DE20311068U1

DE20311068U1 - Bremswiderstand für Elektromotoren

Info

Publication number: DE20311068U1
Application number: DE20311068U
Authority: DE
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2013-07-19

Description

Türk + Hillinger GmbH, 78532 Tuttlingen

Anmelder-Nr.: 1522213

Bezeichnung: Bremswiderstand für Elektromotoren

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme beim Abbremsen von Elektromotoren durch Umschalten von Motorbetrieb auf Generatorbetrieb.

An die Regelbarkeit und Steuerbarkeit von Elektromotoren, die für Spezialantriebe eingesetzt werden, werden zunehmend höhere Ansprüche gestellt. Die Drehzahl ist mit Frequenzumformern nach Bedarf regelbar. Häufig besteht aber auch die Notwendigkeit, so eingesetzte Motoren sehr schnell, d.h. innerhalb kürzester Zeit, von einer hohen Arbeitsdrehzahl auf die Drehzahl Null abzubremsen. Dazu werden die Motoren vom normalen Motorbetrieb auf Generatorbetrieb umgeschaltet und abgebremst. Die dabei entstehende elektrische Energie muß schnell abgeführt werden, was durch ihre Umwandlung in Wärme mittels Bremswider-

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ständen erfolgt. Diese sollen bei möglichst kleiner Bauweise hohe Wärmemengen schnell aufnehmen können und zudem hochspannungsfest sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Widerstand der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei kompakter und einfacher Bauweise sowie einer Hochspannungsfestigkeit von wenigstens 4000 V in der Lage ist, schnell hohe Wärmemengen aufzunehmen und wieder abzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Widerstand aus einem Widerstandsdraht besteht, der in Form einer Wendel auf einen flachen, mit zwei sich gegenüberliegenden Flachseiten versehenen Wicklungsträger aus Isolierstoff gewickelt in einen der Körperform des Wicklungsträgers angepaßten Hohlraum eines als Wärmeaustauscher ausgebildeten Aluminiumkörpers eingesetzt und mit diesem flachseitig verpreßt ist, wobei der Widerstandsdraht wenigstens auf den Flachseiten jeweils mittels wenigstens einer Isolierstoffschicht gegenüber dem Aluminiumkörper elektrisch isoliert ist.

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Ein so ausgebildeter Bremswiderstand erfüllt in vorzüglicher Weise alle an ihn gestellten Anforderungen, die sich aus der vorgenannten Aufgabe ergeben.

Abgesehen davon, daß schon durch die Verwendung eines flachen Wicklungsträgers eine großflächige Wärmeverteilung erreicht werden kann, ergibt sich durch dessen Anordnung in einem Aluminiumkörper auch eine hohe Wärmekapazität bei minimaler Baugröße, da Aluminium unter den für diesen Zweck in Frage kommenden Metallen die höchste spezifische Wärmekapazität aufweist.

Durch die Ausgestaltung des Wicklungsträgers nach Anspruch 2 ergeben sich wertvolle Vorteile herstellungstechnischer Art, da sich ein solcher Wicklungsträger leicht bewickeln und in einen entsprechend ausgebildeten Hohlraum des Aluminiumkörpers einsetzen läßt, wobei die Varianten nach den Ansprüchen 3 bis 5 zumindest gleichwertige Alternativen darstellen.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 kann in bekannter Weise eine erhöhte Wärmeabgabe an die Umgebung und somit eine schnellere Abkühlung erreicht werden.

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Besondere herstellungstechnische Vorteile werden durch die Ausgestaltung nach Anspruch 7 erzielt.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 8 kann eine Vereinfachung der Montage erreicht werden, wobei die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 9 und 10 besonders einfache Möglichkeiten des Zusammenbaus unter Preßspannung ergeben.

Auch die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 11 bis 15 gewährleisten eine einfache kostengünstige Herstellung und zuverlässige Funktionssicherheit bei einer schnellen Wärmeableitung vom Widerstandsdraht zum Aluminiumkörper.

Mit dem gemäß Anspruch 16 vorgesehenen Thermoschalter kann eine Überlastung des Widerstands vermieden werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 einen Querschnitt I - I aus Fig. 2 durch einen elektrischen Bremswiderstand mit einteiligem Aluminiumkörper;

Fig. 2 eine Draufsicht II aus Fig. 1;

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Abschnitt III aus Fig. 1;

Fig. 4 einen einteiligen Aluminiumkörper in Stirnansicht;

Fig. 5 einen Querschnitt eines elektrischen Bremswiderstands mit zweiteiligem Aluminiumkörper;

Fig. 6 einen Wicklungsträger in vergrößerter isometrischer Darstellung;

Fig. 7 im Querschnitt eine andere Ausführungsform des Bremswiderstands mit zweiteiligem Aluminiumkörper;

Fig. 8 einen vergrößerten Abschnitt VIII aus Fig. 7;

Fig. 9 eine andere Ausführungsform des Wicklungsträgers in isometrischer Darstellung und

Fig. 10 einen Schnitt X-X aus Fig. 7.

