EP0560139A2 - Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand - Google Patents

Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand Download PDF

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EP0560139A2
EP0560139A2 EP93102976A EP93102976A EP0560139A2 EP 0560139 A2 EP0560139 A2 EP 0560139A2 EP 93102976 A EP93102976 A EP 93102976A EP 93102976 A EP93102976 A EP 93102976A EP 0560139 A2 EP0560139 A2 EP 0560139A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
load resistor
resistance element
element carrier
cooled high
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP93102976A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0560139A3 (en
Inventor
Tibor Dr. Salanki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0560139A2 publication Critical patent/EP0560139A2/de
Publication of EP0560139A3 publication Critical patent/EP0560139A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/08—Cooling, heating or ventilating arrangements
    • H01C1/082—Cooling, heating or ventilating arrangements using forced fluid flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/02—Housing; Enclosing; Embedding; Filling the housing or enclosure
    • H01C1/024—Housing; Enclosing; Embedding; Filling the housing or enclosure the housing or enclosure being hermetically sealed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/02—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids arranged or constructed for reducing self-induction, capacitance or variation with frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/10—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element having zig-zag or sinusoidal configuration
    • H01C3/12—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element having zig-zag or sinusoidal configuration lying in one plane

Definitions

  • the invention relates to a liquid-cooled high-load resistor.
  • a liquid-cooled resistor in which a resistance wire is wound on a ceramic molded part.
  • This ceramic molded part is plate-shaped and is provided with moldings on a plate surface. These formations guide the resistance wire in a zigzag shape in approximately one plane.
  • the other plate surface of the ceramic molding is pressed against a heat sink in which flow channels run.
  • the resistance wire and the surface of the plate to which the wire is applied are coated with a glaze.
  • Such a resistor has low self-inductance, but cannot be burdened with high power losses.
  • a liquid-cooled high-load resistor which consists of a resistance element which is clamped between two liquid heat sinks.
  • an electrically insulating, heat-conducting disk is arranged between a liquid cooling body and the resistance element.
  • the resistance element consists of an electrically insulating support body and a band-shaped resistance material which is placed around an end face of the support body such that approximately the two flat sides of the support body are covered.
  • the resistance material in the area covered by the liquid heat sink is provided with slits, in order to increase the resistance value per unit of layer considerably, which also increases the power loss that is dissipated.
  • this liquid-cooled high-load resistor between an electrically insulating, heat-conducting disc is provided for each of the resistance element and the liquid heat sink, the dielectric strength of this high-load resistor can be adapted to a required insulation strength by dimensioning it.
  • This liquid-cooled high-load resistor dissipates a high power loss in a small space, is low-inductance and its insulation strength is very high, but it consists of many individual parts that have to be assembled in a complex manner.
  • a liquid-cooled high-load resistor which consists of a housing and a resistance element.
  • This resistance element is arranged within a chamber through which a cooling liquid flows from an inlet to an outlet.
  • This chamber consists of two insulating plates and an insulating ring.
  • a bifilar wound conductor strip spiral is provided as a resistance element, which is stretched between the two insulating plates in such a way that the cooling liquid flows through a rectangular channel.
  • the resistance element By designing the resistance element as a bifilar wound conductor strip spiral, the resulting inductance of the high-load resistor is kept to a minimum, with a flat strip being chosen as the resistance material, which has a low self-inductance due to the geometry compared to a round conductor.
  • the assembly of this resistor is not easy and its dimensions are not small.
  • the invention is based on the object of specifying a liquid-cooled high-load resistor which has a relatively small size and which also has a has minimal self-inductance and can be loaded with high voltages and with a high power loss.
  • the liquid-cooled high-load resistor consists of an element carrier provided with an inlet and outlet, which has a resistance element on a flat side, a first end of an active part of this resistance element by means of an opening in the element carrier with a first electrical connection and a second end are connected to a second electrical connection of the element carrier, and of two caps, each of which covers a flat side of the element carrier, an enclosed space being subdivided in such a way that one in each case in the area of the inlet or outlet and the opening Free space and as a connection there is a cooling channel, the cooling channel embedding the active part of the resistance element.
  • this high-load resistor Since the liquid-cooled high-load resistor has only three parts, and the middle part can be prefabricated, assembly is very simple. In addition, this high-load resistor is very compact due to the accommodation of the resistance element on at least one flat side of the element carrier. This compact design is supported by the fact that the other elements of the high-load resistor are arranged on the element carrier, so that as little space as possible is required. Since the active part of the resistance element is band-shaped and its free ends are spatially separated from one another by the element carrier, this liquid-cooled high-load resistor has a minimal self-inductance and can be loaded with a high voltage, for example several kV. Since the cooling liquid is guided over the active part of the resistance element by means of the cooling channel, a great cooling effect is achieved, so that this high-load resistor can be loaded with a high power loss, for example several kW.
