DE19711632A1 - Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstand, bestehend aus einem Widerstandsträger 1 und einem Widerstandselement 2, der mit einem flexiblen Isolierrohr 3 umgeben ist.

Erfindungsgemäß sind die Enden 14, 15 des Isolierrohres 3 mit jeweils einem Anschlußelement 10, 11 flüssigkeitsdicht verbunden, die die elektrischen Anschlüsse 20, 21 und die Kühlmittel-Zu- und Ablaufanschlüsse 26, 27 aufnehmen, wobei als Widerstandselement 2 ein mäanderförmig ausgebildeter Draht- oder Bandwiderstand 2a, 2b vorgesehen ist.

Ein solcher flüssigkeitsgekühlter Widerstand ist bekannt aus der DE 36 39 239 A1. Der dort beschriebene flüssigkeitsgekühlte Widerstand besteht aus einem Widerstandsträger, der im Innenraum eines Hohlkörpers angeordnet ist. Der Widerstandsträger und der Hohlkörper bestehen aus Isoliermaterial. Der Widerstandskörper besteht aus einem stabförmigen Körper mit einem inneren Kanal und aus zwei radial angeordneten Armen, wobei der stabförmige Körper mit axial angeordneten Düsen versehen ist. Der Widerstandsdraht ist auf die Arme bidirektional aufgewickelt, um eine niedrigere Induktivität zu erreichen. Der bewickelte Widerstandskörper wird in den Hohlkörper montiert, so daß das Kühlmittel durch den Zulauf in den Kanal und aus dem durch die Düsen in den Hohlraum des Widerstandskörpers fließt, um die Verlustleistung des Widerstandsdrahtes abzuführen. Der Widerstand hat eine verhältnismäßig kleine Induktivität, jedoch können Widerstandswerte unter 10 Ohm realisiert werden.

Durch den Drahtträger bedingten relativ großen Querschnitts des Strömungskanals ist die Effektivität der Flüssigkeitskühlung nicht ausgeschöpft.

Aus der G 91 11 719.A ist ein solcher flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand bekannt. Der dort beschriebene Widerstand besteht aus einem Gehäuse und einem Widerstandselement. Das Gehäuse besteht aus zwei Isolierplatten und einem Isolierring und durch diese wird ein rechteckförmiger Kanal gebildet, in dem das Widerstandselement, eine bifilar gewickelte Leiterbandspirale vorgesehen ist. Die Kühlflüssigkeit strömt durch den rechteckförmigen Kanal, um das Leiterband zu kühlen bzw. die entstehende Verlustleistung abzuführen. Bei diesem Widerstand können bedingt durch das einfache Leiterband nur sehr geringe Widerstandswerte realisiert werden. Die Kühlung des Leiterbandes, vor allem im Bereich der Umlenkzapfen, ist wegen des großen Strömungsquerschnitts begrenzt und damit wird die Effektivität der Flüssigkeitskühlung auch bei diesem Widerstand nicht ausgeschöpft.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen flüssigkeitsgekühlten Widerstand anzugeben, der in verschiedene Widerstandsträger einbaubar ist, sowohl niedrigere wie auch hohe Widerstandswerte realisiert, niederinduktiv ist und die Effektivität der Flüssigkeitskühlung voll ausschöpft.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Widerstandselement, ein mäanderförmig ausgebildeter Draht- oder Bandwiderstand in Rohrform gebogen und in einen flexiblen Isolierrohr gelegt ist, wobei die Kühlflüssigkeit durch das Rohr geführt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Widerstandes und der mäanderförmigen Ausbildung des Widerstandselementes wird der induktive Anteil und damit die induktive Zeitkonstante des Widerstandes erheblich verringert.

Durch die rohrförmige Gestaltung des Widerstandselementes und durch die Anpassung dessen Außendurchmessers an den Innendurchmesser des Isolierrohres wird die Wirkung der Kühlflüssigkeit optimiert und damit die Effektivität der Flüssigkeitskühlung voll ausgeschöpft.

Durch die Dicke und durch die Länge des Draht- oder Bandwiderstandes wird der Widerstandswert zwischen weiten Grenzen eingestellt.

