsvorrichtung bei einem wassergekühlten Widerstand für Stromrichterbeschaltungen bekannt. Die Wicklung ist mit vorgeformten gebogenen Teilen versehen, so daß sie antipar­ allele Abschnitte bildet und beim Stromdurchfluß als Ganzes nur eine niedrige Induktivität aufweist.

Aus der EP 00 66 902 A1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Lei­ stungswiderstand bekannt, der wenigstens einen serpentinen­ artig oder mäandrisch angeordneten Widerstandsleiter ent­ hält, der in einem geschlossenen Gehäuse direkt in als Kühlflüssigkeit verwendetem entionisiertem Wasser angeord­ net ist. Der Widerstandsleiter ist zweckmäßig in Blenden befestigt, die nicht nur als Halterungen des Widerstands­ leiters dienen, sondern auch die Kühlflüssigkeit umlenken. Der Leistungswiderstand sichert eine wirksame und gleichmä­ ßige Wärmeabfuhr und weist eine hohe Wärmekapazität auf. Die Anordnung ist induktivitätsarm. Der Leistungswiderstand ist insbesondere zur Beschaltung von Thyristoren in Strom­ richteranlagen geeignet.

Aus Technische Mitteilungen AEG-TELEFUNKEN 58 (1968) 1, Seiten 48 bis 55 sind Belastungswiderstände für Motoren im Aussetzbetrieb bekannt, wobei neben öl- oder wassergekühl­ ten Widerständen vorzugsweise luftgekühlte, mäanderförmige Bandwiderstände verwendet werden.

Aus der DE-PS 4 88 039 ist ein elektrischer Widerstand mit bandförmigen Leitern bekannt, bei dem zwei mit Schlitzen entsprechend der Stärke des Widerstandsleiters versehene, flachseitig gegenüberliegende Isolierplatten mit ihren En­ den an je einem, ggf. als Anschlußelement dienenden Träger befestigt und durch diese Träger in einem gewissen Abstand voneinander gehalten sind. Die Widerstandsleiter sind mäan­ derförmig durch die Schlitze der Isolierplatte hindurchge­ führt.

In der DE-PS 25 00 223 wird ein elektrisches Widerstandsge­ rät beschrieben, mit mindestens einem in einem Rahmen ange­ ordneten, mäanderförmigen Widerstandsband, welches jeweils unter Zwischenschaltung von isolierenden Tragelementen mit­ tels mindestens zweier einander gegenüberliegender, federn­ der hakenförmiger Halter abgespannt ist. Das einstückig durchlaufende Widerstandsband ist so gebogen, daß parallel zueinander in gleichem Abstad verlaufende Bandabschnitte jeweils durch bogenförmige Mäanderrunden miteinander verbunden sind. In jeden zweiten der parallel zueinander verlaufenden Bandabschnitte sind im Bereich des Übergangs zu den Mäanderrundungen Schlitze angeordnet, in die die Halter eingreifen. Das Widerstandsbad weist mindestens eine Reihe von in Längsrichtung gleichachsig verlaufenden Sicken und Aufwölbungen auf, deren in Längsrichtung verlau­ fende Begrenzungslinien abschnittsweise durch Einschnitte gebildet sind und die Schnittkanten der Aufwölbungen aus der Widerstandsbandebene herausgebogen sind. Dieses Wider­ standsgerät eignet sich insbesondere als luftgekühlter An­ fahr- und Bremswiderstand für elektrische Triebfahrzeuge (Zwangsbelüftung).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungs­ widerstand der eingangs genannten Art anzugeben, der kom­ pakt und induktivitätsarm aufgebaut, flüssigkeitsgekühlt und einfach erweiterbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß der vorgeschlagene Leistungswider­ stand sehr kompakt aufgebaut sein kann, d. h. Gewicht und Volu­ men sind im Verhältnis zur Leistungsfähigkeit relativ gering, was insbesondere beim Einsatz in Schienenfahr­ zeugen von Bedeutung ist. Das mäanderförmige Wider­ standsband liegt direkt im kühlenden Flüssigkeitsstrom, vorzugsweise einem Isolieröl. Der Leistungswiderstand kann sehr induktivitätsarm (z. B. kleiner als 1 µH) aufgebaut sein, was insbesondere beim Einsatz des Leistungswiderstandes als Beschaltungskomponente für einen GTO-Thyristor eines Stromrichtermoduls von größter Wichtigkeit ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsformen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen flüssigkeitsgekühlten Leistungswider­ stand in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die Anordnung einer Widerstandswicklung im Detail,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Leistungswiderstand,

Fig. 4 eine Variante mit zusätzlichem Gehäuse,

Fig. 5 eine Variante zur Befestigung der Widerstands­ wicklung.