  • a resistance element is arranged on each flat side of the element carrier, the active parts of which are electrically connected in series on the one hand by means of the opening in the element carrier and on the other hand are each electrically conductively connected to an electrical connection of the element carrier. Any desired resistance value can thus be realized without having to change the spatial dimensions of the high-load resistor according to the invention.
  • the resistance element is embedded in a corresponding recess in the element carrier in such a way that the surface of the resistance element is flat with the flat side of the element carrier.
  • ribs are arranged vertically on the inside of the cap such that a cooling channel corresponding to the active part of the resistance element is created, the narrow sides of these ribs each being provided with a flexible lip.
  • a cooling channel that embeds the active part of the resistance element can be constructed very easily. Since the Narrow sides of these ribs are each provided with a flexible lip, the cooling channel is sealed liquid-tight when the high-load resistor is ready for operation, so that the cooling liquid required to dissipate the power loss cannot be reduced, so that the cooling effect is not reduced.
  • the cooling channel is formed by means of two comb-shaped intermediate pieces, these intermediate pieces being arranged on both sides of the active part of the resistance element on the flat side of the element carrier.
  • FIG. 1 shows a side view from the right of a liquid-cooled high-load resistor according to the invention, which consists of an element carrier 2 and two caps 4 and 6.
  • the caps 4 and 6 largely cover the flat sides 8 and 10 of the element carrier 2.
  • the caps 4 and 6 are welded to the element carrier 2 in this illustration. It is also possible to use any other connection technology that connects the caps 4 and 6 to the element carrier 2 in a liquid-tight manner.
  • This element carrier 2 and the two caps 4 and 6 are made of plastic, wherein these parts 2, 4 and 6 are advantageously plastic injection molded parts.
  • the element carrier 2 has, in this illustration in the image plane, a threaded bore 12, which serves as a connection for a coolant line, by means of which the coolant can be supplied or removed.
  • An annular disk 14 is provided to reinforce this threaded bore 12.
  • Another connection consisting of a threaded bore 16 with an annular disk 18 as reinforcement, is arranged on the opposite side of the element carrier 2.
  • FIG. 2 shows the top view of an open high-load resistor according to FIG. 1.
  • the same components are provided with the same reference numerals.
  • the cap 4 has been omitted, so that the view of the flat side 8 of the element carrier 2 is clear.
  • the flat side 8 and the flat side 10 of the element carrier 2, which cannot be seen here, is each provided with a resistance element 26. However, only one flat side 8 or 10 can be provided with a resistance element 26 if, for example, the resistance value is to be small.
  • This resistance element 26 consists of a passive part 28 and an active part 30.
  • a metal foil is provided as the resistance element 26, from which the active part 30 is produced by means of an etching process.
  • the active part 30 is, for example, meandering in order to keep the self-inductance to a minimum.
  • the metal foil 26 is made of a resistance alloy, for example nickel chromium (NiCr 80/20) or manganite.
  • the metal foil 26 is glued onto a flat side 8 or 10 of the element carrier 2 before the chemical etching. The etching is carried out using photolithographic processes.
  • the two active parts 30 of the resistance elements 26 are electrically connected in series by means of an opening 32 and a metal strip 34 made of the alloy of the resistance element.
  • the threaded bore 12 or 16 opens into a recess 36 or 38, the opening of the recess 36 lying in the plane of the flat side 8 and the opening of the recess 38 in the plane of the flat side 10 of the element carrier 2.
  • the electrical connections 22 and 24 and the recesses 38 and 36 are spatially assigned to one another such that a Terminal tongue 40 of the electrical connections 22 and 24 is arranged in the recess 38 and 36, respectively.
  • the free ends of the active parts 30 of the resistance element 26 of the flat sides 8 and 10 are electrically conductively connected to the connecting tongues 40 by means of a metal strip 42. These metal strips 42 are also made from the alloy of the resistance element 26.
  • the flat side 8 or 10 is also provided with a circumferential groove 44 which is provided for receiving the cap 4 or 6.
  • the cap 4 or 6 is spatially fixed by the groove 44 on the flat side 8 or 10 of the element carrier 2.
  • the groove 44 can also be made so narrow that the cap 4 or 6 is also clamped in the element carrier 2. This considerably simplifies the assembly or welding of the element carrier to the caps 4 and 6, respectively.
  • Figures 3 and 4 each show a further embodiment of the resistance element 26.
  • the metal foil 26 is glued to a support plate 46.
  • This support plate 46 has a recess 48 on one end face, as a result of which an unambiguous position of this support plate 46 in the element carrier 2 is fixed and interchangeability is excluded. Each corner of this support plate 46 is preferably provided with a bore 50.
  • a meandering conductor track is provided as the active part 30.
  • two meandering conductor tracks are provided as active part 30, which are electrically connected in parallel.
  • the basic shape of the metal foil 26 corresponds to the basic shape of the support plate 46 and not every corner is provided with a bore 50. The embodiment of the active part 30 with two meandering conductor tracks is then recommended if the resistance value is between 0.01 ⁇ and 0.2 ⁇ and the value of the current is between 100A and 400A.
