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Elektrischer Widerstand
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Widerstand, umfassend
einen Tragkörper, der mit dem elektrischen Widerstandskörper verbunden ist, und
ein den Tragkörper umgebendes, im wesentlichen zylindrisches oder prismatisches
Gehäuse, das an den Stirnseiten mit Abschlusselementen versehen ist. Derartige Widerstände
werden u.a. in der Hochfrequenz-Sendertechnik als Dämpfungs- und Abschlusswiderstände
verwendet.
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Ein Widerstand der vorgenannten Art ist bekannt aus der US-PS 3,869,691.
Dort sind deckel- und flanschförmige Abschlusselemente mit den Endabschnitten des
hohlzylindrischen Gehäuses durch Klebung also stoffschlüssig, verbunden. Der im
Inneren des Gehäuses befindliche, langgestreckte Widerstands-Tragkörper ist zwischen
den beiderseitigen, deckelförmigen Abschlusselementen unter axialer Druckspannung
eingesetzt, wobei diese Druckspannung durch Druckfederelemente zwischen den Endabschnitten
des Tragkörpers und den Abschlusselementen übertragen wird.
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Bei der bekannten Widerstandskonstruktion sind die beiderseitigen
Abschlüsse des Gehäuses unterteilt in je einen Flansch mit einer den Gehäuse-Endabschnitt
umgreifenden Hülse, innerhalb deren die stoffschlüssige Verbindung mit dem Gehäuse
angeordnet ist, und je einen Abschlussdeckel, der mit dem Flansch verschraubt ist
und
an seiner Innenseite die Druckfederelemente für die Einspannung
des Widerstands-Tragkörpers aufweist. Diese Aufteilung der Abschlusselemente bedingt
eine vergleichsweise komplizierte und in der Herstellung aufwendige Formgebung sowie
eine vergleichsweise arbeitsaufwendige Montage wegen einer Mehrzahl von notwendigen
Verschraubungselementen zwischen Abschlussdeckel und Flansch. Einer Vereinfachung
dieser Abschlusskonstruktion durch einstückige Zusammenfassung von Flansch und Deckel
steht die Unzugänglichkeit des Gehäuseinnenraumes und des Widerstandskörpers mit
den Anschluss-Kontaktelementen nach erfolgter Verklebung zwischen Gehäuse und Abschluss
entgegen. Ausserdem würde eine solche vereinfachte Ausführung die Anwendung von
Hochtemperatur-Verklebungen zwischen Gehäuse und Abschlusselementen oder aber die
oft erwünschte Verwendung von Lötverbindungen und temperaturempfindlichen Verbindungs-und
Kontaktelementen zwischen dem Widerstandkörper und den Abschlusselementen ausschliessen,
weil die Verklebung an dem fertigzusammengesetzten Widerstand durchgeführt werden
müsste.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Widerstandes der
eingangs genannten Art, der sich durch eine vergleichsweise einfache und herstellungsgünstige
Abschlusskonstruktion mit der grundsätzlichen Möglichkeit der Demontage und Zugänglichkeit
des Gehäuseinnenraumes ohne komplizierte Mehrfachverschraubungen auszeichnet. Die
erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist bestimmt durch die Merkmale des Patentanspruchs
1.