Durch die flexible Ausgestaltung des Widerstandselementes und das diesen umgebenden Isolierrohres kann der Widerstandsträger entsprechend dem Einsatz des Hochlastwiderstandes gestaltet werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des flüssigkeitsgekühlten Widerstandes ist das flexible Isolierrohr mit dem Widerstandselement in dem Widerstandsträger mäanderförmig verlegt. Durch diese Ausgestaltung des Widerstandes wird der induktive Anteil und damit die induktive Zeitkonstante des Widerstandes noch weiter verringert.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung des flüssigkeitsgekühlten Widerstandes, wobei der Widerstandsträger aus Metall ist, wird die Außenfläche des Isolierrohres in Längsrichtung mit einem leitenden Metallstreifen versehen, die als Potentialsteuerung dient.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele nach der Erfindung veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes nach der Erfindung, in

Fig. 2 ist die Draufsicht des Hochlastwiderstandes dargestellt,

Fig. 3 zeigt die Ausführungsform des Widerstandselementes aus Widerstandsdraht und

Fig. 4 zeigt die Ausführungsform des Widerstandselementes aus Widerstandsband,

Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte Ausführung der Endkappe und

Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Ausführung des Anschlußelementes, moniert am einen Ende des Isolierrohres mit dem Widerstandselement,

Fig. 7 zeigt eine weitere sehr vorteilhafte Ausführung des Hochlastwiderstandes laut Erfindung, und in

Fig. 8 ist die Draufsicht des Hochlastwiderstandes dargestellt,

Fig. 9 zeigt eine vorteilhafte Ausführung des einen Metallkörpers des Widerstandsträgers,

Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht der Metallkörper und schließlich ist in der

Fig. 11 ein zweilagig bifilar gewickeltes Isolierrohr mit Anschlußelementen dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt die vorteilhafte Ausführungsform des flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes, der aus einem Widerstandsträger 1 und einem im flexiblen Isolierrohr 3 befindlichen Widerstandselementes 2 besteht.

Fig. 3 zeigt das Widerstandselement 2, das aus Widerstandsdraht 2a, und Fig. 4 zeigt das Widerstandselement 2, das aus Widerstandsband 2b mäanderförmig ausgebildet ist. Der mäanderförmige Widerstandsdraht 2a oder das Widerstandsband 2b wird in Rohrform gebogen und in das flexible Isolierrohr 3 eingelegt. Bei dem Widerstandsband 2b sind auf die Enden 4 und 5 des Widerstandsbandes 2b Anschlußdrähte 6 und 7 angeschweißt. Bei dem Widerstandsdraht 2a sind die Anschlüsse 8 und 9 aus dem Widerstandsdraht 2a ausgebildet.

Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Ausführung der Widerstandselemente 10 und 11. Die Anschlußdrähte 6 und 7 oder 8 und 9 des Widerstandsdrahtes 2a oder Widerstandsbandes 2b sind durch die mittlere Bohrung 12 und danach durch die Bohrung 13 der Anschlußelemente 10 und 11 geführt und die Enden 14 und 15 des Isolierrohres 3 sind mit den Flanschen 16 und 17 der Anschlußelemente 10 und 11 verklebt, verschweißt oder flüssigkeitsdicht verschraubt. Fig. 5 zeigt die Endkappen 18 und 19. Die Anschlußdrähte 6 und 7 oder 8 und 9 sind mit den in den Endkappen 18 und 19 befindlichen elektrischen Anschlüssen 20 und 21 verschweißt. Die Endkappen 18 und 19 sind mit den Flanschen 22 und 23 der Anschlußelemente 10 und 11 verklebt, verschweißt oder flüssigkeitsdicht verschraubt.

Die so fertiggestellte Anordnung ist auf dem Widerstandsträger 1 montiert. Der Widerstandsträger 1 ist mit halbkreisförmigen Nuten versehen, in welche das Isolierrohr 3 mit dem Widerstandselement 2 verlegt und mit der Hilfe von zwei Halterungen 24 und 25 befestigt wird. Die Verlegung des Isolierrohres 3 ist mäanderförmig vorgesehen. Die Kühlmittelzu- und -ablaufanschlüsse 26 und 27 sind an den Anschlußelementen 10 und 11 untergebracht.

Fig. 11 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung, wobei das komplette Isolierrohr 3 zweilagig bifilar gewickelt auf ein Widerstandsträger 1 montiert ist.

Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstandes, der als Beschaltungswiderstand der Leistungshalbleiter einsetzbar ist.

Bei diesem Hochlastwiderstand besteht der Widerstandsträger 1 aus zwei gleichen Metallkörpern 28 und 29. Das komplettierte Isolierrohr 3 ist, wie bereits beschrieben, in die halbkreisförmige Nute 30 der Metallkörper 28 und 29 mäanderförmig verlegt. Die zwei Metallkörper 28 und 29 sind mit vier Schrauben 31 miteinander zusammengeschraubt. Die Metallkörper 28 und 29 dienen gleichzeitig zur Kühlung der Leistungshalbleiter, so sind die Metallkörper 28 und 29 wie z. B. aus der P 30 26 167.7 bekannt, mit den Kanälen 32 für das durchfließende Kühlmittel versehen.