  • FIG. 5 A section of a further embodiment of the active part 30 of the resistance element 26 is shown in more detail in FIG.
  • the special feature of this embodiment of the active part 30 is that the distance between the individual meanders is different. Here, the distances after every two meanders are greater than the distance between the two meanders.
  • the active part 30 instead of one (FIG. 2) or two (FIG. 4), three conductor tracks are simultaneously washed over by the cooling liquid. In the embodiment according to FIG. 5, the resistance value increases considerably. This finely structured design of the meanders is preferred from a resistance value of 1 ⁇ to a resistance value of 80 ⁇ .
  • FIG. 6 shows a further embodiment of an open high-load resistor according to FIG. 1.
  • the resistance element 26 is glued onto a support plate 46 in this embodiment. Therefore, the element carrier 2 is provided on both sides with a recess 52 corresponding to the support plate 46. The depth of this recess 52 corresponds to the thickness of the support plate 46 with the resistance element 26, so that the resistance element 26 and the flat side 8 and 10 form a plane.
  • the support plate 46 can be detachably fastened to the element carrier 2 by means of pins 54 or plastic nails.
  • FIG. 7 shows an inner side 56 of the cap 4 of the high-load resistor according to FIG. 1.
  • ribs 58 are arranged vertically in such a way that the inner side 56 is divided into an upper free space 60, a lower free space 62 and a cooling channel 64, which forms this Spaces 60 and 62 connect with each other.
  • This division has been made in such a way that, in the case of a ready-to-use high-load resistor, the cooling channel 64 embeds the active part 30 of the resistance element 26, the free space 60 is arranged above the inlet and outlet of the cooling liquid and the free space 62 above the opening 32.
  • the coolant reaches the free space 60 via the inlet, consisting of the internally threaded bore 12 and the recess 36. From there, the coolant can only reach the free space 62 through the cooling channel 64, wherein it absorbs the power loss of the active part 30. From there, the coolant passes through the opening 32 to the free space on the rear side of the high-load resistor and from there through the cooling channel to the free space via the drain, consisting of the recess 38 and the internally threaded bore 16, to the outside.
  • each rib 58 is provided with a flexible lip 70.
  • a section VIII of this FIG. 7 is shown enlarged in FIG. 8, which shows a rib 58 with the associated lip 70.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of an open high-load resistor according to FIG. 1.
  • the flat side 8 of the element carrier 2 is provided with two comb-shaped intermediate pieces 72 and 74.
  • These comb-shaped intermediate pieces 72 and 74 are designed in such a way and are arranged with respect to one another on the flat side 8 or 10 that they embed the active part 30 of the resistance element 26. That is, by means of these comb-shaped intermediate pieces 72 and 74 and the cap 4 or 6, a cooling channel 64 is also formed, in which the cooling liquid can flow from the recess 36 through the cooling channel 64, the opening 32 and the cooling channel on the rear side to the recess 38.
  • This inventive design of the high-load resistor enables a liquid-cooled high-load resistor to be built up in a relatively small size, the value of the resistor being able to be varied from 0.01 ⁇ to 80 ⁇ .
  • this liquid-cooled high-load resistor has a minimal self-inductance and this resistor can be loaded with high voltages (several kV) and with high power losses (several kW).
  • An advantageous application is to use this liquid-cooled high-load resistor as a circuit resistor for switchable thyristors.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand. Erfindungsgemäß besteht dieser Hochlastwiderstand aus einem mit einem Zu- und Ablauf versehenen Elemententräger (2), der auf seinen Flachseiten (8,10) jeweils ein Widerstandselement (26) aufweist, deren aktive Teile (30) einerseits mittels eines Durchbruchs (32) im Elemententräger (2) elektrisch in Reihe geschaltet sind und andererseits jeweils elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluß (22,24) des Elemententrägers (2) verbunden sind, und aus zwei Kappen (4,6), die jeweils eine Flachseite (8,10) des Elemententrägers (2) abdecken, wobei ein eingeschlossener Raum jeweils derart unterteilt ist, daß im Bereich des Zu- bzw. Ablaufs und des Durchbruchs (32) jeweils ein Freiraum (60,62) und als deren Verbindung ein Kühlkanal (64) vorhanden sind, wobei der Kühlkanal (64) den aktiven Teil (30) des Widerstandselementes (26) einbettet. Somit erhält man einen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstand relativ kleiner Baugröße, dessen Eigeninduktivität minimal ist und der mit einer hohen Spannung und mit einer hohen Verlustleistung belastet werden kann. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstand.