Fig. 1 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Leistungswider­ stand in perspektivischer Darstellung. Der Leistungswi­ derstand weist ein quaderförmiges Gehäuse 1 aus einem elektrisch isolierenden Material - vorzugsweise aus ei­ nem isolierenden, hitzbeständigen Kunststoff - auf. Das Gehäuse 1 besteht aus einer Deckplatte 2, einer Boden­ platte 3 und zwei Seitenwänden 4, 5. Die Frontseite 6 des Gehäuses 1 ist offen. Die Rückseite des Gehäuses 1 wird durch einen kastenförmigen Ölsammelraum 7 abge­ schlossen. Dieser Ölsammelraum 7 besitzt in seiner Bo­ denplatte einen Ölableitungskanal 8.

Der Leistungswiderstand besteht aus mehreren - im Aus­ führungsbeispiel aus vier - in Serie geschalteten Wider­ standswicklungen (in Fig. 3 mit Ziffern 17, 18, 19, 20 bezeichnet). Jede Widerstandswicklung weist ein mäander­ förmig gefaltetes Widerstandsband 9 auf, wobei ein Flachband aus einem Widerstandsmaterial als Bandmaterial verwendet wird. Jede Widerstandswicklung 9 besteht aus einer Vielzahl zu den Seitenwänden 4, 5 paralleler, planebener, zueinander in gleichem Abstand verlaufender Bandabschnitte, die jeweils zwischen Deckplatte 2 und Bodenplatte 3 angeordnet und durch in Nuten 11 in der Deckplatte 2 und in der Bodenplatte 3 fixierter bogen­ förmiger Mäanderrundungen 10 einstückig durchlaufend miteinander verbunden sind.

Zur Stabilisierung und zusätzlichen Halterung der ein­ zelnen Bandabschnitte liegt eine Zwischenplatte 12 aus einem isolierenden Material zwischen Deckplatte 2 und Bodenplatte 3. Diese Zwischenplatte 12 ist parallel und in gleichem Abstand zu beiden Platten 2, 3 angeordnet. Die Seitenkanten der Zwischenplatte 12 sind in Längsnu­ ten 13 in den Seitenwänden 4, 5 eingeschoben und fi­ xiert. Die Zwischenplatte 12 weist Schlitze 14 zur Durchführung und Halterung der Bandabschnitte auf.

Wie vorstehend erwähnt, sind vier derartig ausgebildete Widerstandswicklungen nebeneinander angeordnet und ge­ häuseintern in Reihe geschaltet. Die Enden der Wider­ standsbänder der beiden äußeren Widerstandswicklungen durchstoßen die Seitenwand 4 und dienen als elektrische Anschlüsse 15 und 16 zur Kontaktierung mit weiteren Bau­ einheiten, vorzugsweise mit weiteren Komponenten eines Stromrichtermoduls.

In Fig. 2 ist die Anordnung einer Widerstandswicklung im Detail dargestellt. Es ist zu erkennen, wie die bogen­ förmigen Mäanderrundungen 10 des Widerstandsbandes 9 jeweils in Nuten 11 in der Deckplatte 2 und in der Bo­ denplatte 3 eingreifen und fixiert werden. Mittels der Pfeile ist angedeutet, daß der elektrische Stromfluß in zwei eng zusammenliegenden, benachbarten Bandabschnitten des mäanderförmigen Widerstandsbandes jeweils antiparal­ lel verläuft. Hierdurch ergibt sich insgesamt ein Wider­ stand mit geringer Induktivität und einem geringen, nach außen wirksamen Magnetfeld.

In Fig. 3 ist eine Aufsicht auf einen Leistungswider­ stand dargestellt (bei abgenommener Deckplatte 2). Die vier durch interne Verbindungen 21 in Reihe geschalteten Widerstandswicklungen 17, 18, 19, 20 sind lediglich prinzipiell gezeigt, d. h. auf die Darstellung der ein­ zelnen bogenförmigen Mäanderrundungen 10 und Bandab­ schnitte wurde verzichtet. Die gestrichelt gezeichneten Pfeile kennzeichnen den elektrischen Stromverlauf inner­ halb der einzelnen Widerstandswicklungen, wobei der Stromverlauf in benachbarten Widerstandswicklungen 17 bis 20 jeweils entgegengesetzt gerichtet ist, was zur Schaffung eines induktivitätsarmen Widerstandes bei­ trägt. Die durchgezogenen Pfeile kennzeichnen die Kühl­ flüssigkeits- bzw. Öldurchströmung innerhalb des Gehäu­ ses 1 (siehe auch Fig. 1). Die über die gesamte Fläche der Frontseite einströmende Kühlflüssigkeit kommt direkt in Berührung mit allen Bandabschnitten und Mäanderrun­ dungen 10 der Widerstandswicklungen 17 bis 20. Die er­ hitzte Kühlflüssigkeit gelangt in den Ölsammelraum 7 und von dort in den Ölableitungskanal 8. Der im Ausführungs­ beispiel in der Bodenplatte des Ölsammelraums 7 liegende Ölableitungskanal 8 kann auch an anderer Stelle des Öl­ sammelraums angeordnet sein. Wesentlich ist dabei, daß eine gleichmäßige Öldurchflutung des Gehäuseinneren und damit der Widerstandswicklungen sichergestellt ist.

