DE4242699A1

DE4242699A1 - Power resistor for chassis mounting - has resistive element between two insulating layers which are pressed between metal plates forming housing.

Info

Publication number: DE4242699A1
Application number: DE19924242699
Authority: DE
Inventors: Alfred Hodek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1993-05-19

Abstract

The resistor (1) includes a resistive element (6) arranged between two insulating layers (9a,9b). Each resistive layer is formed from two insulating plates (4a,4b and 4c,4d) with a temperature balanced element (5) between. The insulating layers are pressed with a high surface pressure between metal plates (2,3). The metal plates, which also act as heat sinks, form part of the housing of the resistor. A metal frame (10) seals and completes the resistor housing. ADVANTAGE - Has extremely high power density (50-100 Watts per centi-Metre squared of active resistor area), and higher voltage strength (up to 12 kilo-Volts).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungswiderstand für Chassismontage mit einem Widerstandselement zwischen gesta pelten, elektrisch isolierenden Platten, die zwischen Metall platten gepreßt werden.The invention relates to an electrical power resistor for chassis assembly with a resistance element between stacked pelten, electrically insulating plates between metal plates are pressed.

Es sind Leistungswiderstände bekannt, die auf einem zylindrischen Trägerkörper aus elektrisch isolierendem Material ein Widerstandselement in Form eines Widerstandsdrahtes oder -bandes aufweisen.Power resistors are known which are based on a cylindrical carrier body made of electrically insulating material a resistance element in the form of a resistance wire or have tape.

Derartige Leistungswiderstände können mit einer Glasur, einem Zement oder mit einem Lack beschichtet sein.Such power resistors can be glazed, be coated with a cement or with a varnish.

Sie weisen eine Leistungsdichte auf, die etwa zwei Watt pro Quadratzentimeter aktiver Widerstandsfläche beträgt. Eine Leistungsdichte von etwa sechs Watt pro Quadratzentimeter weisen Leistungswiderstände auf, bei denen ein Widerstand in der soeben beschriebenen Art in einem Gehäuse aus Metall iso liert eingebaut ist.They have a power density that is about two watts per Square centimeter of active resistance area. A power density of around six watts per square centimeter have power resistors where a resistance in of the type just described in a metal housing iso is installed.

Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte ist bei den bekannten elektrischen Leistungswiderständen deshalb nicht mög lich, weil dies zu örtlichen Überhitzungen des Trägerkörpers bzw. zu unzulässig großen Temperaturdifferenzen führen würde. Größere Temperaturdifferenzen ergeben unzulässige Wärmeausdeh nungen, die im Extremfall zu Rißbildung bzw. zum Bruch des üblicherweise verwendeten Keramikträgerkörpers führen.A further increase in the power density is with the known electrical power resistors therefore not possible lich, because this leads to local overheating of the support body or would lead to impermissibly large temperature differences. Larger temperature differences result in impermissible thermal expansion in extreme cases, cracking or breaking of the lead usually used ceramic carrier body.

Weiterhin ist ein Leistungswiderstand aus der DE-OS 37 15 860 bekannt. Bei diesem Widerstand für Chassismontage besteht der Trägerkörper aus einer Keramikplatte, die zur Vermeidung von Teilentladungsvorgängen auf der Unterseite mit einer elektrisch leitenden Farbe beschichtet ist.Furthermore, a power resistor from DE-OS 37 15 860 known. With this resistor for chassis mounting the Carrier body made of a ceramic plate, which to avoid Partial discharge on the bottom with an electrical conductive paint is coated.

Das Widerstandselement auf der Oberseite des Trägerkörpers besteht aus Dickschichtpaste. Ein Kunststoffgehäuse deckt den Trägerkörper ab, der Hohlraum zwischen Trägerkörper und Gehäuse wird mit elektrisch isolierender Vergußmasse teilweise gefüllt. Der Leistungswiderstand hat eine Flächenbelastbarkeit von etwa 10 bis 15 Watt pro Quadratzentimeter. The resistance element on the top of the carrier body consists of thick film paste. A plastic housing covers that Support body from, the cavity between the support body and the housing is partially filled with electrically insulating potting compound. The power resistor has a surface load capacity of about 10 to 15 watts per square centimeter.

Ein weiterer elektrischer Leistungswiderstand ist aus der DE-OS 38 14 987 bekannt.Another electrical power resistor is from the DE-OS 38 14 987 known.

Der Trägerkörper besteht aus zwei übereinander angeord neten Isolierplatten, zwischen denen ein Temperaturausgleichs element vorgesehen ist. Die Belastbarkeit liegt bei etwa 25 Watt pro Quadratzentimeter aktiver Widerstandsfläche, die Teilentladungsaussetzspannung liegt im Bereich von 1,5 kV bei etwa 10 pC.The carrier body consists of two arranged one above the other Neten insulating plates, between which a temperature compensation element is provided. The resilience is about 25 watts per square centimeter of active resistive area Partial discharge exposure voltage is in the range of 1.5 kV at about 10 pC.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Leistungswiderstand der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Leistungsdichten von etwa 50 Watt bis 100 Watt pro Quadrat zentimeter aktiver Widerstandsfläche sicher beherrscht werden. Diese extrem hohe Leistungsdichte wird bei hoher Spannungsfestig keit von bis zu 12 kV erreicht und ist in einer modifizierten Ausführung auch bei reduzierter Teilentladung im Bereich von 5,6 kV bei etwa 10 pC möglich.The invention has for its object an electrical To create power resistance of the type mentioned at the power density of about 50 watts to 100 watts per square centimeters of active resistance area can be safely mastered. This extremely high power density becomes stable with high voltage speed of up to 12 kV and is modified Execution also with reduced partial discharge in the range of 5.6 kV possible at around 10 pC.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Widerstandselement großflächig ausgebildet ist und zwischen gestapelten Isolierplatten mit eingefügten Temperaturausgleichs elementen gepreßt wird.The object is achieved in that the Resistance element is formed over a large area and between stacked insulation panels with inserted temperature compensation elements is pressed.