  • Aus der DE 33 38 709 A1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Widerstand bekannt, bei dem ein widerstandsdraht auf ein Keramikformteil aufgewickelt ist. Dieses Keramikformteil ist plattenförmig ausgebildet und ist auf einer Plattenfläche mit Ausformungen versehen. Diese Ausformungen fuhren den Widerstandsdraht etwa in einer Ebene zickzackförmig. Die andere Plattenfläche des Keramikformteils ist an einen Kuhlkörper angepreßt, in dem Strömungskanäle verlaufen. Außerdem sind der Widerstandsdraht und die Plattenoberfläche, auf die der Draht aufgebracht ist, gemeinsam mit einer Glasur überzogen. Ein derartiger Widerstand besitzt zwar eine geringe Eigeninduktivität, kann jedoch nicht mit hohen Verlustleistungen belastet werden.
  • Aus der DE-GM 91 00 865 ist ein flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand bekannt, der aus einem Widerstandselement besteht, der zwischen zwei Flüssigkeitskühlkörper verspannt ist. Dabei ist jeweils zwischen einem Flüssigkeitskülkörper und dem Widerstandselement eine elektrisch isolierende, wärmeleitende Scheibe angeordnet. Das Widerstandselement besteht aus einem elektrisch isolierenden Trägerkörper und einem bandförmigen Widerstandsmaterial, das derart um eine Stirnseite des Trägerkörpers gelegt ist, daß annähernd die beiden Flachseiten des Trägerkörpers bedeckt sind. Das Widerstandsmaterial im vom Flüssigkeitskühlköper abgedeckten Bereich ist mit Schlitzen versehen, um dadurch den Widerstandswert pro Lägeneinheit erheblich zu erhöhen, wodurch sich die Verlustleistung, die abgeführt wird, ebenfalls erheblich erhöht. Da bei diesem flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstand zwischen dem Widerstandselement und dem Flüssigkeitskühlkörper jeweils eine elektrisch isolierende, wärmeleitende Scheibe vorgesehen ist, kann durch deren Dimensionierung die Spannungsfestigkeit dieses Hochlastwiderstandes einer geforderten Isolierfestigkeit angepaßt werden. Dieser flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand führt zwar auf kleinem Raum eine hohe Verlustleistung ab, ist niederinduktiv und dessen Isolierfestigkeit ist sehr hoch, jedoch besteht er aus vielen Einzelteilen, die aufwendig zusammengebaut werden müssen.
  • Aus der DE-GM 91 11 719 ist ein flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand bekannt, der aus einem Gehäuse und einem Widerstandselement besteht. Dieses Widerstandselement ist innerhalb einer von einem Zulauf zum Ablauf mit einer Kühlflüssigkeit durchflossenen Kammer angeordnet. Diese Kammer besteht aus zwei Isolierplatten und einem Isolierring. Als Widerstandselement ist eine bifilar gewickelte Leiterbandspirale vorgesehen, die derart zwischen den beiden Isolierplatten gespannt ist, daß die Kühlflüssigkeit durch einen rechteckförmigen Kanal strömt. Durch die Anordnung des Widerstandselements direkt in der Kühlflüssigkeit, wodurch beidseitig am stromführenden Widerstandselement die Kühlflüssigkeit entlangströmt, kann eine hohe Verlustleistung an die Kühlflüssigkeit abgeführt werden. Durch die Ausgestaltung des Widerstandselements als bifilar gewickelte Leiterbandspirale wird die resultierende Induktivität des Hochlastwiderstandes minimal gehalten, wobei als Widerstandsmaterial ein Flachband gewählt ist, welches aufgrund der Geometrie im Vergleich zu einem Rundleiter eine niedere Eigeninduktivität aufweist. Der Zusammenbau dieses Widerstandes ist nicht einfach und seine Abmessungen sind nicht gering.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstand anzugeben, der eine relativ kleine Baugröße aufweist und der außerdem eine minimale Eigeninduktivität aufweist und mit einer hohen Spannungen und mit einer hohen Verlustleistung belastet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der flüssigkeitsgekühlte Hochlastwiderstand aus einem mit einem Zu- und Ablauf versehenen Elemententräger besteht, der auf einer Flachseite ein Widerstandselement aufweist, wobei ein erstes Ende eines aktiven Teils dieses Widerstandselementes mittels eines Durchbruchs im Elemententräger mit einem ersten elektrischen Anschluß und ein zweites Ende mit einem zweiten elektrischen Anschluß des Elemententrägers verbunden sind, und aus zwei Kappen, die jeweils eine Flachseite des Elemententrägers abdecken, wobei ein eingeschlossener Raum jeweils derart unterteilt ist, daß im Bereich des Zu- bzw. Ablaufs und des Durchbruchs jeweils ein Freiraum und als deren Verbindung ein Kühlkanal vorhanden sind, wobei der Kühlkanal den aktiven Teil des Widerstandselementes einbettet.