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Der Bremswiderstand zur Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme, die beim Abbremsen von Elektromotoren durch Umschalten von Motorbetrieb auf Generatorbetrieb entsteht,
weist als Gehäuse einen als Wärmeaustauscher ausgebildeten
Aluminiumkörper 1 auf.

Dieser Aluminiumkörper 1 ist aussenseitig mit einer Vielzahl von Kühlrippen 2 und seitlichen Sockelleisten 3 versehen. Der mittlere Kernteil 4 des Aluminiumkörpers 1 besitzt eine flache Querschnittsform und darin einen flachen
rechteckförmigen Hohlraum 5, der an die Körperform
eines flachen, mit zwei sich gegenüberliegenden Flachseiten versehenen Wicklungsträger 6 oder 7 (Fig. 6 und 9)
angepaßt ist.

Der Wicklungsträger 6, der in Fig. 6 als Einzelteil dargestellt
ist, besteht aus einem Isolierstoff, beispielsweise
aus halb verglühter Keramik oder aus Mikanit. Seine flache, plattenartige längliche Form ist an beiden Enden
mit beidseitig nach außen vorspringenden Distanzfingern
8, 9, 10 und 11 versehen, wobei der zwischen diesen Distanzfingern
liegende schmalere Abschnitt 12 zur Aufnahme eines Widerstandsdrahtes 13 dient, der in Form einer Wendel auf diesen aufgewickelt ist.

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Um den Widerstandsdraht 13 im Hohlraum 5 ober- und unterseitig elektrisch gegen den Aluminiumkörper 1 zu isolieren, sind auf beiden Flachseiten des bewickelten Wicklungsträgers 6 bzw. 7 jeweils zwei Isolierstoffschichten 14 und 15 aufgelegt, die wenigstens annähernd die gleiche Breite wie der Hohlraum 5 aufweisen, sich also auch über die Distanzfinger 8 bis 11 erstrecken. Dabei ist durch die Distanzfinger 8 bis 11 sichergestellt, daß die Widerstandsdrahtwicklung seitlich mit dem Aluminiumkörper 1 nicht in Berührung kommen kann.

Während der Wicklungsträger 6 (Fig. 6) einteilig ausgebildet ist, besteht der in Fig. 9 dargestellte Wicklungsträger 7 aus zwei deckungsgleich übereinander liegenden Isolierplatten, vorzugsweise Mikanitplatten 17 und 18, die Schlitze 19, 20 und 21 sowie Bohrungen 22 und 23 zum Herausführen der Drahtenden und Befestigen von Anschlußdrähten 24 und 25 (Fig. 10) aufweisen.

Dabei sind die beiden Mikanitplatten 17 und 18 durch dünne Querlaschen 26 und 27, die an beiden schmalseitigen Enden dazwischen gelegt sind, voneinander auf Distanz gehalten und durch Nieten 29 starr miteinander verbunden. Die beidseitig überstehenden Querlaschen 26 und 27 bilden dabei zugleich die Distanzfinger 8 bis 11, die auch bei

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dem einstückigen Wicklungsträger 6 der Fig. 6 vorhanden sind.

Die der Dicke der ebenfalls aus Isolierstoff bestehenden Querlaschen 26 und 27 entsprechende Distanz der beiden
Mikanitplatten 17 und 18 kann zum Hindurchführen eines
Wicklungsendes genutzt werden (siehe Fig. 10).

Je nach Anwendungsfall können der Aluminiumkörper 1 und der darin untergebrachte Wicklungsträger 6 bzw. 7 unterschiedliche Längen aufweisen.

Während bei den in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen der einstückige Wicklungsträger 6 Anwendung findet, ist bei den Ausführungsformen der Fig. 7, 8 und 10 der mehrteilige Wicklungsträger 7 verwendet. In beiden Fällen werden jedoch die gleichen Isolierstoffschichten 14 und 15 in gleicher Weise zur elektrischen Isolierung des Widerstandsdrahtes gegenüber dem Aluminiumkörper 1
eingesetzt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eine der beiden Isolierstoffschichten 14 oder 15 aus elastischem Material besteht.

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In Fig. 4 ist ein einstückiger Aluminiumkörper 1 dargestellt, der vorzugsweise als Strangpreßprofil ausgebildet ist. Dagegen bestehen die Aluminiumkörper 1 der Fig. 1, 2, 5, 7, 8 und 10 jeweils aus zwei Teilkörpern, nämlich einem oberen Teilkörper 1/1 und einem unteren Teilkörper 1/2, die ebenfalls im Strangpreßverfahren hergestellt und auf die jeweils geforderte Länge gebracht werden.

Die horizontale Trennebene 30 dieser beiden Teilkörper liegt dabei im Bereich des Hohlraums 5, so daß der bewikkelte Wicklungsträger 6 bzw. 7 bequem von oben eingelegt werden kann. Um eine gute Wärmeableitung vom Widerstandsdraht 13 zu den beiden Teilkörpern 1/1 und 1/2 des Aluminiumkörpers 1 zu erhalten, werden nicht nur Isolierstoffschichten 14 und 15 mit guter Wärmeleitfähigkeit gewählt, sondern es werden sowohl beim einteiligen Aluminiumkörper 1 gemäß Fig. 4 als auch bei den zweiteiligen Aluminiumkörpern 1 durch vertikales Verpressen im Bereich des Hohlraums 5 spaltfreie Verbindungen vom Widerstandsdraht zum Aluminiumkörper 1 und dessen Kühlrippen 2 erzeugt.