Bei den Isolierplatten, welche die Isolierlagen bilden, handelt es sich vorzugsweise um relativ dünne, plattenförmige Keramikkörper aus Aluminiumoxyd oder Aluminiumnitrid oder aus einem ähnlichen elektrisch isolierenden Material mit vergleichs weise guter Wärmeleitfähigkeit.With the insulation panels that form the insulation layers, it is preferably relatively thin, plate-shaped Ceramic body made of aluminum oxide or aluminum nitride or a similar electrically insulating material with comparative wise good thermal conductivity.

Beim Temperaturausgleichselement kann es sich um eine Folie, ein Blech oder um eine Platte aus gut wärmeleitendem Metall handeln. Beispielsweise kommen Kupfer- oder Aluminiumfolien, -bleche oder -platten zur Anwendung.The temperature compensation element can be a film, a sheet or around a plate made of good heat-conducting metal act. For example, copper or aluminum foils come sheets or plates for use.

Durch die Ausbildung der Isolierlagen aus abwechselnd ange ordneten und aneinander angrenzenden Keramikplatten und Tempe raturausgleichselementen ergibt sich der Vorteil, daß die im Widerstandselement naturgemäß nicht gleichmäßig erzeugte Wärme homogen in den Isolierlagen verteilt wird und auf kürzestem Weg großflächig in das angrenzende Metallgehäuse abfließen kann. Due to the formation of the insulation layers alternately arranged and adjacent ceramic plates and tempe raturausgleichselementen there is the advantage that the im Resistance element naturally does not generate evenly generated heat is distributed homogeneously in the insulation layers and on the shortest Can flow away over a large area into the adjacent metal housing.

Durch die Reduzierung von Temperaturdifferenzen verringert sich ganz erheblich die Bruchgefahr der Keramikplatten. Zur Erhöhung der inneren Spannungsfestigkeit ist es möglich, die Isolierlagen auch aus mehr als zwei Keramikplatten auf zubauen, es muß nur jeweils ein Temperaturausgleichselement zwischengeschaltet werden.Reduced by reducing temperature differences there is a significant risk of breakage of the ceramic plates. To increase the internal dielectric strength, it is possible the insulation layers also consist of more than two ceramic plates to build, it only needs one temperature compensation element be interposed.

Die mechanisch feste Verbindung von Widerstandselement, den Isolierlagen mit zwischengeschalteten Temperaturausgleichs elementen und den zwei Metallplatten, sowie der Aufbau des notwendigen Flächenpreßdrucks kann beispielsweise durch ex terne Befestigungselemente, wie Schraubelemente, Nietelemente oder Klemmelemente oder dgl. erfolgen.The mechanically firm connection of the resistance element, the insulation layers with intermediate temperature compensation elements and the two metal plates, as well as the structure of the necessary surface pressure can, for example, by ex internal fasteners, such as screw elements, rivet elements or clamping elements or the like.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß sowohl das Widerstandselement als auch die Temperaturausgleichselemente kleinere Flächenabmessungen aufweisen als die der Isolierplatten. Dabei ist vorzugsweise zwischen den Umfangsrändern des Widerstandselements, der Temperaturausgleichselemente und den Umfangsrändern der keramischen Isolierplatten ein umlau fender freier Flächenabschnitt gegeben.It has proven advantageous that both that Resistance element as well as the temperature compensation elements have smaller surface dimensions than that of the insulating plates. It is preferably between the peripheral edges of the resistance element, the temperature compensation elements and umlau the peripheral edges of the ceramic insulating plates fender free area section given.

Auf diese Weise ergibt sich in Abhängigkeit von der Anzahl der Isolierplatten eine insbesondere durch die freien Flächen abschnitte und der Materialstärke der Keramikplatten und der Temperaturausgleichselemente bestimmte lange Kriech- und Luft strecke zwischen dem Widerstandselement und dem Metallgehäuse des Leistungswiderstandes.This results in a function of the number one of the insulating plates in particular due to the free areas sections and the material thickness of the ceramic plates and the Temperature compensation elements determined long creep and air stretch between the resistance element and the metal housing the power resistance.

Neben dem Vorteil der hohen elektrischen Belastbarkeit ergibt sich ein weiterer Vorteil, der der hohen Spannungsfestig keit. Eine Spannungsfestigkeit von größer/gleich 12 kV effektiv ist bei Isolierlagen mit zwei Isolierplatten zu erreichen.In addition to the advantage of high electrical resilience there is another advantage, that of the high dielectric strength speed. A dielectric strength greater than or equal to 12 kV effective can be achieved with two layers of insulation.

Je nachdem, wie das Widerstandselement des elektrischen Leistungswiderstandes ausgebildet ist, sind Widerstandswerte zwischen 0,01 Ohm . . . 1 MOhm realisierbar.Depending on how the resistance element of the electrical Power resistance is formed, are resistance values between 0.01 ohms. . . 1 MOhm realizable.