  • Da der flüssigkeitsgekühlte Hochlastwiderstand nur drei Teile aufweist, wobei der mittlere Teil vorgefertigt werden kann, ist der Zusammenbau sehr einfach. Außerdem ist dieser Hochlastwiderstand durch die Unterbringung des Widerstandselementes auf wenigstens einer Flachseite des Elemententrägers sehr kompakt. Diese kompakte Bauweise wird dadurch noch unterstützt, daß die weiteren Elemente des Hochlastwiderstandes so am Elemententräger angeordnet werden, wodurch möglichst wenig Platzbedarf benötigt wird. Da der aktive Teil des Widerstandselementes bandförmig ist und seine freien Enden durch den Elemententräger räumlich voneinander getrennt sind, weist dieser flüssigkeitsgekühlte Hochlastwiderstand eine minimale Eigeninduktivität auf und kann mit einer hohen Spannung, beispielsweise mehrere kV, belastet werden. Da die Kühlflüssigkeit mittels des Kühlkanals über den aktiven Teil des Widerstandselementes geführt wird, wird eine große Kühlwirkung erreicht, so daß dieser Hochlastwiderstand mit einer hohen Verlustleistung, beispielsweise mehrere kW belastet werden kann.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgesaltung des flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes ist auf jeder Flachseite des Elemententrägers ein Widerstandselement angeordnet, deren aktive Teile einerseits mittels des Durchbruchs im Elemententräger elektrisch in Reihe geschaltet sind und andererseits jeweils elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluß des Elemententrägers verbunden sind. Somit kann man jeden beliebigen widerstandswert verwirklichen, ohne dabei die räumlichen Abmessungen des erfindungsgemäßen Hochlastwiderstandes ändern zu müssen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes ist das Widerstandselement in einer korrespondierenden Vertiefung des Elemententrägers derart eingebettet, daß die Oberfläche des Widerstandselementes mit der Flachseite des Elemententrägers plan ist. Dadurch besteht die Möglichkeit das Widerstandselement separat in verschiedenen Ausführungsformen und für verschiedene Stromstärken und/oder Wiederstandswerten zu fertigen. Somit kann einerseits eine hohe Typenvielfalt mittels Standardelementen erreicht werden und andererseits im Fehlerfall defekte Widerstandselemente einfach ausgetauscht werden, d.h. der Hochlastwiderstand kann kostengünstig repariert werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind auf der Innenseite der Kappe Rippen derart senkrecht angeordnet, daß ein zum aktiven Teil des Widerstandselementes korrespondierender Kühlkanal entsteht, wobei die Schmalseiten dieser Rippen jeweils mit einer flexiblen Lippe versehen sind. Durch die Verwendung der senkrechten Rippen kann ein Kühlkanal, der den aktiven Teil des Widerstandselementes einbettet, sehr einfach aufgebaut werden. Da die Schmalseiten dieser Rippen jeweils mit einer flexiblen Lippe versehen sind, ist beim betriebsbereiten Hochlastwiderstand der Kühlkanal flüssigkeitsdicht abgeschlossen, so daß die zum Abführen der Verlustleistung benötigte Kühlflüssigkeit sich nicht verringern kann, wodurch die Kühlwirkung nicht vermindert wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Kühlkanal mittels zweier kammförmiger Zwischenstücke gebildet, wobei diese Zwischenstücke beidseitig des aktiven Teils des Widerstandselementes auf der Flachseite des Elemententrägers angeordnet werden. Durch die Verwendung dieser kammförmigen Zwischenstücke kann der entstehende Kühlkanal jeweils den aktiven Teilen unterschiedlicher Widerstandselemente einfach angepaßt werden. Außerdem vereinfacht sich die Montage erheblich, da die entsprechenden kammförmigen Zwischenstücke nur noch auf dem Widerstandselement plaziert und die Kappen aufgesetzt werden müssen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 5 bis 9 zu entnehmen.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes schematisch veranschaulicht sind.
    • Figur 1
    zeigt die Seitenansicht eines betriebsfertigen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes, in
    Figur 2
    ist die Draufsicht auf einen geöffneten Hochlastwiderstand nach Figur 1 dargestellt, die
    Figuren 3 und 4
    zeigen verschiedene Ausführungsformen des Widerstandselementes,
    Figur 5
    veranschaulicht einen Ausschnitt aus einem aktiven Teil des Widerstandselementes, in der
    Figur 6
    ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des geöffneten Hochlastwiderstandes nach Figur 1 dargestellt, in der
    Figur 7
    ist eine Innenseite einer Kappe des Hochlastwiderstandes dargestellt, in
    Figur 8
    ist eine zugehörige Ausschnittsvergrößerung z veranschaulicht, und die
    Figur 9
    zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des geöffneten Hochlastwiderstandes nach Figur 1.
  • Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht von rechts eines erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes, der aus einem Elemententräger 2 und zwei Kappen 4 und 6 besteht. Die Kappen 4 und 6 decken die Flachseiten 8 und 10 des Elemententrägers 2 weitgehend ab. Die Kappen 4 und 6 sind mit dem Elemententräger 2 in dieser Darstellung verschweißt. Es bietet sich auch jede andere Verbindungstechnik an, die jeweils die Kappen 4 und 6 mit dem Elemententräger 2 flüssigkeitsdicht verbinden. Dieser Elemententräger 2 und die beiden Kappen 4 und 6 sind aus Kunststoff, wobei diese Teile 2, 4 und 6 vorteilhafterweise Kunststoffspritzteile sind. Der Elemententräger 2 weist seitwärts, bei dieser Darstellung in der Bildebene, eine Gewindebohrung 12 auf, die als Anschluß für eine Kühlflüssigkeitsleitung dient, mittels der die Kühlflüssigkeit zu- bzw. abgeführt werden kann. Zur Verstärkung dieser Gewindebohrung 12 ist eine Kreisringscheibe 14 vorgesehen. Ein weiterer Anschluß, bestehend aus einer Gewindebohrung 16 mit einer Kreisringscheibe 18 als Verstärkung, ist auf der gegenüberliegenden Seite des Elemententrägers 2 angeordnet.
  • Diese beiden Anschlüsse dienen als Zu- bzw. Ablauf der Kühlflüssigkeit des Hochlastwiderstandes. Eine Stirnseite 20 des Elemententrägers 2 ist mit zwei elektrischen Anschlüssen 22 und 24 versehen, wobei bei dieser Darstellung des Hochlastwiderstandes nur der elektrische Anschluß 24 zu sehen ist.
  • In der Figur 2 ist die Draufsicht auf einen geöffneten Hochlastwiderstand nach Figur 1 dargestellt. Bei dieser und den folgenden Figuren sind jeweils gleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen. In dieser Darstellung ist die Kappe 4 weggelassen worden, so daß der Blick auf die Flachseite 8 des Elemententrägers 2 frei ist.
  • Die Flachseite 8 und die hier nicht zu sehende Flachseite 10 des Elemententrägers 2 ist jeweils mit einem Widerstandselement 26 versehen. Man kann jedoch auch nur eine Flachseite 8 bzw. 10 mit einem Widerstandselement 26 versehen, wenn beispielsweise der widerstandswert klein sein soll. Dieses Widerstandselement 26 besteht aus einem passiven Teil 28 und einem aktiven Teil 30. Als Widerstandselement 26 ist eine Metallfolie vorgesehen, aus der mittels eines Ätzvorgangs der aktive Teil 30 erstellt wird.
  • Der aktive Teil 30 ist beispielsweise mäanderförmig gestaltet, um die Eigeninduktivität minimal zu halten. Die Metallfolie 26 wird aus einer Widerstandslegierung, beispielsweise Nickelchrom (NiCr 80/20) oder Manganit, gefertigt. Die Metallfolie 26 wird vor der chemischen Ätzung jeweils auf eine Flachseite 8 oder 10 des Elemententrägers 2 aufgeklebt. Die Ätzung wird mit Hilfe von fotolitografischen Verfahren durchgeführt. Die beiden aktiven Teile 30 der Widerstandselemente 26 sind mittels eines Durchbruchs 32 und eines Metallbandes 34 aus der Legierung des Widerstandselementes elektrisch in Reihe geschaltet. Die Gewindebohrung 12 bzw. 16 mündet in eine Ausnehmung 36 bzw. 38, wobei die Öffnung der Ausnehmung 36 in der Ebene der Flachseite 8 und die Öffnung der Ausnehmung 38 in der Ebene der Flachseite 10 des Elemententrägers 2 liegen. Die elektrischen Anschlüsse 22 und 24 und die Ausnehmungen 38 und 36 sind derart einander räumlich zugeordnet, daß eine Anschlußzunge 40 der elektrischen Anschlüsse 22 und 24 in der Ausnehmung 38 bzw. 36 angeordnet ist. Die freien Enden der aktiven Teile 30 des Widerstandselementes 26 der Flachseiten 8 und 10 sind mit den Anschlußzungen 40 mittels eines Metallbandes 42 elektrisch leitend verbunden. Auch diese Metallbänder 42 sind aus der Legierung des Widerstandselementes 26 hergestellt.
  • Die Flachseite 8 bzw. 10 ist außerdem mit einer umlaufenden Nut 44 versehen, die für die Aufnahme der Kappe 4 bzw. 6 vorgesehen ist. Durch die Nut 44 ist die Kappe 4 bzw. 6 räumlich auf der Flachseite 8 bzw. 10 des Elemententrägers 2 fixiert. Die Nut 44 kann auch so schmal ausgeführt sein, daß die Kappe 4 bzw. 6 außerdem im Elemententräger 2 eingespannt ist. Dadurch vereinfacht sich die Montage bzw. das Verschweißen des Elemententrägers jeweils mit der Kappe 4 und 6 wesentlich.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils eine weitere Ausführungsform des Widerstandselementes 26. Bei beiden Ausführungsformen ist die Metallfolie 26 auf eine Tragplatte 46 geklebt.
