DE4343149C2 - Leistungswiderstand für den Einbau in einen Spannverband mit Flüssigkeitskühldosen und Halbleiterzellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungswiderstand für den Einbau in einen Spannverband mit Flüssigkeitskühl­ dosen und Halbleiterzellen gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Die Erfindung kann vorzugsweise bei Stromrichtergeräten für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, verwendet wer­ den.

Ein solcher Leistungswiderstand für den Einbau in einen Spannverband mit Flüssigkeitskühldosen und Halbleiterzellen ist aus der DE 39 33 956 A1 bekannt. Bei der dort vorge­ schlagenen Anordnung mit zwangsgekühltem, elektrischem Lei­ stungswiderstand sind mindestens ein elektrischer Lei­ stungswiderstand und mindestens ein für Siede- oder Kühl­ flüssigkeitskühlung geeigneter Flüssigkeitskühlkörper druckkontaktiert miteinander verbunden. Der Leistungswider­ stand besteht aus einem flachen, ebenen, metallischen Wi­ derstandselement mit mindestens zwei elektrischen Anschlüs­ sen und ist aus einem blechförmigen Werkstoff mit einem ho­ hen spezifischen elektrischen Widerstand gebildet. Bei Ein­ satz eines elektrisch leitenden Flüssigkeitskühlkörpers ist eine elektrisch isolierende, jedoch gut wärmeleitende Zwi­ schenlage zwischen Leistungswiderstand und Kühlkörper ange­ ordnet. Bei Einsatz eines elektrisch nichtleitenden Flüs­ sigkeitskühlkörpers liegt der Leistungswiderstand direkt auf dem Flüssigkeitskühlkörper. Es kann ein Spannverband, bestehend aus Leistungswiderständen, scheibenförmigen Halb­ leiterzellen und Flüssigkeitskühlkörpern gebildet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungs­ widerstand für den Einbau in einen Spannverband mit Flüs­ sigkeitskühldosen und Halbleiterzellen der eingangs genann­ ten Art anzugeben, der optimal für einseitige Kühlung ge­ eignet und damit für den Einbau in den beiden Randbereichen eines Spannverbandes prädestiniert ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß die im Widerstandsblech produzierte Wär­ meenergie fast ausschließlich zur Flüssigkeitskühldose ab­ fließt und daß der Leistungswiderstand die optimale Ausnut­ zung eines Spannverbandes mit druckkontaktierten Halblei­ terzellen und Beschaltungswiderständen in zweifacher Hin­ sicht ermöglicht. Zum ersten werden die bei üblichen Spann­ verbänden nur auf einer Seite mit einer Halbleiterzelle kontaktierten Flüssigkeitskühldosen an den Randbereichen des Spannverbandes durch Einbau der erfindungsgemäßen Lei­ stungswiderstände zusätzlich ausgenutzt, d. h. die erfin­ dungsgemäßen Leistungswiderstände benötigen keine eigenen Flüssigkeitskühldosen, sondern beaufschlagen die üblicher­ weise nur einseitig mit Halbleiterzellen kontaktierten Kühldosen. Zum zweiten ermöglicht der erfindungsgemäße Auf­ bau des Leistungswiderstandes eine sehr hohe thermische Ausnutzung des wärmeproduzierenden Widerstandsbleches, ohne daß dabei örtliche Überhitzungen auftreten oder ohne daß dabei Wärmeenergie zu den mechanischen Spannkomponenten des Spannverbandes abfließt. Insgesamt ergibt sich eine Einspa­ rung von Raumbedarf, von Gewicht und von Kosten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Leistungswiderstand im seitlichen Schnitt,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Leistungswider­ stand.

In Fig. 1 ist ein Leistungswiderstand im seitlichen Schnitt dargestellt. Ein Widerstandsblech 1 wird beidseitig mittels elektrisch isolierender Keramikscheiben, vorzugs­ weise AlN-Scheiben 2, 3 abgedeckt, wobei die AlN-Scheibe 2 auch entfallen kann, wenn der Leistungswiderstand mit einer Flüssigkeitskühldose aus einem elektrisch isolierenden Ma­ terial, beispielsweise aus AlN in Kontakt steht. An die AlN-Scheibe 3 schließen sich eine Wärmeisolationsscheibe 4 und eine Druckplatte 5 an.

Die Baukomponenten des Leistungswiderstandes AlN-Scheibe 2 - Widerstandsblech 1 - AlN-Scheibe 3 - Wärmeisolations­ scheibe 4 - Druckplatte 5 werden von einem Kunststoffge­ häuse 6 aus einem elektrisch isolierenden Material um­ schlossen. Das Kunststoffgehäuse 6 weist V-förmige Ring­ nuten 12, 13 für die präzise Arretierung der AlN-Scheiben 2, 3 auf. Vorspringende Rastnasen 10 fixieren die Wärme­ isolationsscheibe 4. Aufgrund dieser einfach handhabbaren Rasttechnik sind alle Baukomponenten des Leistungswider­ standes bereits vor der eigentlichen Montage im Spannver­ band unverlierbar vormontiert.

Der elektrische Anschluß des Leistungswiderstandes erfolgt über elektrische Anschlußkontakte 7 - vorzugsweise Steck­ kontakte -, die galvanisch leitend mit dem Widerstandsblech 1 verbunden sind. Das Kunststoffgehäuse 6 umfaßt teilweise die Anschlußkontakte 7, so daß sich eine rüttelsichere, me­ chanisch stabile Anschlußkonfiguration ergibt.

