EP3087570A1 - Widerstand und verfahren zur herstellung eines solchen widerstandes - Google Patents

Widerstand und verfahren zur herstellung eines solchen widerstandes

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EP3087570A1
EP3087570A1 EP14818961.6A EP14818961A EP3087570A1 EP 3087570 A1 EP3087570 A1 EP 3087570A1 EP 14818961 A EP14818961 A EP 14818961A EP 3087570 A1 EP3087570 A1 EP 3087570A1
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EP
European Patent Office
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wire
carrier
resistor according
end portion
winding
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EP14818961.6A
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Leonhard Vetter
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DBK David and Baader GmbH
Original Assignee
DBK David and Baader GmbH
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Publication date
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Publication of EP3087570A1 publication Critical patent/EP3087570A1/de
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    • H01C3/14—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element being formed in two or more coils or loops continuously wound as a spiral, helical or toroidal winding
    • H01C3/18—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element being formed in two or more coils or loops continuously wound as a spiral, helical or toroidal winding wound on a flat or ribbon base
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    • H01C3/20—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element being formed in two or more coils or loops continuously wound as a spiral, helical or toroidal winding wound on cylindrical or prismatic base
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    • H01C1/02—Housing; Enclosing; Embedding; Filling the housing or enclosure
    • H01C1/022—Housing; Enclosing; Embedding; Filling the housing or enclosure the housing or enclosure being openable or separable from the resistive element
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    • H01C1/00—Details
    • H01C1/02—Housing; Enclosing; Embedding; Filling the housing or enclosure
    • H01C1/028—Housing; Enclosing; Embedding; Filling the housing or enclosure the resistive element being embedded in insulation with outer enclosing sheath

Definitions

  • the invention relates to a resistor, preferably a braking, discharging or high load resistor according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a resistor.
  • Braking resistors are used, for example, to reduce excess energy, which can not be used for charging a battery or a capacitor arrangement or the like, in electrical drives in the case of recuperation, by converting these energy or voltage peaks into heat.
  • Braking or discharging resistors may be formed with ceramic PTC resistor elements or wire resistance elements. Braking resistors with ceramic PTC resistor elements are described, for example, in EP 1 225 080 B1 of the Applicant. Such braking resistors have a high reliability because of their strong with the temperature increasing resistance characteristic, since they abregein themselves in an overload. The disadvantage is that such PTC braking resistors are relatively expensive. In less demanding applications braking or discharging resistors - also called load resistors - are usually used, in which the resistance element is designed as a wire wound winding, which surrounds an insulating body. Cartridge-shaped embodiments of such wire resistance elements are disclosed, for example, in DE 2 228 460 or DE 37 03 689 C2.
  • the known braking resistor has the heat sink made of aluminum as a heat sink, in which the wire resistance element is used. Its positional positioning is done by micanite insulating plates, which hold the heating element at a distance from the peripheral wall of the extruded profile. Mikanit is the
  • micanite plates are used, which prevent a direct contacting of the wire resistor element with the heat sink and thus ensure the electrical insulation.
  • a closure is applied and cured on this backfilling.
  • thermosetting layer next to the filling instead of the thermosetting layer next to the filling insert a small plate in the heat sink, which is sealed by a sealant. Adjacent to the plate is then used, for example, a metallic or ceramic closure plate in the heat sink, which is mechanically connected thereto.
  • a metallic or ceramic closure plate in the heat sink which is mechanically connected thereto.
  • EP 1 852 878 B1 discloses a solution in which the wire resistance winding is pressed together with the carrier and the insulating plates arranged between the circumferential walls of the heat sink and the wire resistance winding, so that filling can be dispensed with.
  • the wire winding is usually wound around the two longitudinal legs of a multi-part frame-shaped micanite carrier, this winding extending from a connection side narrow side, then extending along a longitudinal leg of the frame, in the region of another narrow side then to the other, parallel legs goes over and leads from there back to the connection side narrow side.
  • the manufacturing cost of the multi-part carrier and the double-winding is significant.
  • the present invention seeks to provide a resistor in which with little device technology effort the
  • the invention has for its object to provide a method for producing such a resistor. This task is characterized by a resistance with the characteristics of
  • the resistor which may be designed as a braking, discharging or high-load resistor, hereinafter referred to simply as a braking resistor, is designed with a wire winding element having a wound around an insulating support wire wound winding whose ends are associated with connecting elements.
  • a predetermined wire section of the wire winding is better thermally insulated from the environment in comparison to the other wire winding, so that in the event of a fault the wire winding element fails in this wire section.
  • Intrinsic safety is defined by the following characteristics for a wire braking resistor:
  • Braking resistor but also the motor on which the system is bolted electrically conductive is energized.