  • Diese Tragplatte 46 weist an einer Stirnseite eine Aussparung 48 auf, wodurch eine eindeutige Lage dieser Tragplatte 46 im Elemententräger 2 festgelegt ist und ein Vertauschen ausgeschlossen ist. Jede Ecke dieser Tragplatte 46 ist vorzugsweise mit einer Bohrung 50 versehen. Bei dieser Ausführungsform gemäß Figur 3 ist als aktiver Teil 30 eine mäanderförmige Leiterbahn vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist als aktiver Teil 30 zwei mäanderförmige Leiterbahnen vorgesehen, die elektrisch parallel geschaltet sind. Außerdem entspricht bei dieser Ausführungsform die Grundform der Metallfolie 26 der Grundform der Tragplatte 46 und nicht jede Ecke ist mit einer Bohrung 50 versehen. Die Ausführungsform des aktiven Teils 30 mit zwei mäanderförmigen Leiterbahnen wird dann empfohlen, wenn der Widerstandswert zwischen 0,01 Ω und 0,2 Ω und der Wert der Stromstärke zwischen 100A und 400A liegen soll.
  • Ein Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des aktiven Teils 30 des Widerstandselements 26 ist in Figur 5 näher dargestellt. Das Besondere an dieser Ausführungsform des aktiven Teils 30 ist, daß der Abstand zwischen den einzelnen Mäandern unterschiedlich ist. Hier sind die Abstände jeweils nach zwei Mäandern größer als der Abstand zwischen den zwei Mäandern. Durch diese Gestaltung des aktiven Teils 30 werden anstelle von einer (Figur 2) oder zwei (Figur 4) drei Leiterbahnen von der Kühlflüssigkeit gleichzeitig überspült. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 erhöht sich der Widerstandswert erheblich. Diese feinstrukturierte Ausführung der Mäander wird bevorzugt ab einem Widerstandswert von 1 Ω bis zu einem Widerstandswert von 80 Ω.
  • In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform eines geöffneten Hochlastwiderstandes nach Figur 1 dargestellt. Gegenüber der Ausführungsform nach Figur 2 ist bei dieser Ausführungsform das Widerstandelement 26 auf eine Tragplatte 46 aufgeklebt. Deshalb ist der Elemententräger 2 beidseitig mit einer zur Tragplatte 46 korrespondierenden Vertiefung 52 versehen. Die Tiefe dieser Vertiefung 52 entspricht der Dicke der Tragplatte 46 mit dem Widerstandselement 26, so daß das Widerstandselement 26 und die Flachseite 8 bzw. 10 eine Ebene bilden. Die Tragplatte 46 kann mittels Stifte 54 oder Kunststoffnägel mit dem Elemententräger 2 lösbar befestigt werden.
  • Die Figur 7 zeigt eine Innenseite 56 der Kappe 4 des Hochlastwiderstandes nach Figur 1. Auf dieser Innenseite 56 sind Rippen 58 derart senkrecht angeordnet, daß die Innenseite 56 unterteilt ist in einen oberen Freiraum 60, einen unteren Freiraum 62 und einen Kühlkanal 64, der diese Freiräume 60 und 62 untereinander verbindet. Diese Aufteilung ist derart vorgenommen worden, daß bei einem betriebsfertigen Hochlastwiderstand der Kühlkanal 64 den aktiven Teil 30 des Widerstandselements 26 einbettet, der Freiraum 60 über den Zu- bzw. Ablauf der Kühlflüssigkeit und der Freiraum 62 über dem Durchbruch 32 angeordnet sind. Durch diese Gestaltung gelangt das Kühlmittel über den Zulauf, bestehend aus der Innengewindebohrung 12 und der Ausnehmung 36, in den Freiraum 60. Von dort kann das Kühlmittel nur durch den Kühlkanal 64 zum Freiraum 62 gelangen, wobei er die Verlustleistung des aktiven Teils 30 aufnimmt. Von dort gelangt das Kühlmittel durch den Durchbruch 32 zum Freiraum der Rückseite des Hochlastwiderstandes und von dort durch den Kühlkanal zum Freiraum über den Ablauf, bestehend aus der Ausnehmung 38 und der Innengewindebohrung 16, nach außen. Damit die Kühlflüssigkeit nicht seitwärts aus dem Kühlkanal 64 in zwei Hohlräume 66 fließen kann oder aber quer zur Fließrichtung im Kühlkanal durchsickern kann, ist die Schmalseite 68 jeder Rippe 58 mit einer flexiblen Lippe 70 versehen. Ein Ausschnitt VIII dieser Figur 7 ist in Figur 8 vergrößert dargestellt, der eine Rippe 58 mit zugehöriger Lippe 70 zeigt.
