DE2500223A1 - Elektrisches widerstandsgeraet - Google Patents

Description

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MANNHEIM BFC Λ N BOV £ RI

Mp.-Nr. 501/75 Mannhelm, den 2. Januar 1975

ZFE/P1-H/Bt

Elektrisches V/ider stands gerät

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsgerät, insbesondere Anfahr- und/oder Bremswiderstand für elektrisches Triebfahrzeug, mit mindestens einem in einem Rahmen unter Zwischenschaltung von isolierenden Bauelementen abgespannten, mäanderförmigen Widerstandsband. Ein solches Widerstandsgerät ist z.B. aus dem DT-Gbm 1 857 085 bekannt.

ι In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kommen Leistungswider-

j stände für das Anfahren und/oder Bremsen zum Einsatz. Das ι Leistungsspektrum reicht von einigen wenigen bis zu tau&enden voxi Kilowatt. Die anfallende Energie wird an die Umgebangnluft, •zvm Teil unter Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers für die Fahrzeugbeheizung, abgegeben.

j In Fahrzeugen eingebaute Geräte müssen kleine Gewichte und

■ Volumina aufweisen, was bei Widerständen durch Zwangsbelüftung

j realisiert werden kann. Dadurch steigt der Wärmeübergangsv;ert

j zwischen Widerstandsmaterial und Luft an. Durch besondere Obor-

flUchenausbildung des z.B. in Bandform zum Einsatz gelangenden

'■ Widerstandsmaterial läßt sich dieser Wert gegenüber glatten

; Bändern - bezogen auf gleiche Luftgeschwindigkeiten - erheblich

steigern.

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Da3 Widerstandsband stellt den einen und seine Halterung sov/ie das Gehäuse den anderen Anteil am Gewicht und Volumen dar. Der

! Ventilator soll dabei außer Acht gelassen sein. Optimal und damit kostengünstigst wird ein Widerstandsband genutzt, wenn

ι es voll zur Energieumwandlung herangezogen, d.h. wenn kein Anteil zu Halterungszwecken verwendet wird. Daraus ergibt sich das "endlose" Band in gefalteter Form, welches z.B. mäanderförmig ausgebildet ist.

Bei einer bestimmten Bandlänge, die aus der Leistung und anderen Faktoren resultiert, ist die Breite eines Widerstandsgerätes abhängig von der Anzahl der übereinander liegenden Lagen, der Mäanderteilung und der Mäanderlänge. Letztere sind abhängig von der Steifigkeit des Widerstandsbandes im hohen Temperaturbereich. Sie wird beeinflußt von Querschnitt und Formgebung des Bandes sov/ie von der Materialqualität.

Für den Fall der Dauerbelastung ergibt sich das geringste aktive Bandgowicht dann, wenn man ein Material mit kleinem spezifischem Gewicht einsetzt, das durch besondere Gestaltung einen möglichst hohen Wärmeübergangswert aufweist, hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann und dabei die dünnste Banddicke hat_r die konstruktiv vertretbar ist. Hinter letzterem vorbergen sich Bandgestaltung, Mäanderlänge und -teilung, Art

: der Halterung und Temperaturhöhe. Die Kosten sind im wesentlichen proportional dem Bandgewicht. Ein weiterer Kostenfaktor, welcher sich bei der Herstellung und Montage auswirkt, ist die Art der Halterung und die Anzahl der Halterungsele-

; mente.

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Bei dem eingangs erwähnten, bekannten Widerstands gerät verlaufen die Abschnitte des Widerstandsbandes von der Seite her gesehen in einem spitzen Winkel zueinander, so daß die Fläche, welche für den Durchtritt des Kühlmittels zur Verfügung steht, an den verschiedenen Abschnitten verschieden groß ist. An den schmalen Flächen im Zwickel ist z.B. die Wärmeabfuhr, da sich '. zwei Bandabschnitte berühren, wesentlich schlechter als in J. der Mitte, so daß die Temperatur des Widerstandsbandes bei Belastung an diesen Stellen höher ist, als an den besser gekühlten Stellen. Da nur eine bestimmte Obertemperatur für das ^! Widerstandsband zugelassen werden kann, wird dieses an den ; besser gekühlten Stellen schlechter ausgenutzt, so daß das Gerät größer dimensioniert werden muß, als bei einer gleich- J mäßigen Erwärmung des Widerstandsbandes an allen Stellen ; erforderlich wäre« ;