Das Verbinden der beiden Teilkörper 1/1 und 1/2 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.

Während bei den Ausführungformen der Fig. 1, 7 und 8 der obere Teilkörper 1/1 mit nach unten vorspringenden zun-

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genartigen Krallen 31 versehen ist, die in entsprechende, teilweise gekrümmte, Nuten 32 formschlüssig eingreifen und darin verpreßt werden, ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 der obere Teilkörper 1/1 mit dem unteren Teilkörper 1/2 durch Schrauben 33 verbunden. Statt der Schrauben 33 könnten auch Nieten vorgesehen sein. In jedem Fall ist es aber wichtig, daß mit Hilfe der Verbindungsmittel eine Preßspannung erzeugt werden kann, die zwischen dem Widerstandsdraht 13 und den Teilkörpern 1/1 und 1/2 des Aluminiumkörpers 1 spaltfreie Kontakte und somit eine gute Wärmeübertragung gewährleistet, d.h., daß die Isolierstoffschichten 14 und 15 spaltfrei auf die flachseitigen Abschnitte der Drahtwendel gepreßt werden.

Im gebrauchsfertigem Endzustand ist der stirnseitig zunächst offene Hohlraum 5 durch zwei aufgeschraubte oder genietete Abschlußplatten 35, 36 geschlossen. Wenigstens eine der Abschlußplatten 36 ist mit Durchlaßöffnungen 37 für die Anschlußdrähte 24, 25 versehen.

Um Überhitzungen zu vermeiden, ist der Aluminiumkörper 1 außenseitig mit einem Thermofühler oder Thermostatschalter 40 versehen, der mittels einer Bügelfeder 41 auf eine Außenfläche einer Kühlrippe 2 aufgespannt ist. Auch dabei ist auf eine gute Wärmeübertragung zum Thermofühler bzw. Thermostatschalter 40 zu achten.

Claims

1. Elektrischer Widerstand zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme beim Abbremsen von Elektromotoren durch Umschalten von Motorbetrieb auf Generatorbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand aus einem Widerstandsdraht (13) besteht, der in Form einer Wendel auf einen flachen, mit zwei sich gegenüberliegenden Flachseiten versehenen Wicklungsträger (6, 7) aus Isolierstoff gewickelt in einen der Körperform des Wicklungsträgers (6, 7) angepaßten Hohlraum (5) eines als Wärmeaustauscher ausgebildeten Aluminiumkörpers (1) eingesetzt und mit diesem flachseitig verpreßt ist, wobei der Widerstandsdraht (13) wenigstens auf den Flachseiten jeweils mittels wenigstens einer Isolierstoffschicht (14, 15) gegenüber dem Aluminiumkörper (1) elektrisch isoliert ist.

2. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger (6) die Form einer Platte mit seitlichen Distanzfingern (8 bis 11) aufweist.

3. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger (6) aus halb verglühter Keramik besteht.

4. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger (6, 7) aus Mikanit besteht.

5. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger (7) aus zwei übereinander liegenden Mikanitplatten (17, 18) besteht.

6. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörper (1) außenseitig Kühlrippen aufweist.

7. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörper (1) aus einem stranggepreßten Hohlprofil besteht, dessen Hohlraum (5) an beiden Stirnseiten mit Abschlußplatten (35, 36) versehen ist.

8. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörper (1) aus zwei Teilkörpern (1/1, 1/2) zusammengesetzt ist, deren Trennebene (30) im wesentlichen parallel zu den Flachseiten des Wicklungsträgers (6, 7) verlaufend im Bereich des Hohlraums (5) liegt.

9. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilkörper (1/1, 1/2) unter Preßspannung miteinander verschraubt oder vernietet sind.

10. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilkörper (1/1, 1/2) unter Preßspannung durch Formschluß miteinander verbunden sind.

11. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Flachseiten des Wicklungsträgers zwischen dem Widerstandsdraht (13) und dem Aluminiumkörper (1) jeweils zwei aufeinander liegende Isolierstoffschichten (14, 15) angeordnet sind, von denen wenigstens jeweils eine aus einem elastischen Isolierstoff besteht.

12. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Isolierstoffschicht (14) aus einem Keramikvlies besteht.

13. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Isolierstoffschicht (14) aus halb verglühter Keramik besteht.

14. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht elastische Isolierstoffschicht (15) aus Mikanit besteht.

15. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht elastische Isolierstoffschicht (15) aus einer temperaturbeständigen Kunststofffolie besteht.

16. Elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumkörper (1) außenseitig einen Thermofühler oder Thermostatschalter (40) aufweist, der mittels einer Bügelfeder (41) auf eine Außenfläche aufgespannt ist.