Mit Ziffer 11 ist der Isolator am Rand des Spannverbandes bezeichnet, der über seine Druckfläche gegen die Druck­ platte 5 des Leistungswiderstandes preßt. Die Druckplatte 5 stellt eine gleichmäßige Flächenpressung der Wärmeisolati­ onsscheibe 4 und der AlN-Scheibe 3 sicher.

In Fig. 2 ist eine Aufsicht auf einen Leistungswiderstand dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist das Widerstands­ blech 1 eine Vielzahl seitlicher Einschnitte 14 sowie einen mittleren Einschnitt 15 auf, wodurch sich eine bifilare, induktivitätsarme, mäanderförmige Anordnung ergibt. Wesent­ lich ist, daß die zum Anschluß mit den elektrischen An­ schlußkontakten 7 dienenden beiden Anschlußflächen 8 groß­ flächig ausgebildet sind, damit eine stärkere Erwärmung in diesen nicht in Kontakt mit der Flüssigkeitskühldose ste­ henden Flächen unterbleibt.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, wird das Widerstandsblech 1 vom Kunststoffgehäuse 6 umschlossen, wobei selbstverständ­ lich die elektrischen Anschlußkontakte 7 ausgespart sind. Auf diese Weise ist die dauerhafte Funktionstüchtigkeit des Leistungswiderstandes gewährleistet, da eine Verschmutzung oder eine Verunreinigung mit elektrisch leitfähiger Kühl­ flüssigkeit (vorzugsweise Brauchwasser) verhindert wird. Zur Arretierung des Widerstandsbleches können Haltezapfen 9 am Kunststoffgehäuse 6 angeformt sein, die in entsprechende Bohrungen in den Anschlußflächen 8 des Widerstandsbleches 1 eingreifen. Alternativ kann das Widerstandsblech 1 auch mittels Schrauben oder Nieten mit dem Kunststoffgehäuse 6 verbunden sein.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Leistungswiderstan­ des näher erläutert. Da der Leistungswiderstand nur einsei­ tig gekühlt wird, d. h. nur über die AlN-Scheibe 2 mit der Flüssigkeitskühldose kontaktiert ist oder bei der vorste­ hend erwähnten Variante ohne AlN-Scheibe 2 das Widerstands­ blech 1 nur über eine Seite direkt mit der Flüssigkeits­ kühldose in Kontakt steht, ist es von Wichtigkeit, daß die im Widerstandsblech während des Betriebes produzierte Wär­ meenergie möglichst vollständig zur Flüssigkeitskühldose abgeführt wird, und daß Teile des Spannverbandes, wie Iso­ lator 11, Federelemente usw. nicht unnötig aufgeheizt wer­ den. Die AlN-Scheibe 3 hat deshalb neben der Aufgabe der elektrischen Isolation die zusätzliche Aufgabe, einen Wärmeausgleich hinsichtlich der wärmeproduzierenden Flächen zu bewirken (Wärmequerleitung). Durch den Wärmeausgleich innerhalb der AlN-Scheibe 3 wird verhindert, daß sich über­ hitzte Flächen innerhalb des Widerstandsbleches 1 ausbil­ den, was die thermische Ausnutzbarkeit und damit die maxi­ mal mögliche Leistungsabgabe reduzieren würde. Die Wärme­ isolationsscheibe 4 verhindert fast völlig eine Wärmeablei­ tung von der AlN-Scheibe 3 zur Druckplatte 5 und somit zum Spannverband-Isolator 11.

Claims (6)

1. Leistungswiderstand für den Einbau in einen Spann­ verband mit Flüssigkeitskühldosen und Halbleiterzellen, wo­ bei der Leistungswiderstand ein flaches, ebenes Wider­ standsblech (1) aufweist, das mit elektrischen Anschlußkon­ takten (7) versehen ist, gekennzeichnet durch eine schicht­ förmige Anordnung Widerstandsblech (1) - Keramikscheibe, vorzugsweise AlN-Scheibe (3) - Wärmeisolationsscheibe (4).

2. Leistungswiderstand nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich eine Druckplatte (5) an die Wärme­ isolationsscheibe (4) anschließt.

3. Leistungswiderstand nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsblech (1) beid­ seitig mit Keramikscheiben, vorzugsweise AlN-Scheiben (2, 3) in Druckkontakt steht.

4. Leistungswiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenränder des Wider­ standsbleches (1), der Keramikscheibe(n) (2, 3), der Wärme­ isolationsscheibe (4) und gegebenenfalls der Druckplatte (5) von einem ringförmigen Kunststoffgehäuse (6) umschlos­ sen sind.

5. Leistungswiderstand nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Widerstandsblech (1) über Haltezapfen (9), Schrauben oder Nieten mit den Kunststoffgehäuse (6) verbunden ist.

6. Leistungswiderstand nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgehäuse (6) Mit­ tel (10, 12, 13) aufweist, die eine Arretierung der einzelnen Baukomponenten des Leistungswiderstandes, wie Keramikschei­ ben (2, 3), Wärmeisolationsscheibe (4) und gegebenenfalls Druckplatte (5) bereits vor der eigentlichen Montage im Spannverband gewährleisten.