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Flüssigkeitsgekühlter Widerstand
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Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Widerstand mit
einem Widerstandsdraht, der auf ein Keramikformteil aufgewickelt ist, das mit wenigstens
einem Strömungskanal für eine Kühlflüssigkeit in wärmeleitender Verbindung steht.
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Ein solcher flüssigkeitsgekühlter Widerstand ist aus der DE-OS 29
47 997 bekannt. Bei diesem bekannten Widerstand ist das Keramikformteil ein Hohlzylinder,
auf dessen Außenfläche der Widerstandsdraht wendelförmig aufgewickelt ist. Das Innere
des zylinderförmigen Keramikformteils ist von Kühlwasser durchströmt, das mittels
einer Spindel geführt ist, die im Hohlzylinder angeordnet ist. Dieser Widerstand
ist wegen der direkten Kühlung des Keramikrohrs mit einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise
mit Wasser relativ hoch belastbar. Wegen des wendelförmig aufgewickelten Widerstandsdrahtes
besitzt dieser Widerstand jedoch eine hohe Induktivität, die gegebenenfalls durch
weitere Schaltungsmaßnahmen, beispielsweise ein RC-Glied kompensiert werden muß.
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Es besteht die Aufgabe, einen Widerstand der eingangs genannten Art
so aufzubauen, daß er eine minimale Eigeninduktivität besitzt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Keramikformteil
plattenförmig ausgebildet und auf einer Platten fläche mit Ausformungen versehen
ist, die den Widerstandsdraht etwa in einer Ebene zickzackförmig
führen
und daß wenigstens die andere Plattenfläche an einen Kühlkörper angepreßt ist9 in
dem Strömungskanäle verlaufen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Widerstand ist ein wendelförmiger Verlauf
des Widerstandsdrahtes vermieden und außerdem werden wie bei einer BiTllarwicklung
auteinanderfolgende Abschnitte des Widerstandsdrahtes gegenläufig vom Strom durch
flossen Damit ist eine minimale Eigeninduktivität des Widerstandes gewährleistete
Die Belastbarkeit des Widerstandes kann gegenüber dem bekannten Widerstand gesteigert
werden9 da sich die Dicke der Keramikplatte gegenüber der Dicke des Ksramlkrohrs
reduzieren läßt, womit sich der Wärmewiderstand des Leitungsweges zur Kühlflüssigkeit
verrlngertO Vorzugsweise ist der Widerstandsdraht und die Plattenoberfläche auf
die er aufgebracht ist, gemeinsam mit einer Glasur überzogen Durch die Glasur wird
der Warmewiderstand zwischen Draht und Keramik erheblich reduziert , außerdem bewirkt
die Glasur eine Verkleinerung de Kriechstreckena Auch beim bekannten Widerstand
war es übliche Keramikrohr und Widerstandsdraht gemeinsam zu glasieren Beim Einbrennen
der Glasur entstand jedoch beim bekannten Widerstand ein Durchhängen des Widerstandsdrahtes
wegen der Wärmeausdehnung, womit undefinierte Abstands zwischen Draht und Keramikrohr
und damit unterschiedliche Wärmeubergänge entstanden. Beim erfindungsgemaßen Widerstand
liegt der Draht während der Glasierung definiert und glatt auf der Keramik auf,
womit ein einwandfreier Warmeübergang auf der ganzen Länge des Drahtes entsteht.
Mit einem so ausgeführten Widerstand laßt sich eine hohe Belastbarkeit von ca. 20
W/cm2 erzielen
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Widerstand
beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.
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In den Figuren sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt. Gleiche
Bauteile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Figur 1 zeigt die Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Widerstandes und Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der
Figur 1. Die Keramikplatte 1 ist aus elektrisch gut isolierendem und gut wärmeleitendem
Material, beispielsweise aus A1203 gefertigt. Die eine Plattenfläche der Keramikplatte
1 ist mit leistenförmigen Ausformungen 3 versehen, die parallel zueinander verlaufen.