Fig. 9 und Fig. 10 zeigen die Ausführung der Metallkörper. Die Kanäle 32 der Metallkörper 28 und 29 sind in Reihe geschaltet und die Enden 33 und 34 der in Reihe geschalteten Kanäle 32 sind durch die Bohrung 35 wiederum in Reihe geschaltet. Die Abdichtung zwischen den Metallkörpern 28 und 29 ist mit einem O-Ring gewährleistet. Beide Metallkörper 28 und 29 haben Zu- oder Ablaufanschlüsse 37 und 38. Die Bohrungen 39 und 40 in der Mitte der Metallkörper 28 und 29 können jeweils einen Stift zur Zentrierung des Leistungshalbleiters aufnehmen. Das Isolierrohr 3 kann zur Potentialsteuerung mit leitenden Streifen versehen ist.

Durch die mäanderförmige Auslegung der Widerstandselemente 2a und 2b sowie durch die mäanderförmige oder zweilagig-bifilare Verlegung des kompletten Isolierrohres 3 in oder auf dem Widerstandsträger 1, erhält man einen flüssigkeitsgekühlten Hochlastwiderstand mit einer sehr geringen induktiven Zeitkonstante.

Durch den kleinen, an dem rohrförmigen Widerstandselement 2 angepaßten inneren Querschnitt des Isolierrohres 3 wird auch bei kleinen Durchflußmengen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels gewährleistet und folglich wird die Effektivität der Flüssigkeitskühlung voll ausgeschöpft.

Durch den Querschnitt und durch die Länge des Widerstandselementes 2 wird der Widerstandswert zwischen weiten Grenzen eingestellt.

Bezugszeichenliste

1

Widerstandsträger

2

Widerstandselement

2

a Widerstandsdraht

2

b Widerstandsband

3

Isolierrohr

4

Ende des Widerstandsbandes

5

Ende des Widerstandsbandes

6

Anschlußdraht

7

Anschlußdraht

8

Ende des Widerstandsdrahtes

9

Ende des Widerstandsdrahtes

10

Anschlußelement

11

Anschlußelement

12

Bohrung

13

Bohrung

14

Ende des Isolierrohres

15

Ende des Isolierrohres

16

Flansche des Anschlußelementes

17

Flansche des Anschlußelementes

18

Endkappe

19

Endkappe

20

Elektrischer Anschluß

21

Elektrischer Anschluß

22

Flansche des Anschlußelementes

23

Flansche des Anschlußelementes

24

Halterung

25

Halterung

26

Zulaufanschluß

27

Ablaufanschluß

28

Metallkörper

29

Metallkörper

30

Nut

31

Schraube

32

Kanal

33

Kanalende

34

Kanalende

35

Bohrung

36

O-Ring

37

Zulaufanschluß

38

Ablaufanschluß

39

Bohrung

40

Bohrung

Claims (7)

1. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand, bestehend aus einem Widerstandsträger (1) und einem Widerstandselement (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (2) innerhalb eines flexiblen Isolierrohres (3) angeordnet ist und daß die Enden (14, 15) des Isolierrohres (3) mit jeweils einem Abschlußelement (10, 11) flüssigkeitsdicht verbunden sind und die Zu- und Ablaufanschlüsse (26, 27) für das durchströmende Kühlmittel sowie die elektrischen Anschlüsse (20, 21) des Hochlastwiderstandes in den Anschlußelementen (10, 11) vorgesehen sind.

2. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsträger (1) ein Isolierkörper ist und das Isolierrohr (3) mit dem Widerstandselement (2) in dem Widerstandsträger (1) zweilagig bifilar gewickelt verlegt ist.

3. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsträger (1) ein Isolierkörper ist und das Isolierrohr (3) mit dem Widerstandselement (2) an den Widerstandsträger (1) mäanderförmig verlegt ist.

4. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandselement (2) ein mäanderförmig ausgebildetes und in Rohrform gebogenes Leiterband (2b) vorgesehen ist.

5. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandselement (2) ein mäanderförmig ausgebildeter und in Rohrform gebogener Drahtleiter (2a) vorgesehen ist.

6. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsträger (1) aus zwei Metallkörpern (28, 29) besteht und daß das flexible Isolierrohr (3) mit dem Widerstandselement (2) in den Metallkörpern (28, 29) mäanderförmig verlegt ist.

7. Flüssigkeitsgekühlter Hochlastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des flexiblen Isolierrohres (3) in Längsrichtung mit einem leitenden Streifen versehen ist.