Da die Kühlflüssigkeit während des Betriebes des Lei­ stungswiderstandes hohen Temperaturen ausgesetzt ist (bei Verwendung von Isolieröl treten z. B. Temperaturen bis ungefähr 150°C auf), müssen sowohl das Gehäuse 1 als auch die Zwischenplatte 12 aus einem elektrisch isolie­ renden Material bestehen, das derart hohen Temperaturen auf Dauer gewachsen ist. Als Kühlflüssigkeit kann neben Isolieröl auch entionisiertes Wasser dienen.

In Fig. 4 ist eine Variante mit zusätzlichem Gehäuse dargestellt. Die Deckplatte 2 und die Bodenplatte 3 sind über die Seitenwand 4 hinaus verlängt und mittels einer weiteren Seitenwand 22 derart abgeschlossen, daß ein zusätzliches Gehäuse 23 gebildet wird. Dieses zusätzli­ che Gehäuse dient zur Aufnahme eines weiteren flüssig­ keitsgekühlten Leistungswiderstandes. Dieser weitere Leistungswiderstand ist von gleicher Bauart wie der gemäß Fig. 1 bis 3 beschriebene Leistungswiderstand. Infolge der Abschirmung des zusätzlichen Gehäuses durch Deckplatte 1, Bodenplatte 3 und Seitenwände 4, 22 ist ein gezielter Kühlflüssig­ keit-Durchfluß mit frontseitigem Kühlflüssigkeitsein­ tritt gewährleistet (siehe Pfeilrichtung).

In Fig. 5 ist eine Variante zur Befestigung der Wider­ standswicklung dargestellt. Als Befestigungsmittel zur Halterung der Mäanderrundungen 10 sind keine durchgehen­ den Nuten 11 in der Deckplatte 2 und der Bodenplatte 3 mehr vorgesehen, sondern lediglich einzelne dornförmige Erhebungen 24. Zur seitlichen Arretierung der Wider­ standswicklungen sind in regelmäßigen Abständen zu bei­ den Seiten jeder Widerstandswicklung Stege 25 in der Deckplatte 2 und der Bodenplatte 3 angeformt. Die Lage dieser Stege 25 ist in Fig. 3 prinzipiell angedeutet.

Claims (8)

1. Leistungswiderstand mit einer Widerstandswicklung in Form eines mäanderförmig gefalteten Widerstandsbandes, bestehend aus parallel zueinander in gleichem Abstand ver­ laufenden Bandabschnitten, die über bogenförmigen Mäander­ rundungen einstückig durchlaufend miteinander verbunden sind, wobei

• - die Widerstandswicklung in einem von einem Kühlmedium durchströmten Gehäuse angeordnet ist,
• - die Deckplatte und die Bodenplatte mit Befestigungs­ mitteln zur Halterung der Mäanderrundungen versehen sind,
• - die Frontseite des Gehäuses für den Eintritt des Kühlmediums offen ist,
• - und mehrere Widerstandswicklungen innerhalb des Ge­ häuses nebeneinander angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Kühlflüssigkeit als Kühlmedium eingesetzt wird,
• - ein Gehäuse (1) aus einem elektrisch isolierenden Ma­ terial verwendet wird,
• - die Rückseite des Gehäuses an einem Kühlflüssigkeits­ sammelraum (7) angeschlossen ist, wobei der Kühlflüs­ sigkeitssammelraum (7) einen Kühlflüssigkeitsablei­ tungskanal (8) aufweist,
• - die nebeneinander angeordneten Widerstandswicklungen (17 bis 20) über interne Verbindungen (21) innerhalb des Gehäuses (1) zu einer Reihenschaltung gruppiert sind, und
• - zur Bildung elektrischer Anschlüsse (15, 16) der Widerstandswicklungen (17 bis 20) jeweils Anfang und Ende des Widerstandsbandes (9) durch eine Seitenwand (4) des Gehäuses (1) geführt sind.

2. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen Deckplatte (2) und Bodenplatte (3) eine Zwischenplatte (12) aus einem isolierenden Mate­ rial parallel hierzu angeordnet ist, wobei in der Zwischen­ platte (12) Schlitze (14) zur Halterung der Bandabschnitte vorgesehen sind.

3. Leistungswiderstand nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenplatte (12) in Längsnuten (13) der beiden Seitenwände (4, 5) des quaderförmigen Gehäu­ ses (1) arretiert ist.

4. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigungsmittel zur Halterung der Mäanderrundungen (10) als Nuten (11) ausgebildet sind.

5. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigungsmittel zur Halterung der Mä­ anderrundungen (10) als dornförmige Erhebungen (24) ausge­ bildet sind.

6. Leistungswiderstand nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswicklung von seitlichen Stegen (25) arretiert wird.

7. Leistungswiderstand nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Deckplatte (2) und Bodenplatte (3) des Gehäuses (1) er­ weitert sind, um ein zusätzliches Gehäuse (23) für einen zusätzlichen flüssigkeitsgekühlten Leistungswiderstand zu bilden.