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Widerstandsgerät der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß eine gleichmäßige Wärmeabfuhr an allen Partien des Widerstandsbandes stattfindet, womit die übertjempuratur an allen Bandpartien gleich groß ist, so daß sich das Widerstandsband insgesamt ohne eine Einbuße an Lebensdauer höher belasten last. Weiter soll auf diese Weise eine Typenreihe mit einem größeren Leistungsbereich mit vielen gleichen Teilen realisierbar sein, um durch geringe Werkzeugkostenanteile die Gesamtkosten niedrig zu halten·

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß jeder zweite Bandabschnitt durch zwei einander gegenüberliegende, federnde, hakenförmige Halter abgespannt ist, welche in seitlich der Mäanderrundungen angeordneten Schlitzen kleinen Querschnittes im Widerstandsband eingreifen.

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Bei dieser Anordnung lassen sich Verarbaitungsungenauigkeiten des Bandes ausgleichen und ihm eine Richtkraft erteilen, so daß auch im Hochtemperaturbereich Lage und Form erhalten ' bleiben. Weiter ist der Querschnittsverlust an den Befestigungsstellen so gering, daß partielle Temperaturerhöhungen nicht eintreten und die Bandbogen erfahren keine mechanischen Be- j anspruchungen. j

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Widerstandsband mindestens eine Reihe von in Längsrichtung gleichachsig verlaufenden Kiemen aufweist, welche durch in der gleichen Achse verlaufende Sicken miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird die Steifheit des Bandes so weit erhöht, daß es möglich ist, jeweils jeden zweiten Mäanderabschnitt ohne eine besondere Halterung zu belassen. Auf diese Weise sind die Bögen im Gegensatz zu bekannten Anordnungen völlig frei von Halterungseinrichtungen, so daß sie von dem Kühlmittelstrom in ihrei ganzen Breite bestrichen werden können, womit eine gleichmäßige Kühlung und damit eine niedrige Oberflächentemperatur erreichbar ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Widerstandsband mindestens eine zusätzliche Reihe von in Abständen angeordneten, lockenförmigen Ausdrückungen aufweist. Durch die erwähnten Kiemen und lockenförmigen Ausdrtickungen erfolgt eine Turbulenz des a:·; dem Band vorbei strömenden Kühlmittels, was zu einer wesentlichen Verbesserung der Wärmeabfuhr führt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halter im Rahmen isoliert mittels Federn befestigt sind. Dabei ist vorgesehein, daß der Halter ein rechteckiges Profil aufweist und. in einem rechteckigen Schlitz eines aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen befestigten Tragelersentes gleitbar abgefangen ißt. In zweckmäßiger Weise bildet dabei der Halter zusammen mit der Feder eine Montageeinheit. .. 5 „

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Mannheim, den 21. Jan. 1975

I nachgereicht ZFE/PI-Il/Bt, Mp.-Nr. 501/75

I ■ 1 Patentanmeldung P 25 00 223.7

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die elektrische Anschlußleitung zur Anschlußklemme federnd in einem aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen angeordneten Bauteil befestigt ist. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß bei der Anwendung eines Widerstandsbandes größerer Bandbreite zwei übereinander liegende, federnde Halterungen vorgesehen sind, die in einem einzigen, aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen angeordneten Bauteil befestigt sind.

Für Widerstandsgeräte großer Leistung kann erfindungsgemäß weiter ein Gehäuse vorgesehen sein, in welches mehrere jeweils ein Widerstandsband aufnehmende Rahmen übereinander einschiebbar sind.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Die Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Widerstandsband zu einem Widerstandsgerät nach der Erfindung,

die Fig. 2 eine Ansicht aus einem Ausschnitt eines Widerstandsbandes,

die Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A durch das Widerstandsband nach Figur 2,

die Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie B - B durch das Widerstandsband nach Figur 2,

die Fig. 5 eine schematische Darstellung der Aufhängung des Widerstandsbandes,

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die Fig. 6 einen Schnitt durch die Abspanneinrichtung des

Widerstandsbandes im Grundriß, j

die Fig. 7 ein Detail aus einem Widerstandsgerät mit einer j einfachen Abspannung im Seitenriß, längs der ' Linie C - C in Figur 6 und

die Fig. 8 einen Detailausschnitt aus einem Widerstandsgerät mit einem relativ breiten Widerstandsband mit einer zweifachen Abspannung mittels zweier im Tandem angeordneten Haltern im Seitenriß, längs der linie C - C in Figur 6.