Handelt es sich beispielsweise bei dem Widerstandselement um eine geätzte, gestanzte oder durch andere Bearbeitungsverfahren strukturierte Metallfolie, so ergeben sich Widerstandswerte von etwa 0,01 Ohm . . . 150 Ohm. Besteht das Widerstandselement aus strukturierter Dickschicht, so sind Widerstandswerte zwischen etwa 10 Ohm . . . 1 MOhm zu erreichen. For example, the resistance element an etched, punched or by other machining processes structured metal foil, so there are resistance values of about 0.01 ohms. . . 150 ohms. Is the resistance element made of structured thick film, that's what resistance values are between about 10 ohms. . . 1 MOhm to achieve.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Leistungswiderstandes bestehen darin, daß die Induktivität unabhängig davon, ob das Widerstandselement flächig oder mäanderförmig ausgelegt ist, vergleichsweise gering ist.Further advantages of the power resistor according to the invention consist in that the inductance regardless of whether that Resistance element is designed flat or meandering, is comparatively small.

Es ist bekannt, daß alle technischen Flächen, so auch die Oberflächen der Keramikplatten nicht absolut eben sind. Jede Fläche ist mit Gestaltabweichungen erster Ordnung (Durch biegung), zweiter Ordnung (Welligkeit), dritter Ordnung (Rillen) und auch vierter Ordnung (Riefen, Schuppen) behaftet.It is known that all technical areas, including the The surfaces of the ceramic plates are not absolutely flat. Each surface has first-order shape deviations (through bend), second order (ripple), third order (Grooves) and also fourth order (scoring, scales).

Durch den Flächenpreßdruck kann die Gestaltabweichung erster Ordnung, die Durchbiegung der Keramikplatten ausge glichen werden, ebenso wird eine mögliche Durchbiegung durch Bimetalleffekte im Betriebszustand durch Temperaturdifferenzen innerhalb der Isolierplatten vermieden.The shape deviation can be caused by the surface pressure first order, the deflection of the ceramic plates be compared, as well as a possible deflection Bimetal effects in the operating state due to temperature differences avoided within the insulating plates.

Die Gestaltabweichung zweiter Ordnung, die Welligkeit ist mit Druck nicht zu eliminieren.The shape deviation of second order, which is ripple cannot be eliminated with pressure.

Die Aufgabe, trotz Welligkeit der Keramikplatte, welche direkt mit dem Widerstandselement in Kontakt steht, excellente Wärmeableitung zu erreichen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Widerstandselement aus Metallfolie und der oberen Isolierlage eine elastisch verformbare Materialplatte, vorzugsweise ein Keramikvlies eingefügt wird.The task, despite the ripple of the ceramic plate, which is in direct contact with the resistance element, excellent Achieving heat dissipation is according to the invention solved that between the resistance element made of metal foil and the upper insulating layer is an elastically deformable material plate, preferably a ceramic fleece is inserted.

Das Widerstandselement kann nun der Welligkeit folgen und hat dadurch formschlüssigen Wärmekontakt zu der unteren Isolier platte.The resistance element can now follow the ripple and has positive heat contact with the lower insulation plate.

Weitere Vorteile bei Verwendung des Keramikvlieses ergeben sich dadurch, daß eine mechanische Fixierung der Mäander des Widerstandselements aus Folie erfolgt und eine zusätzliche Isolierung zwischen den Mäandern gegeben ist.There are further advantages when using the ceramic fleece the fact that a mechanical fixation of the meanders of Resistance elements made of foil and an additional Isolation between the meanders is given.

Bei Verwendung von mehr als einem Keramikvlies bzw. eines dickeren Keramikvlieses kann die Oberflächentemperatur der Metalldeckplatte in Grenzen beeinflußt werden. When using more than one ceramic fleece or one thicker ceramic fleece can change the surface temperature of the Metal cover plate can be influenced within limits.

Die Auswirkungen der Gestaltabweichungen dritter und vierter Ordnung auf den Wärmefluß werden erfindungsgemäß dadurch mini miert, daß zwischen allen gestapelten Isolierplatten, Tempe raturausgleichselementen und Widerstandselement ein gut wärme leitender Verguß, z. B. RTV-Silicon oder Wärmeleitpaste Verwendung findet.The effects of the third and fourth shape deviations Order on the heat flow are mini according to the invention miert that between all stacked insulating plates, Tempe temperature compensation elements and resistance element a good warmth conductive potting, e.g. B. RTV silicone or thermal paste Is used.

Wie bekannt, hat jedes Material seinen spezifischen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Die Verwendung von RTV- Silicon bzw. von Wärmeleitpaste hat den Vorteil, daß sich alle gestapelten plattenförmigen Materialien entsprechend ihren individuellen Erwärmungen frei ausdehnen und "schwimmend" aneinander vorbeigleiten können.As is known, every material has its own specific Coefficient of thermal expansion. The use of RTV Silicon or thermal paste has the advantage that all stacked plate-like materials accordingly freely expand their individual warmings and "float" can slide past each other.

Das Keramikvlies fängt zudem die Volumenänderung auf, der Flächenpreßdruck wird bei Erwärmung erhöht, so daß analog dazu der Wärmekontakt verbessert und der Wärmewiderstand reduziert wird.The ceramic fleece also absorbs the change in volume Surface pressure is increased when heated, so that analog in addition the thermal contact improved and the thermal resistance is reduced.