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Bei einer solchen Konstruktion bedarf es keiner stoffschlüssigen Verbindung
zwischen dem Gehäuse und den Abschlusselementen, weil
letztere mit
axialer Druckvorspannung an den Gehäusestirnflächen liegen. Die entsprechende, axiale
Zugkraftübertragung zwischen den Abschlusselementen und im insgesamt als Zuganker
wirkenden Widerstands-Tragkörper lässt sich in einfacher Weise mit nur einem, nachträglich
zu montierenden und demontierbarem Verbindungselement herstellen, beispielsweise
mit einer einfachen Zentralverschraubung unter Einfügung einer Druckfeder für den
Axialdehnungsausgleich. Damit gestaltet sich Formgebung und Montage des gesamten
Widerstandes vergleichsweise einfach, während eine nachträgliche Demontage mit Zugang
zum Gehäuseinnenraum ohne weiteres möglich ist. Sofern eine stoffschlüssige Verbindung,
also Verklebung oder dergleichen, im Bereich der Zugkraftübertragung zwischen den
Abschlusselementen und dem Widerstands-Tragkörper angewendet werden soll, so kann
diese vor der Gesamtmontage und daher ohne Rücksicht auf nachträglich angebrachte,
temperaturempfindliche Verbindungselemente hergestellt werden. Eine Weiterbildung
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an den Endabschnitten des Tragkörpers
mit formschlüssigen Hinterschneidungen für die axiale Zugkraftübertragung angreifende
Zuganker vorgesehen sind. Eine solche Ausführung erlaubt nicht nur eine einwandfreie
Zugkraftverbindung ohne Verklebung oder dergleichen, sondern auch die Geringhaltung
der Wärmeübergangsflächen sowie der wärmeleitenden Querschnitte zwischen dem Widerstandskörper
und den äusseren Anschlusselementen, sodass die Wärmebelastung der letzteren gering
bleibt und übliche Lötverbindungen im äusseren Anschlussbereich ohne weiteres angewendet
werden können.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Konstruktion besteht
darin, dass infolge der Entbehrlichkeit von Stoffschlussverbindungen
zwischen
dem Gehäuse und den Abschlusselementen die Anbringung von Flüssigkeits-Kühlkanälen
an der Gehäuseaussenfläche erleichtertwird.Hierfür können-nämlich ohne Rücksicht
auf die gegebenenfalls mit höheren Temperaturen verbundenen Verfahrensbedingungen
zur Herstellung einer solchen Stoffschlussverbindung Kühlrohre mit der Gehäuseoberfläche
in an sich üblicher Weise durch Weichlöten verbunden werden. Damit gestaltet sich
die Herstellung von Hochlastwiderständen mit ausgezeichnetem Wärmeübergang zwischen
Gehäuse und Kühlmittel sowie ohne Abdichtungsprobleme vergleichsweise einfach und
wenig aufwendig.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Hierin zeigt: Fig.
1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführung eines erfindungsgemässen Hochlastwiderstandes
mit Flüssigkeitskühlung, Fig. 2 einen Teil-Axialschnitt einer zweiten Widerstandsausführung
nach der Erfindung, Fig. 3 einen Teil-Axialschnitt einer abgewandelten Verbindungskonstruktion
zwischen Widerstands-Tragkörper und Abschlusselement sowie Fig. 4 einen Querschnitt
des Widerstandes im Bereich der Verbindungskonstruktion gemäss Fig. 3 entsprechend
der dort angedeuteten Schnittebene IV-IV.
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Die in Fig. 1 dargestellte Widerstandsdarstellung umfasst innerhalb
eines hohlzylindrischen Gehäuses GH einen ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeten
Tragkörper TKl mit einem wendelförmigen Draht-Widerstandskörper WK, der beispielsweise
durch eine Hartlötverbindung HV mit beiderseitigen Ankerelementen AKl an den Stirnseiten
des Tragkörpers elektrisch leitend verbunden ist. Die Ankerelemente AK1 sind mit
dem Tragkörper TK1 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise mittels hochschmelzenden
keramischen Verklebungen VK. Die Hartlotverbindungen HV zwischen dem Widerstandskörper
WK und den Ankerelementen AKl können nach der Hochtemperatur behandlung der Verklebungen
VK hergestellt werden, sodass sich hinsichtlich der Schmelztemperatur des Lotes
keine Schwierigkeiten ergeben.
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Die Ankerelemente AK1 stehen somit in stoffschlüssiger Zugkraftverbindung
mit den Endabschnitten des Tragkörpers TKl. Die Ankerelemente bilden ferner mit
je einem koaxialen Zuganker ZAl eine Verschraubung SV, sodass durch äussere Flanschabschnitte
FA der Zuganker nach Anziehen der Verschraubung SV beiderseitige, deckelförmige
Abschlusselemente AEl mit axialer Druckvorspannung an den Stirnseiten des Gehäuses
GH anliegen. Damit ist eine ausreichende Abdichtung - gegebenenfalls unter Einfügung
eines geeigneten Dichtungsmittels - zwischen den Abschlusselementen und dem Gehäuse
sowie eine sichere Zentrierung und Halterung des Widerstands-Tragkörpers TK1 innerhalb
des Gehäuses erreicht. Zur Kompensation von Wärmedehnungen ist dabei zwischen den
Flanschabschnitten FA und den Abschlusselementen AEl jeweils ein elastisches Druckelement
DEl eingefügt, das im Beispielsfall auch der Abdichtung des Gehäuseinnenraumes
dient.