  • this wire section is at least partially surrounded by the carrier or embedded in this.
  • the structure of the braking resistor is particularly simple if the carrier has two carrier elements, between which the wire section extends, while the remaining wire winding extends around the two carrier elements.
  • the wire winding extends away from a connection-side end section of the support toward another end section and is then returned between the support elements to the connection-side end section and is then connected there to a connection element. That In this variant, the wire passage extends between the two support elements.
  • Arcing in the deflection region can be prevented as far as possible when the winding is deflected at a distance from the other end portion of the carrier in the direction of the connection-side end portion. This can be effected relatively easily, in which this deflection takes place along a recess formed in the other end section of the carrier.
  • the support is made of an electrically and thermally insulating material such as micanite or the like.
  • the wire resistor is formed as a flat wire.
  • the distance of the wire turns should be more than 1, 5 mm in one embodiment.
  • round wire can be used, in this case, the distance is less, for example, 0.25 mm. The distances depend on the required total resistance of the system.
  • a round wire is preferably used in thicknesses between 0.1 mm to 0.45 mm. With such diameters, relatively large resistance values can be realized. If a smaller resistance is required, flat wire is preferred.
  • the mounting of the braking resistor is particularly easy if the carrier has recesses on the connection-side end section, in which the end sections of the winding can be prefixed.
  • the braking resistor is preferably formed with a heat sink, which has a receiving space, which accommodates the wire winding element, wherein the connecting lines extend through an end closure of the heat sink.
  • the electrical insulation with respect to the heat sink is particularly effective when the wire resistance element is embedded in a filling and further insulation elements are arranged between the filling and heat sink.
  • the wire resistance is first passed from the connection side between the two parts of the carrier and deflected at the opposite end portion of the carrier.
  • the carrier is then wrapped with the resistance wire, the winding direction extending to the terminal-side end portion of the carrier.
  • the wire winding element can also be pressed with the heat sink, wherein between the wire winding element and the heat sink electrically insulating plates are provided as insulation body. In such a variant can be dispensed with the described filling.
  • the wire winding element can be surrounded with an electrically insulating material that forms a heat storage and heat transfer element.
  • the cured block can then be inserted into the receiving space of the heat sink. In principle, it is also possible to shed the wire winding element directly in the heat sink.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional illustration of a braking resistor according to the invention
  • Figure 2 shows the braking resistor of Figure 1 with the top surface removed
  • Figure 3 is a view of a wire winding element of the braking resistor according to Figures 1 and 2;
  • Figure 4 is a diagrammatically broken view of the wire winding element according to Figure 3;
  • Figure 5 is a detail view of the wire winding of the wire winding element according to Figures 3 and 4 and
  • Figure 6 is a sectional view of a variant of a braking resistor.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of a device according to the invention
  • Braking resistor 1 The invention will be explained with reference to a resistor (braking, discharging or high load resistance). In principle, however, the inventive concept can also be used as a heating resistor in a heater. Accordingly, this has a designed as an aluminum extruded section heat sink 2, in which in the following explained in more detail receiving space (see Figure 2), a wire winding element is added. The contacting of this wire winding element via two connecting lines 4, 6, which pass through a connection-side closure 8. The heat sink 2 serves as a heat storage, which absorbs the heat generated at the wire winding element. The heated heat sink is then in heat exchange with the environment.
  • the heat sink is designed with the heat exchange surface increasing cooling fins 10 and has recesses 12 in the corner regions, which allow attachment of the heat sink 2 to a housing or the like.
  • a bottom-side closure is formed, as will be explained in more detail below.
  • the cooling fins 10 are formed only in an upper cover wall, referred to below as a cover surface 14; of course, these can also be formed in the cover surface 16 lying below.
  • cover surface 14 a cover surface 14
  • These top surfaces protrude laterally from the main body of the heat sink 2, so that side walls 18, 20 are formed approximately as a U-profile. In this U-profile additional elements, such. Temperature sensor or limiter are mounted. Other geometries are possible.
  • FIG. 2 shows the braking resistor according to FIG. 1 with the top surface 14 removed, so that the addressed wire winding element 22 is visible.
  • the illustrated layer structure of this braking resistor 1 is known in principle from the aforementioned prior art according to DE 10 201 1 001 362 A1, so that only the elements essential for understanding the invention are described here.
  • the wire winding element 22 is inserted into a receiving space 24 of the heat sink 2.
  • This receiving space 24 is through the two U-shaped side walls 18, 20, the two top walls or top surfaces 14, 16 (top surface 14 in the illustration 2 removed), the connection-side closure 8 and the mentioned further bottom-side closure 26 limited.
  • the two plate-shaped closures 8, 26 may for example consist of metal, ceramic or glass and are preferably caulked to the heat sink 2.