Da der Aufbau des erfindungsgemäßen Leistungswiderstandes weitgehend symmetrisch ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die als Gehäuse dienenden Metallplatten seitlich miteinander zu verbinden.Since the structure of the power resistor according to the invention is largely symmetrical, it has proven to be advantageous proved, the metal plates serving as a housing on the side connect with each other.

Dies wird dadurch gelöst, daß entsprechend der sich erge benden Stapelhöhe aus Isolierplatten, Temperaturausgleichs elementen, Widerstandselement und elastischer Zwischenlage ein Metallrahmen zwischen den Gehäusemetallplatten eingefügt wird. Es ergibt sich ein in sich geschlossenes Metallgehäuse, wobei der Wärmepfad über den Metallrahmen seitlich geschlossen wird.This is solved in that the result stacking height of insulating plates, temperature compensation elements, resistance element and elastic intermediate layer a metal frame inserted between the case metal plates becomes. The result is a self-contained metal housing the heat path is closed laterally via the metal frame becomes.

Zur weiteren Steigerung der Spannungsfestigkeit wird der Raum zwischen Isolierlagen und Metallrahmen mit isolierendem Verguß gefüllt.To further increase the dielectric strength, the Space between insulating layers and metal frame with insulating Potting filled.

Zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements sind mechanisch stabile Anschlußteile erforderlich. Diese Anschluß teile werden erfindungsgemäß durch Schweißung oder Lötung oder vergleichbarer Verbindungstechnik mit den Anschlußlaschen bzw. -flächen der Widerstandselemente verbunden. For electrical contacting of the resistance element mechanically stable connection parts required. This connection parts are inventively by welding or soldering or comparable connection technology with the connecting lugs or -surfaces of the resistance elements connected.

Die Anschlüsse werden durch Isolatoren geführt, welche mecha nisch fest in der Metalldeckplatte verankert sind; der Raum zwischen Anschlußteil und Isolator wird mit Verguß gefüllt.The connections are made through insulators, which are mecha are firmly anchored in the metal cover plate; the space between the connector and the insulator is filled with potting.

Da die Belastbarkeit der erfindungsgemäß aufgebauten Leistungswiderstände im Bereich von 50 Watt . . . 100 Watt pro Quadratzentimeter aktiver Widerstandsfläche liegt, ergeben sich große Stromdichten, sowohl im Widerstandselement als auch im Anschlußteil. Es muß daher sichergestellt sein, daß die effektive Stromdichte im nicht intensiv gekühlten Bereich etwa 20 A/mm² nicht überschreitet. Im intensiv gekühlten Bereich ist eine Stromdichte von etwa 200 A/mm² zulässig.Since the load capacity of the power resistors constructed according to the invention is in the range of 50 watts. . . 100 watts per square centimeter of active resistance area, large current densities result, both in the resistance element and in the connection part. It must therefore be ensured that the effective current density in the not intensively cooled area does not exceed approximately 20 A / mm ² . A current density of approximately 200 A / mm ^{2 is} permissible in the intensively cooled area.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlußlaschen der Widerstandsfolie so ausgeführt sind, daß durch Umlegen von seitlichen Hilfslaschen der wirksame Quer schnitt der Hauptlaschen erhöht wird.This object is achieved in that the Connection tabs of the resistance film are designed so that the effective cross by folding over the side auxiliary tabs cut of the main tabs is increased.

Zur Vermeidung inhomogener Stromverteilung im Anschluß bereich wird der elektrische Strom weitgehend senkrecht in die Anschlußlaschen geführt, d. h. der Stromfluß im intensiv gekühl ten Bereich wird homogen verteilt in den weniger gekühlten Anschlußbereich übergeleitet. Örtliche Temperaturspitzen werden dadurch vermieden, die Bruchgefahr der Isolierplatten wird reduziert.To avoid inhomogeneous current distribution in the connection the electrical current is largely vertical in the area Connection tabs out, d. H. the current flow in intensely cool th area is distributed homogeneously in the less cooled Connection area transferred. Local temperature peaks this avoids the risk of breakage of the insulating plates reduced.

Es muß auch sichergestellt sein, daß ein planparalleler Zusammenbau aller plattenförmigen Einzelteile, auch im Anschluß bereich, erfolgen kann.It must also be ensured that a plane-parallel Assembly of all plate-shaped individual parts, also afterwards area that can be done.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strukturierung des Widerstandselements auch im nicht strom durchflossenen Anschlußbereich weitergeführt wird. Das auf dem Widerstandselement liegende Keramikvlies wird durch den Flächen preßdruck auf der gesamten Fläche gleichmäßig komprimiert, die parallele Lage der Keramikplatten ist gewährleistet.This object is achieved in that the Structuring of the resistance element even in the non-current flowed through connection area is continued. That on the Resistant ceramic fleece lying through the surfaces baling pressure evenly compressed over the entire surface, the parallel position of the ceramic plates is guaranteed.

In einer weiteren Ausführungsform des Leistungswiderstandes besteht die Isolierplatte, welche in direktem Kontakt zum Widerstandselement steht aus einem von den übrigen Isolierplat ten abweichendem Material. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die abdeckende Isolierplatte zur besseren Übertragung des Flächendrucks stärker auszubilden. In a further embodiment of the power resistor there is the insulating plate, which is in direct contact with the Resistance element is made of one of the other insulating plates different material. It has also proven to be beneficial proven the covering insulating plate for better transmission of the surface pressure.