  • In Figur 9 ist eine weitere Ausführungsform eines geöffneten Hochlastwiderstandes nach Figur 1 näher dargestellt. Gegenüber der Ausführungsform nach Figur 6 ist die Flachseite 8 des Elemententrägers 2 mit zwei kammförmigen Zwischenstücken 72 und 74 versehen. Diese kammförmigen Zwischenstücke 72 und 74 sind derartig gestaltet und zueinander auf der Flachseite 8 bzw. 10 angeordnet, daß sie den aktiven Teil 30 des Widerstandselementes 26 einbettten. D.h., mittels dieser kammförmigen Zwischenstücke 72 und 74 und der Kappe 4 bzw. 6 wird ebenfalls ein Kühlkanal 64 gebildet, in dem die Kühlflüssigkeit von der Ausnehmung 36 durch den Kühlkanal 64, den Durchbruch 32 und den Kühlkanal der Rückseite zur Ausnehmung 38 fließen kann. Diese beiden Zwischenstücke 72 und 74 können zusammen mit der Tragplatte 46 mittels der Stifte 54 lösbar mit dem Elemententräger 2 verbunden werden. Diese Ausführungsform bietet sich in vorteilhafter Weise dann an, wenn der Elemententräger 2 mit unterschiedlichen Widerstandselementen ausgestattet werden soll, bei dem der aktive Teil 30 entweder eine oder zwei oder drei mäanderförmige Leiterbahnen aufweist.
  • Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hochlastwiderstandes kann ein flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand in einer relativ kleinen Baugröße aufgebaut werden, wobei der Wert des Widerstandes von 0,01 Ω bis 80 Ω variiert werden kann. Außerdem weist dieser flüssigkeitsgekühlte Hochlastwiderstand eine minimale Eigeninduktivität auf und dieser Widerstand kann mit hohen Spannungen (mehrere kV) und mit hohen Verlustleistungen (mehrere kW) belastet werden. Eine vorteilhafte Anwendung besteht darin, diesen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstand als Beschaltungswiderstand für abschaltbare Thyristoren einzusetzen.

Claims (10)

  1. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand, bestehend aus einem mit einem Zu- und Ablauf versehenen Elemententräger (2), der auf einer Flachseite (8,10) ein Widerstandselement (26) aufweist, wobei ein erstes Ende eines aktiven Teils (30) dieses Widerstandselementes (26) mittels eines Durchbruchs (32) im Elemententräger (2) mit einem ersten elektrischen Anschluß (22) und ein zweites Ende mit einem zweiten elektrischen Anschluß (24) des Elemententrägers (2) elektrisch leitend verbunden sind, und aus zwei Kappen (4,6), die jeweils eine Flachseite (8,10) des Elemententrägers (2) abdecken, wobei ein eingeschlossener Raum jeweils derart unterteilt ist, daß im Bereich des Zu- bzw. Ablaufs und des Durchbruchs (32) jeweils ein Freiraum (60, 62) und als deren Verbindung ein Kühlkanal (64) vorhanden sind, wobei der Kühlkanal (64) den aktiven Teil (30) des Widerstandselements (26) einbettet.
  2. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Flachseite (8,10) des Elemententrägers (2) ein Widerstandselement (26) angeordnet ist, deren aktive Teile (30) einerseits mittels des Durchbruchs (32) im Elemententräger (2) elektrisch in Reihe geschaltet sind und andererseits jeweils elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluß (22,24) des Elemententrägers (2) verbunden sind.
  3. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Widerstandselement (26) in eine korrespondierende Vertiefung (52) des Elemententrägers (2) derart eingebettet ist, daß die Oberfläche des Widerstandselements (26) mit der Flachseite (8,10) des Elemententrägers (2) plan ist.
  4. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite (58) der Kape (4,6) Rippen (58) derart senkrecht angeordnet sind, daß ein zum aktiven Teil (30) des Widerstandselementes (26) korrespondierender Kühlkanal (64) entsteht, wobei die Schmalseiten (68) dieser Rippen (58) jeweils mit einer flexiblen Lippe (70) versehen sind.
  5. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (64) mittels zweier kammförmiger Zwischenstücke (72,74) gebildet wird, wobei diese Zwischenstücke (72,74) beidseitig des aktiven Teils (30) des Widerstandselementes (26) auf der Flachseite (8,10) des Elemententrägers (2) angeordnet sind.
  6. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zu- bzw. Ablauf eine Ausnehmung (36,38) im Elemententräger (2) vorgesehen ist, die seitlich über eine Gewindebohrung (12,16) von außen zugänglich ist.
  7. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandselement (26) eine Metallfolie vorgesehen ist, wobei der aktive Teil (30) wenigstens eine mäanderförmige Leiterbahn ist.
  8. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandselement (26) eine mit einer Metallfolie beschichtete Tragplatte (46) vorgesehen ist, wobei der aktive Teil (30) wenigstens eine mäanderförmige Leiterbahn ist.
  9. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elemententräger (2) und die beiden Kappen (4,6) aus Kunststoff sind.
  10. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Material des aktiven Teils (30) des Widerstandselementses (26) eine Widerstandslegierung vorgesehen ist.
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