In den Zeichnungen ist mit 1 das mäanderförmig angeordnete J Widerstandsband bezeichnet. Es ist mit Schlitzen 11 zur Auf- ', nähme der Halterung sowie mit lockenförmi£i.n Einstanzungen 12, Kiemen 13 und Sicken 14 versehen· Die Locken 12 liegen Jeweils in einer Reihe, während die Kienen und Sicken in einer hierzu parallelen Reihe in Bandlängsrichtung angeordnet sind. Unter

Locken soll eine Einstanzung verstanden werden, bei der ein parallelflankiges Teil des Bandes aus dem Band herausgewölbt ist und an den Flanken nicht mehr mit dem Band verbunden ist.

V/eiter ist mit 2 ein Tragrahmen mit in Durchbrüchen desselben angeordneten Tragelementen 43 bezeichnet, in denen Halter 4 bzw. elektrische Anschlüsse 3 eingesetzt sind. Der Rahmen \ hat etwa quadratischen Querschnitt, was für die Anpassung des Lüfters, z.B. eines Axiallüfters, günstig ist. Die oben er- \ wähnten Ausnehmungen 12 (Locken), 13 (Eiemen) sowie die Sicken 14 ergeben auch bei niedriger Luftgeschwindigkeit an der Bandoberfläche eine Turbulenz, wodurch die Grenzschicht klein und der Wärmeübergangswert groß wird. Diese Ausnehmungen sind so ausgebildet, daß in Fließrlohtung des elektrischen Stromes , keine Bandquerschnittsverminderungen auftreten.

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Die mit 12 bzw. 13 bezeichneten Locken bzw· Kiemen ergeben keine ausreichende Steifigkeit des Bandes, Die erforderliche Steifigkeit wird dadurch erreicht, daß zwischen den Kiemen 13 im Verlauf ihrer Längsachsen zusätzlich die Sicken 14 vorgesehen sind. Hierdurch wird eine so große Steifigkeit erreicht, daß eine größe Länge L bei einer relativ engen Teilung T realisiert werden kann, ohne daß das Band im hohen Temperaturbereich, der beispielsweise in der Größenordnung von etwa 700⁰C liegen kann, zum Ausknicken kommt.

Bei der in der Figur 5 schematisch dargestellten Widerstandsetage ist das mäanderförmige Band 1 innerhalb des Rahmens 2 angeordnet. Die an das Widerstandsband 1 angeschweißten elektrischen Anschlüsse 3 sind dabei durch die Durchbrüche 45 des

j !

! Tragelementes 43 gesteckt. Von der Außenseite des Rahmens her j sind in die Schlitze 11 des Bandes 1 eingehängte Halter 4 durch ι gleichartige Durchbrüche 45 eingesteckt und mittels sich im i j Tragelement 43 abstützender Federn 41 gespannt. Diese Halterung j nimmt einerseits die Biegeungenauigkeiten des Widerstandsbandes ! sowie thermische Längsdehnungen bei Belastung auf und unterwirft es einer Richtkraft.

J In dem in Figur 6 im Grundriß dargestellten Ausschnitt aus dem ' Rahmen 2 mit einer federnden Halterung weist das Widerstandsband 1 zwei Schlitze 11 auf, in welche zwei Haken 42 des HaI-ters 4 eingehängt sind. Der Halter 4 ist in eine Ausnehmung 45 j eines aus keramischem Material bestehenden Tragelementes 43 eingesteckt und stützt sich über eine Feder 41 gegenüber diesem j Bauteil ab. Zum Einsetzen wird dazu der Halter 4 gegen die Kraft der Feder 41, welche sich auf den Boden der Bohrung 48 des Tragelementes 43 abstützt, nach innen gedrückt. Nach dem Einführen wird die von außen aufgebrachte Kraft weggenommen, womit die Spannkraft der Feder 41 auf das Band 1 wirksam wird und die Feder sich an dem in gleicher Ebene gegenüberliegenden Halter 4 abstützt.