Die bisherigen Ausführungen beziehen sich auf einen Leistungs widerstand hoher spezifischer Belastbarkeit und hoher Spannungsfestigkeit.The previous statements refer to a service withstand high specific resilience and high Dielectric strength.

Wie eingangs erwähnt, ist ein erfindungsgemäßer Leistungs widerstand bei gleicher Leistungsdichte auch mit reduzierter Teilentladung möglich.As mentioned at the beginning, is a performance according to the invention resistance with the same power density even with reduced Partial discharge possible.

Es ist allgemein bekannt, daß innerhalb von Isolierstoffen durch Gefügestörungen bzw. bei Verwendung von unterschiedlichen Isolierstoffen durch verschiedene Dielektrizitätszahlen Teil entladungen auftreten. Teilentladungen betreffen stets nur einen Teil des betrachteten Dielektrikums.It is common knowledge that within insulating materials due to structural disorders or when using different Insulating materials by different dielectric constant part discharges occur. Partial discharges always only affect part of the dielectric under consideration.

Im vorliegenden Leistungswiderstand treten Teilentladungen überwiegend innerhalb der Isolierlagen wegen der unvermeidlichen Lufteinschlüsse zwischen den Isolierplatten und dem Temperatur ausgleichselement auf.Partial discharges occur in the present power resistor predominantly within the insulation layers because of the inevitable Air pockets between the insulating plates and the temperature compensation element on.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Reduzierung der Teil entladungen dadurch gelöst, daß alle sich bei der Stapelung und dem weiteren Aufbau berührenden Flächen metallisiert sind.According to the task of reducing the part Discharges solved in that everyone is stacked and surfaces touching the further structure are metallized.

Die Metallisierung kann beispielsweise durch Beschichtung mit leitfähiger Farbe oder durch im Siebdruck aufgebrachte Cermetschicht erfolgen. Durch die Leitfähigkeit der beschich teten Flächen werden beim Zusammenbau der Einzelteile zwischen den Platten Bereiche gleichen Potentials gebildet.The metallization can be done, for example, by coating with conductive paint or by screen printed Cermet layer done. Due to the conductivity of the coating surfaces are when assembling the individual parts between areas of equal potential were formed in the plates.

Die umlaufenden freien Flächenabschnitte werden durch die Temperaturausgleichselemente auf Abstand gehalten, die wirk same elektrische Feldstärke wird dadurch reduziert und durch die innige Benetzung der freien Flächenabschnitte mit teilent ladungsfreiem Verguß wird auch in diesem Abschnitt die Teil entladung entscheidend vermindert.The surrounding free surface sections are marked by the Temperature compensation elements kept at a distance, the effective same electrical field strength is reduced and by the intimate wetting of the free surface sections with partially Charge-free potting is also part in this section discharge significantly reduced.

Ebenso ist es erforderlich, im Bereich des Widerstandsele ments eine Metallisierung vorzusehen.It is also necessary in the area of the resistance sele to provide a metallization.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß z. B. bei Verwendung einer Metallfolie als Widerstandselement eine Metallisierung durch Cermetbeschichtung der unteren Isolier platte erfolgt. Der Flächenwiderstand der Beschichtung ist un kritisch und beträgt vorzugsweise Faktor 1000 bezogen auf den Widerstand des Widerstandselements. The object is achieved in that z. B. when using a metal foil as a resistance element Metallization through cermet coating of the lower insulation plate is made. The surface resistance of the coating is un critical and is preferably a factor of 1000 based on the Resistance of the resistance element.

Bei höherohmigen Widerstandselementen aus Cermet, muß mit entsprechend höheren Flächenwiderständen der Metallisierung gearbeitet werden, um den Einfluß der parallel zum Widerstands element wirkenden Metallisierung gering zu halten.In the case of higher-resistance cermet resistance elements, must correspondingly higher surface resistances of the metallization to be worked on the influence of parallel to the resistance to keep element-acting metallization low.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß zuerst eine partielle Metallisierung geringer Leitfähigkeit auf der oberen Isolierplatte aufgebracht wird, danach erfolgt die Beschich tung des Widerstandselements.This is done according to the invention in that first partial metallization of low conductivity on the top Insulation plate is applied, then the coating takes place tion of the resistance element.

Die abdeckende Isolierplatte, die ebenfalls metallisiert ist, ist durch das elastisch verformbare Vlies vom Widerstands element isoliert. Die Kontaktierung zwischen der unteren und der oberen Isolierplatte wird dadurch gelöst, daß durch Umlegen von am Widerstandselement befindlichen Kontaktierungslaschen der Bereich gleichen Potentials ("Faradayscher Käfig") gebildet wird. Bei einem Widerstandselement aus Cermet werden die partiellen Metallisierungen der beiden Isolierplatten z. B. durch federnde Kontaktstreifen miteinander verbunden.The covering insulating plate, which is also metallized is resistant due to the elastically deformable fleece element isolated. The contact between the bottom and the upper insulating plate is solved by folding of contacting tabs located on the resistance element the area of equal potential ("Faraday cage") was formed becomes. In the case of a resistance element made of cermet, the partial metallizations of the two insulating plates z. B. by resilient contact strips connected together.

Die Teilentladungsaussetzspannung wird durch diese Maßnahmen von etwa 1.5 kV (10 pC) auf 5,6kV (10 pC) angehoben.The partial discharge exposure voltage is reduced by these measures raised from about 1.5 kV (10 pC) to 5.6 kV (10 pC).