Anstelle der Ausformungen 3 können auch Nuten oder Rillen in die Oberfläche der
Keramikplatte 1 eingegraben sein. Der an den beiden Anschlußteilen 4 und 5 befestigte
Widerstandsdraht 2 wird zickzackförmig zwischen den Ausformungen 3 geführt und verläuft,
wie Figur 2 zeigt, in einer Ebene. Wie bereits betont, wird durch diese Führung
des Widerstandsdrahtes 2 eine minimale Eigeninduktivität des Widerstandes erreicht.
Die von den Ausformungen 3 geführten Widerstandsdrähte 2 sind zusammen mit der Oberfläche
der Keramikplatte 1 mit einer Glasur 6 überzogen, die den Wärmeübergang zwischen
Draht und Keramik erheblich verbessert und die Kriechstrecken verkleinert. Diese
Glasur kann in üblicher Weise ein glasartiger Uberzug oder eine Zementschicht sein.
Auf die Vorteile der definierten Drahtauflage beim Glasieren wurde ebenfalls bereits
hingewiesen.
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Nach Figur 2 liegt die zweite Platten fläche des Keramikkörpers 1
auf einem Kühlkörper 7 auf. Der aus Metall, beispielsweise Aluminium gefertigte
Kühlkörper 7 ist mit Strömungskanälen 8 versehen, die beim Ausführungsbeispiel nach
Figur 1 und 2 von der Keramikplatte 1 abgeschlossen werden. Durch das in den Kühlkanälen
8 strömende Kühlwasser wird bei diesem Ausführungsbeispiel
die Keramikplatte
2 direkt gekühlte Zur Abdichtung der Strömungskanäle 8 dienen Ringdichtungen 9,
die in Nuten des Kühlkörpers 7 eingelegt sind. Im Ausführungsbeispiel nach Figur
1 und 2 ist die Keramikplatte 1 mit Schrauben 10 an den Kühlkörper 7 angepreßt.
Die Strömungskanäle 8 können parallel von der Kühlflüssigkeit durchströmt sein,
oder es kann eine Kühlwasser führung mit mäanderförmigem oder gegebenenfalls auch
spiralförmigem Verlauf vorgesehen sein, wie sie bei Kühidosen für scheibenförmige
Halbleiterbauelemente bekannt ist und vielfach verwendet wird.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigen die Figuren 3 und 4, wobei
in Figur 3 wieder eine Draufsicht und in Figur 4 ein Schnitt längs der Linie IV-TV
der Figur 3 dargestellt ist. Beim Ausfuhrungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 sind
als Fuhrungsnasen Noppen 11 auf einer der Plattenflächen des Keramikkörpers 1 vorgesehen.
Auch über diese Führungsnasen 11 ist der Widerstandsdraht in einer Ebene ziclezackförmig
gewickelt.
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Die beschriebenen Vorteile sind auch bea dieser Ausführungsform voll
gewährleistet.
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Nach Figur 4 sind die Strömungskanäle 12 im Kühlkörper 7 als geschlossene
Kühikanäle ausegerührt, so daß der großflächig auf dem Kühlkörper 7 aufliegende
Keramikkörper 1 indirekt gekühlt wird.
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Sowohl beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2, als auch
beim Aus führungsbeispi ei nach den Figuren 3 und 4 läßt sich ein zweiter Kühlkörper
an die Ausformungen 3 bzw. 11 anpressen, so daß der Widerstandsdraht 2 doppelseitig
gekühlt wird. Gegebenenfalls mußte zur elektrischen Isolation eine zusätzliche WeramlRplatte
aufgelegt sein.
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Eine andere Möglichkeit die Wärmeabgabe des Widerstandsdrahtes an
die Umgebung zu verändern, zeigt Figur 5.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf die mit dem Widerstandsdraht
bewickelte Plattenfläche des Kermaikkörpers 1 eine thermische Abschirmplatte 13
aufgebracht, die beispielsweise aus einem Metall gefertigt sein kann.
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Mit dieser Abschirmung wird die Wärmestrahlung reflektiert und über
das durch die Kühlkanäle 8 oder 12 fließende Kühlwasser abgeführt. Damit wird beispielsweise
die Erwärmung der Bauelemente in der Umgebung des Widerstandes reduziert.
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2 Patentansprüche 5 Figuren
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