Das Ansetzen der Abschlusselemente AEl und deren Befestigung durch Anziehen der
Verschraubungen SV stellt somit eine abschliessende Montagearbeit dar, die eine
fertigungstechnische Trennung aller vorangehenden, gegebenenfalls mit Wärmebeanspruchung
verbundenen Arbeitsgänge ermöglicht. Die Anzugsstellung der Verschraubungen wird
mittels Sicherungsstiften SS festgelegt, sodass die axiale Anpressverbindung zwischen
den Abschlusselementen und dem Gehäuse auch unter wechselnden Betriebsbedingungen
langfristig gewährleistet ist. Gleichwohl kann der Widerstand nach Enfernen der
Sicherungsstifte ohne weiteres demontiert und einer Instandsetztung zugeführt werden.
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Der Hohlraum zwischen Tragkörper TKl und Gehäuse GH ist in üblicher
Weise mit einer elektrisch isolierenden, jedoch vergleichsweise gut wärmeleitenden
Granulatfüllung FG zur Wärmeabführung vom Widerstandskörper WK zur Aussenseite angefüllt.
Entsprechend einer Ausführung als Hochlastwiderstand ist ferner an der Aussenseite
des Gehäuses eine wendelförmige Anordnung von Kühlkanälen KK mittels Weichlotverbindungen
WV angebracht. Die stoffschlüssige Lotverbindung zwischen den Kühlkanälen und dem
Gehäuse kann bei der vorliegenden Konstruktion gesondert von den übrigen, gegebenenfalls
mit Hochtemperaturbeanspruchung verbundenen Arbeitsgängen hergestellt werden. Auch
für eine etwa erforderliche Ausbesserung oder Abdichtung des Kühlsystems kann der
Widerstand gegebenenfalls rasch zerlegt werden.
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Bei der bevorzugten Erfindungsausführung nach Fig. 2 sind für den
beiderseitigen Abschluss des Gehäuses GH und für die Zentrierung
und
Halterung eines hohlzylindrischen Tragkörpers TK2 mit wendelförmigem Widerstandskörper
WK deckelförmige Abschlusselemente AE2 vorgesehen, die mit dem Tragkörper in Zugkraftverbindung
sowie mit den Stirnseiten des Gehäuses in axialer Anpressverbindung stehen.
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Für die Zugkraftverbindung zwischen Abschlusselementen und Tragkörper
sind jedoch anstelle von Stoffschlussverbindungen Ankerelemente AK2 in Form von
den Tragkörper TK2 an seinen Endabschnitten quer durchgreifenden, stiftförmigen
Biegeträgern vorgesehen.
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Hierfür kommen insbesondere Kerbstift oder hülsenförmige, geschlitzte
Stifte in Betracht, die bei der Montage mit Klemmsitz in entsprechende Querbohrungen
BQ des Tragkörpers eingesetzt werden und damit eine ausreichende Lagesicherung erhalten.
Jedes der Ankerelemente AK2 durchgreift ferner eine Querbohrung QB eines als einfacher
Gewindebolzen ausgebildeten Zuganker ZA2, welcher durch eine koaxiale Bohrung des
zugehörigen Abschlusselementes AE2 nach aussen geführt und hier mit einer Verschraubung
SV für das axiale Anpressen des Abschlusselementes gegen die Gehäusestirnseite versehen
ist. Zwischen der Verschraubung SV und dem Ankerelement AE2 ist wiederum ein elastisches
Druckelement DE2 eingefügt, hier in Form einer Schraubendruckfeder. Damit ist die
Kompensation von Axialdehnungen sichergestellt. Die Verschraubung trägt ausserdem
übliche elektrische Kontaktanschlüsse AS. Ausserdem sind die Abschlusselemente AE2
auf ihrer Innenseite mit Zentrieransätzen AZ versehen, die in die Zentralausnehmung
des Tragkörpers TK2 eingreifen. In Verbindung mit der Zugkraftverbindung ergibt
sich somit eine einwandfreie, formschlüssige Halterung des Tragkörpers.
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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Ausführungsform besteht
darin, dass der Wärmeübergang zwischen dem Widerstandskörper WK bzw. dem Tragkörper
TK2 und dem Zuganker ZA2 mit seinen äusseren Anschlusselementen im wesentlichen
nur über ein im Querschnitt sehr geringes Element von höherer Wärmeleitfähigkeit
erfolgt, nämlich das stiftförmige Ankerelement AK2. Es wird also nur wenig Wärme
zu den Anschlusselementen übertragen, sodass hier ohne weiteres übliche Weichlotverbindungen
zugelassen werden können.