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leistungswiderstandes.Further details, features and advantages result from the following description of schematically in the drawings illustrated embodiments of the invention Power resistance.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs form des Leistungswiderstandes, Fig. 1 shows a longitudinal section through a first form of execution of the power resistor,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Anschlußbereich des Leistungswiderstandes, Fig. 2 shows a section through the terminal portion of the power resistor,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine teilentladungs reduzierte Ausführung des Leistungswiderstandes, Fig. 3 shows a longitudinal section through an embodiment of the power reduced partial discharge resistance,

Fig. 4 die Stromführung im Widerstandselement, Anordnung der Hilfslaschen und der Kontaktierungslaschen, Fig. 4, the current lead in the resistor element assembly of the assist straps and the Kontaktierungslaschen,

Fig. 5 die Metallisierung der Isolierplatten in Kombi nation mit einem Temperaturausgleichselement, Fig. 5, the metallization of the insulating plates in combi nation with a temperature compensation element,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungs form des Leistungswiderstandes. Fig. 6 shows a longitudinal section through a further embodiment form of the power resistor.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des elektrischen Leistungswiderstandes (1), der ein Widerstandselement (6) zwischen Isolierlagen (9) aufweist. Fig. 1 shows a first embodiment of the electrical power resistor ( 1 ), which has a resistance element ( 6 ) between insulating layers ( 9 ).

Bei dem Widerstandselement handelt es sich um eine Folie oder um ein Blech aus einem elektrischen Widerstandsmaterial, das großflächig oder bahnstrukturiert ausgebildet sein kann. Ebenso kann das Widerstandselement aus Cermet in Dickschicht technologie ausgeführt sein.The resistance element is a film or a sheet of electrical resistance material, which can be formed over a large area or with a web structure. Likewise, the resistance element made of cermet in thick film technology.

Das Widerstandselement (6) weist zwei Anschlüsse (8) auf, die rechtwinkelig nach oben geführt werden.The resistance element ( 6 ) has two connections ( 8 ) which are guided upwards at right angles.

Die Isolierlagen (9) bestehen aus gestapelten Isolier platten (4a, 4b,/4c, 4d), die vorzugsweise aus einem Keramik werkstoff wie z. B. Aluminiumoxyd oder Aluminiumnitrid gebil det sind.The insulating layers ( 9 ) consist of stacked insulating plates ( 4 a, 4 b, / 4 c, 4 d), which are preferably made of a ceramic material such as. B. alumina or aluminum nitride are gebil det.

Bei den zwischengeschalteten Temperaturausgleichselemen ten (5) handelt es sich vorzugsweise um eine Folie oder um ein Blech aus Kupfer oder Aluminium. Jedes andere Metall mit guter Wärmeleitung ist ebenso verwendbar.The intermediate temperature compensation elements ( 5 ) are preferably a foil or a sheet of copper or aluminum. Any other metal with good heat conduction can also be used.

Das Widerstandselement (6) ist zwischen die Isolierlagen (9) gepreßt. Zum Ausgleich der Gestaltabweichung 2. Ordnung, der Welligkeit der Isolierplatte (4b), wird eine elastisch verform bare Platte (7), beispielsweise ein Vlies aus Keramikwerkstoff unmittelbar auf das Widerstandselement (6) gelegt.The resistance element ( 6 ) is pressed between the insulating layers ( 9 ). To compensate for the shape deviation of the second order, the ripple of the insulating plate ( 4 b), an elastically deformable plate ( 7 ), for example a fleece made of ceramic material, is placed directly on the resistance element ( 6 ).

Das Keramikvlies wirkt gleichzeitig als Puffer zwischen den Isolierlagen (9), um ein Zusammenpressen, ohne Bruchgefahr für die Isolierplatten (4), zu ermöglichen.The ceramic fleece also acts as a buffer between the insulating layers ( 9 ) in order to allow them to be pressed together without the risk of the insulating plates ( 4 ) breaking.

Die mechanische Verbindung von Metallgrundplatte (2) und der Metalldeckplatte (3) geschieht durch Verbindungselemente wie Schrauben, Nieten oder dgl.The mechanical connection of the metal base plate ( 2 ) and the metal cover plate ( 3 ) is done by connecting elements such as screws, rivets or the like.

Bei den Metallplatten (2/3) handelt es sich erfindungsge mäß um stranggezogenes Aluminiumprofil bzw. es kann auch gewalztes Material zur Anwendung kommen.The metal plates ( 2/3 ) are, according to the invention, extruded aluminum profile, or rolled material can also be used.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist das Tempera turausgleichselement (5) kleinere Abmessungen auf als die Isolierplatten (4). Es ergeben sich dadurch umlaufende freie Flächenabschnitte (14). Durch diese umlaufenden Flächenabschnitte und durch die um jede Isolierplatte umlaufende Schmalfläche (15) wird die Spannungsfestigkeit mitbestimmt. As can be seen from the drawing, the tempera ture compensation element ( 5 ) has smaller dimensions than the insulating plates ( 4 ). This results in all-round free surface sections ( 14 ). The dielectric strength is also determined by these circumferential surface sections and by the narrow surface ( 15 ) encircling each insulating plate.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Anschlußbereich des Leistungswiderstandes (1). Fig. 2 shows a section through the connection area of the power resistor ( 1 ).