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Durch diese Anordnung wird erreicht, daß keine mechanischen Be- ■ anspruchungen auf die Mäanderbögen des Widerstandsbandes 1 einwirken. Der Haken 42 ist dabei so ausgebildet, daß das Band gegen die Schenkel 44 des Halters 4 angepreßt wird, wodurch eine Richtkraft auf das Band wirksam wird. Diese Kraft wird dadurch aufrecht erhalten, daß der Halter in dem Bauteil 43 durch die Schenkel 44 in einem Schlitz 45 geführt wird. Die Feder 41 stützt sich einerseits in einem Fenster 47 des keramischen Bauteiles 43 und andererseits auf einem Boden 46 des Halters 4 ab.

Aus der in Figur 7 im Seitenschnitt entlang der Linie C-C von Figur 6 dargestellten Haltepartie ist die Befestigung der jedem Halterungsplatz zugeordneten Tragelemente 43 in dem Rahmen 2 zu erkennen. In zwei rechteckigen Aussparungen 49 des Tragelementes 43 sind rechteckige Tragstäbe 22 eingesetzt. Sie sind mit Traversen verschraubt und bilden so einen steifen Rahmen 2 (siehe Figur 5).

Von einer gewissen Bandbreite an ist die Halterung mittels eines Halters nicht mehr ausreichend. Es wird dann ein aus keramischem

j Material bestehendes Tragelement 43 mit einer größeren Schlitzbreite vorgesehen, in dem zwei Halter 4 einsteckbar sind. Da ! damit auch der Abstand der Tragstäbe 22 größer wird, werden j zwischen ihnen und den Traversen 22 Füllstücice eingelegt.

Die Traversen sind jeweils so ausgebildet, daß die Widerständsrahmen schubladenförmig in Gehäuse eingeschoben werden können.

Die oben beschriebene Anordnung gestattet es, aus relativ wenigen gleichen Bauteilen ein großes Widerstandstypenprogramm für j elektrische Triebfahrzeuge zu realisieren, wobei kleine Gewichte

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und Volumina und damit auch niedrige Kosten erreichbar sind. Für die Belüftung ergeben sich dabei günstige Abmessungen der ! Beaufschlagungsfläche· Dabei kann auch im Hochtemperaturbereich ein Viderstandsband kleinster Dicke, welches ein schlechtes Warmfestigkeitsverhalten aufweist, zur Verwendung kommen, ohne daß Verformungen und damit Kurzschlüsse zu befürchten sind.

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Claims (1)

1. - 10 Pat entan sprüehe

   Elektrisches Widerstandsgerät, insbesondere Anfahr- und/ oder Bremswiderstand für elektrisches Triebfahrzeug, mit mindestens einem in einem Rahmen unter Zwischenschaltung von isolierenden Bauelementen abgespannten, mäanderförmigen Widerstandsband, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite Bandabschnitt durch zwei einander gegenüberliegende, federnde hakenförmige Halter (4) abgespannt ist, welche in seitlich der Mäanderrundungen angeordneten Schlitzen (11) j kleinen Querschnittes im Widerstandsband eingreifen. ι

   2, Widerstandsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, \ daß das Widerstandsband (1) mindestens eine Reihe von in \ Längsrichtung gleichachsig verlaufenden Kiemen (13) aufweist, welche durch in der gleichen Achse verlaufende j Sicken (14) miteinander verbunden sind. !

   3* Widerstandsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsband mindestens eine zusätzliche Reihe von in Abständen angeordneten lockenförmigen Ausdrückungen (12) aufweist.

   4. Widerstandsgerät nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (4) im Rahmen (2) isoliert mittels Federn (41) befestigt sind.

   5. Widerstandsgerät nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (4) ein rechteckiges Profil aufweist und in einem rechteckigen Schlitz (45) eines aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen befestigten Tragelei&ontes (43) gleitbar abgefangen ist.

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   6. Widerstandsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (4) zusammen mit der Feder (41) eine Montageeinheit bildet.

   7. Widerstandsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Anschlußleitung zur Anschlußklemme federnd in einem aus keramischem Material bestehenden, am Rahmen angeordneten Bauteil (43) befestigt ist.

   8. Widerstandsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung eines Widerstandsbandes größerer Bandbreite zwei übereinander liegende, federnde Halterungen vorgesehen sind, die in einem einzigen, aus keramischem Material bestehenden, am Rahme:* angeordneten Bauteil (43) befestigt sind.

   9. Widerstandsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, in welches mehrere jeweils ein Widerstandsband (1) aufnehmende Rahmen (2) übereinander einschiebbar sind.

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