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Ausserdem kann ein solches Ankerelement zusätzlich oder anstelle des
elastischen Druckelementes DE2 die Funktion der axial nachgiebigen Anpressung zwecks
Dehnungskompensation übernehmen. Hierzu wird das Ankerelement AK2 als federelastischer
Biegeträger ausgebildet, was bei den vorliegenden Massverhältnissen ohne weiteres
gegeben ist. Gegebenenfalls kann die wirksame, freie Biegelänge dieses Trägers durch
entsprechendes Spiel in den Querbohrungen BQ des Tragkörpers TK2 vergrössert werden,
wobei dann eine Lagesicherung durch Klemmsitz oder dergleichen in der Querbohrung
QB des Zugankers ZA2 oder sonstige Quer-Lagesicherung des Ankerelementes vorzusehen
ist. Jedenfalls ergibt sich damit eine vorteilhafte Vereinfachung und Verbilligung
der Konstruktion.
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Im übrigen ergibt sich durch die leichte Zugänglichkeit des inneren
Hohlraums des Tragkörpers TK2 die Möglichkeit, die Granulatfüllung hier durch einen
kostengünstigeren Füllkörper FK aus geeignetem Material zu ersetzten.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 ist wie bei derjenigen nach Fig.
2 ein über formschlüssige Hinterschneidungen zur axialen Zugkraftübertragung am
Tragkörper TK2 angreifender Zuganker ZA3 vorgesehen. Die Formschlussverbindung wird
jedoch im Unterschied zu Fig. 2 nicht durch ein als Querstift ausgebildetes Ankerelement,
sondern durch ein scheiben- oder ringförmiges Ankerelement AK3 gebildet, dessen
Innenrand sich zur Axialkraftübertragung an einem Kopf K des Zugankers WA3 abstützt.
An seinem äusseren Rand ist das Ankerelement AX2 durch eine formschlüssige Ringnut-Sprengringverbindung
RNS mit dem Tragkörper TK2 verbunden. Die am Innenumfang des Tragkörpers eingeformte
Ringnut stellt hier die formschlüssige Hinterschneidung für die Axialkraftübertragung
dar.
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Eine solche ringnutförmige Hinterschneidung bietet im Vergleich zu
einer Querbohrung innerhalb eines Keramikkörpers den Vorteil der einfacheren Herstellbarkeit.
Die Montage gestaltet sich äusserst einfach, indem ein Sprengring nach dem Einführen
des Zugankers ZA3 mit dem Ankerelement AK3 in das offene Ende des Tragkörpers TK2
eingeführt wird.
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Der Vorteil geringer Wärmeübergangsquerschnitte zwischen dem Tragkörper
und dem Zuganker ist auch hier grundsätzlich gegeben. Darüberhinaus besteht jedoch
in der Abwandlung gemäss Fig. 4 die Möglichkeit, durch sternförmige Gestaltung eines
Ankerelementes AK4 diese Querschnitte und die Berührungsflächen zum Tragkörper weiter
zu vermindern. Ansonsten entspricht die formschlüssige Hinterschneidungsverbindung
dieser Ausführung des Ankerelementes derjenigen nach Fig. 3 mit Hilfe einer Rngnut-Sprengringverbindung
RNS.
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Die Ausführungen nach Fig. 3 und 4 mit scheiben-, ring- oder sternförmigem
Ankerelement bieten bevorzugt die Möglichkeit einer Ausbildung als federelastischer
Biegeträger, wobei die Federhärte bzw. Axialkraft durch entsprechende Bemessung
leicht eingestellt werden kann. Derartige Federelemente, die nach Art einer Membranfeder
wirken, bieten ausserdem den Vorteil einer vergleichsweise grossen Verformbarkeit
bzw. Federenergieaufnahme, sodass vergleichsweise grosse Axialhübe und Dehnungen
kompensiert werden können.
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Bei den Ausführungen nach Fig. 3 und 4 ist für die Leitverbindung
zwischen Widerstandskörper WK und Zuganker ZA3, der als Kontaktelement dient ein
Anschlussdraht DV vorgesehen, der durch eine Aussparung A des Zentrieransatzes AZ
am Abschlusselement AE2 geführt ist.
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