Das mechanisch stabile Anschlußteil (8), mit den Anschluß laschen des Widerstandselements (6) vorzugsweise durch Schweißung, Lötung oder dgl. verbunden, wird durch den Iso lator (11) geführt, der fest in der Metalldeckplatte (3) verankert ist.The mechanically stable connection part ( 8 ), with the connection lugs of the resistance element ( 6 ) preferably connected by welding, soldering or the like. Is guided by the isolator ( 11 ) which is firmly anchored in the metal cover plate ( 3 ).

Der Hohlraum zwischen Anschlußteil (8) und Isolator (11) ist mit Verguß (12) gefüllt.The cavity between the connector ( 8 ) and insulator ( 11 ) is filled with potting ( 12 ).

Ein Metallrahmen (10) verbindet mechanisch und wärme technisch Metallgrundplatte (2) und Metalldeckplatte (3), um den resultierenden Wärmewiderstand des Leistungswiderstandes durch Parallelschaltung des Wärmepfades (Widerstandselement, Metalldeckplatte, Metallrahmen, Metallgrundplatte) zum Wärmepfad (Widerstandselement, Metallgrundplatte) zu minimieren.A metal frame ( 10 ) mechanically and thermally connects the metal base plate ( 2 ) and the metal cover plate ( 3 ) in order to minimize the resulting thermal resistance of the power resistor by connecting the heat path in parallel (resistance element, metal cover plate, metal frame, metal base plate) to the heat path (resistance element, metal base plate).

Der Raum zwischen dem in "Sandwichbauweise" gebildeten inneren Widerstand und dem umlaufenden Metallrahmen (10) wird mit Vergußmasse (12), vorzugsweise mit RTV-Silicon ausgefüllt.The space between the "sandwich construction" internal resistance and the surrounding metal frame ( 10 ) is filled with potting compound ( 12 ), preferably with RTV silicone.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine teilentladungsredu zierte Ausführung des Leistungswiderstandes (1). Fig. 3 shows a longitudinal section through a partially discharge-reduced design of the power resistor ( 1 ).

Der Aufbau ist grundsätzlich identisch zum in Fig. 1 gezeig ten, so daß sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt. Abweichend sind die partiellen Metallisierungen (13) der Isolierplatten (4).The structure is basically identical to that shown in FIG. 1, so that a detailed description is unnecessary. The partial metallizations ( 13 ) of the insulating plates ( 4 ) differ.

Die Reduzierung der Teilentladung zwischen den verschiedenen Dielektrika wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle durch den Aufbau entstehenden Luftspalte durch partielle Metallisie rung potentialfrei geschaltet werden.The reduction in partial discharge between the different Dielectrics is solved according to the invention in that all the formation of air gaps due to partial metallization potential-free.

Die umlaufenden freien isolierenden Flächenabschnitte (14) werden durch die Temperaturausgleichselemente (5) auf Abstand gehalten, die elektrische Feldstärke in diesem Bereich in ihrer Wirkung reduziert.The surrounding free insulating surface sections ( 14 ) are kept at a distance by the temperature compensation elements ( 5 ), the effect of the electric field strength in this area is reduced.

Zusätzlich sind weitere Temperaturausgleichselemente (5) notwendig, um die Isolierlagen (9) und damit die freien Flächen abschnitte (14) auf Abstand zur Metallgrundplatte (2) und zu Metalldeckplatte (3) zu halten. In addition, further temperature compensation elements ( 5 ) are necessary in order to keep the insulating layers ( 9 ) and thus the free surface sections ( 14 ) at a distance from the metal base plate ( 2 ) and from the metal cover plate ( 3 ).

Zur optimalen Montage des Leistungswiderstandes (1) auf einer gekühlten Fläche ist ein formsteifer Niederhalter (21) vorge sehen. Kleinstmöglicher thermischer Widerstand ist bei allen Betriebszuständen gewährleistet.For optimal assembly of the power resistor ( 1 ) on a cooled surface, a rigid hold-down ( 21 ) is easily seen. The lowest possible thermal resistance is guaranteed in all operating conditions.

Fig. 4 Das im Beispiel mäanderförmig ausgebildete Wider standselement (6) weist eine Hauptanschlußlasche (16) auf, zur Erhöhung des Leitungsquerschnitts sind Hilfsanschlußlaschen (17) angeordnet. Diese Hilfsanschlußlaschen werden um 180 Grad deckungsgleich auf die Hauptanschlußlaschen umgelegt. Es sind auch mehr als zwei Hilfsanschlußlaschen möglich, wenn dies zur Reduzierung der Stromdichte erforderlich sein sollte. Fig. 4 The meandering in the example formed stand element ( 6 ) has a main connection plate ( 16 ), auxiliary connection plates ( 17 ) are arranged to increase the line cross section. These auxiliary connection brackets are placed on the main connection brackets by 180 degrees. More than two auxiliary connection tabs are also possible if this should be necessary to reduce the current density.

Im intensiv gekühlten Bereich (18) des Widerstandselements wird durch Ausbildung der Mäander der Stromfluß gezielt ge steuert, so daß ein Übertritt in den nicht intensiv gekühlten Anschlußbereich (19) bzw. in die Hauptanschlußlasche (16) in einem Winkel von kleiner/gleich 45 Grad zur Längsachse des Widerstandselements erfolgt. Kontaktierungslaschen (20) in diesem Anschlußbereich erlauben es, die Metallisierung der Isolierplatte (4b) mit der Metallisierung der durch das Keramik vlies (7) isoliert liegenden Isolierplatte (4c) zu verbinden.In the intensively cooled area ( 18 ) of the resistance element is controlled by training the meanders, the current flow is controlled ge, so that a transition into the not intensively cooled connection area ( 19 ) or in the main connection plate ( 16 ) at an angle of less than / equal to 45 degrees to the longitudinal axis of the resistance element. Contacting tabs ( 20 ) in this connection area allow the metallization of the insulating plate ( 4 b) to be connected to the metallization of the insulating plate ( 4 c) which is insulated by the ceramic fleece ( 7 ).

Eine Strukturierung (22) im Anschlußbereich ermöglicht es, einen planparallelen Zusammenbau durchzuführen.Structuring ( 22 ) in the connection area makes it possible to carry out a plane-parallel assembly.

Fig. 5 zeigt ein Detail zur erfindungsgemäßen Lösung der Metallisierung (13). Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Isolierplatte (4) mit partieller Metallisierung (13) versehen. Die kleinere Fläche der Metallisierung läßt einen Isolierenden Flächenabschnitt (14) auf der Isolierplatte frei. Fig. 5 shows a detail of the solution of the metallization ( 13 ) according to the invention. As can be seen from the drawing, the insulating plate ( 4 ) is provided with partial metallization ( 13 ). The smaller area of the metallization leaves an insulating surface section ( 14 ) free on the insulating plate.

Das gegenüber der Metallisierungsfläche kleinere Temperatur ausgleichselement (5) kontaktiert die Metallisierungen der Isolierplatten und wirkt gleichzeitig als Distanzhalter.The temperature compensation element ( 5 ), which is smaller than the metallization surface, contacts the metallizations of the insulating plates and at the same time acts as a spacer.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungs form des Leistungswiderstandes. Die Isolierplatte (4b) besteht aus einem von den anderen Isolierplatten abweichendem Material. In einer weiteren Variante ist die Isolierplatte (4c) wegen der besseren Druckverteilung stärker ausgeführt. Fig. 6 shows a section through a further embodiment form of the power resistor. The insulating plate ( 4 b) consists of a different material from the other insulating plates. In a further variant, the insulating plate ( 4 c) is made stronger because of the better pressure distribution.

Claims

1. Electrical power resistor with a resistance element ( 6 ) which is arranged between insulating layers ( 9 a / 9 b), characterized in that the insulating layers ( 9 a / 9 b) from at least two insulating plates ( 4 a / 4 b) and ( 4 c / 4 d) with intermediate temperature compensation elements ( 5 ) and are pressed with high surface pressure between metal plates ( 2/3 ).

2. Electrical power resistor according to claim 1, characterized in that between the metal base plate ( 2 ) and metal cover plate ( 3 ) a metal frame ( 10 ) adapted to the stack height of the inner structure is used.

3. Electrical power resistor according to claim 1 to 2, characterized in that an elastically deformable ceramic fleece ( 7 ) is attached directly to the resistance element ( 6 ) made of metal foil.

4. Electrical power resistor according to claim 1 to 2, characterized in that an elastically deformable ceramic fleece ( 7 ) is attached directly to the resistance element ( 6 ) made of cermet.

5. Electrical power resistor according to claim 1 to 3, characterized in that the resistance element ( 6 ) made of metal foil in the connection area next to the main connection tabs ( 16 ) has one or more auxiliary connection tabs ( 17 ).

6. Electrical power resistor according to claim 1 to 3 and claim 5, characterized in that the current flow in the resistance element ( 6 ) directed, with less than or equal to 45 degrees to the longitudinal axis of the intensely cooled area ( 18 ) in the not intensely cooled area ( 19 ) he follows.

7. Electrical power resistor according to claim 1 to 3 and claim 5 to 6, characterized in that the resistance element ( 6 ) is structured from metal foil in the non-current flowing area of the connection surface.

8. Electrical power resistor according to claim 1 to 7, characterized in that all the mounting surfaces of the insulating plates ( 4 ) and the insulators ( 11 ) have metallizations ( 13 ).

9. Electrical power resistor according to claim 1 to 3 and claim 5 to 8, characterized in that the resistance element ( 6 ) made of metal foil has one or more contacting tabs ( 20 ).

10. Electrical power resistor according to claim 1 to 9, characterized in that temperature compensation elements ( 5 ) between the insulating shutter ( 9 ) and the metal plates ( 2/3 ) are inserted.

11. Electrical power resistor according to claim 1 to 10, characterized in that more than one elastically deformable ceramic fleece ( 7 ) directly adjoin the resistance element ( 6 ).

12. Electrical power resistor according to claim 1 to 11, characterized in that the insulating plate ( 4 b), which is in direct contact with the resistance element ( 6 ), from one of the other insulating plates ( 4 a / 4 c / 4 d) different material exists.

13. Electrical power resistor according to claim 1 to 12, characterized in that the insulating plate ( 4 c) consists of thicker plate material than the remaining insulating plates ( 4 a / 4 b / 4 d).

14. Electrical power resistor according to claim 1 to 13, characterized in that a dimensionally stable hold-down ( 21 ) is used in the assembly of the power resistor ( 1 ).

15. Electrical power resistor with features from claims 2 to 14, characterized in that the resistance element ( 6 ) between insulating layers ( 9 ), consisting of more than two insulating plates ( 4 ) with interposed temperature compensation elements ( 5 ), with high surface pressure between metal plates ( 2/3 ) is pressed.

16. Electrical power resistor with features from claims 2 to 14, characterized in that the resistance element ( 6 ) between two insulating plates ( 4 ) with high surface pressure between metal plates ( 2/3 ) is pressed.