  • a micanite plate 28 is arranged, which is fixed in position by means of a potting compound or the like, not shown. It is also possible to press in the micanite plate 28. This plate 28 abuts two longitudinal micanite insulating panels 30, 32 which extend to two terminal-side plates 34, 36. These are in turn arranged at a distance from the closure 8 and held by means of a sealant. As explained in DE 10 201 1 001 362 A1, these two plates 34, 36 have mutually formed recesses which, in the assembled state, complement one another for feedthroughs for the two connection lines 4, 6, these feedthroughs encompassing the circumference of the lines. Corresponding bushings 37a, 37b are also formed in the closure 8.
  • At least one micanite base plates are provided per side, between which the wire winding element 22 is then arranged. Accordingly, these two micanite base plates, the longitudinally arranged insulating plates 30, 32 and the front side arranged platelets 28, 34, 36 form a closed insulating body, which surrounds the wire winding element 22 box-shaped.
  • the receiving space 24 is filled with a sand filling, which is partially solidified by shaking, so that the wire winding element 22 is reliably positioned in the receiving space 24 and also effectively thermally coupled to the heat sink. In this case, the wire is positioned position.
  • FIGS. 3 to 5 show an individual view of the wire winding element 22 according to FIG. 2.
  • the wire winding element 22 has a support 38 made of micanite, which according to the broken view in FIG consists of two micanite carrier elements 40, 42, of which in the illustration according to FIG. element 42 is visible. This covers the top in FIG. 4 support element 40th
  • the two substantially congruent support elements 40, 42 have a connection-side end portion 44 and an end portion 46 remote therefrom, which are widened on both sides relative to a winding portion 48 arranged therebetween.
  • connection-side end portion 44 two connection regions 50, 52 are provided, which are each formed by a welding bridge, to which the two connection lines 4, 6 are dotted or connected in some other way.
  • the carrier 38 carries the actual wire winding.
  • the resistance wire 54 used here is in the illustrated embodiment as a flat wire with a rectangular
  • Winding distance W is preferably more than 0.5 mm.
  • the wire diameters are usually in the range between 0.1 mm to 0.45 mm.
  • the end 56 of the wire 54 lying at the bottom in FIG. 3 and lying at the top in FIG. 4 can be contacted with the connection region 52 of the connection line 4.
  • the wire 54 is then guided between the two carrier elements 42, 44 through to a recess 58 formed at the other end portion 46 of the carrier 38 and deflected there.
  • This deflection region of the wire is provided with the reference numeral 60 in FIG. From this deflection region 60, the wire 54 is then guided to the adjacent region of the winding section 48 and then the carrier 38 is wrapped until the wire 54 again reaches the connection-side end section 44.
  • the corresponding end 62 of the wire is then contacted with the connection region 50 and thus with the connection line 6.
  • a prefixing of the wire winding is possible in that the respective ends 56, 62 are clamped in two recesses 64, 66, so that then after the assembly, the contacting with the connecting lines 4, 6 can be done.
  • the wire section 68 passed through between the two carrier elements 40, 42 is opposite the outer winding by the two plate-shaped micanitis Carrier elements 40, 42 thermally insulated.
  • the wire section 68 lying between the carrier elements 40, 42 will heat significantly more than the outer, cooled by the heat sink 2 winding, so that accordingly also the burn-through in the region of this passage.
  • the burn-through takes place in such a way that immediately forms an interruption point, which is so far that a forming arc is quickly interrupted. This makes the element intrinsically safe, in particular, a physical connection (electrical connection to the housing) is impossible.
  • FIG. 5 shows an individual view of the wound wire 54.
  • the wire section 68 extending between the two support elements 40 and 42 is visible, which extends through the interior of the winding and is contacted at its end 56 to the connection 52.
  • This somewhat obliquely to the winding axis extending wire portion 68 is deflected in the region of the deflection 60; the actual winding then extends back again, to the right in FIG. 5, and ends in the somewhat inclined end 62, which can be contacted with the further connection 50.
  • FIG. 6 shows a filler, such as MgO, to position the wire winding element 22 in the receiving space 24.
  • a filler such as MgO
  • EP 1 852 878 B1 are pressed together.
  • the illustrated side walls 74, 76 are retracted in the manner shown inwardly, so that the wire winding element 22 with the associated
  • Insulating body is reliably positioned position. In this compression, the
  • Wire winding element 22 according to the invention with a heat storage
  • wire winding element 22 is potted with a hardening material, which may for example consist of a mixture of MgO and water glass and under a protective gas atmosphere and
  • This electrically insulating potting material surrounds the wire winding element 22, so that it can be inserted as a "block" into the receiving space 24 of the heat sink 2.
  • the attachment can be effected, for example, by pressing or pressing in. In principle, this is also possible
  • a resistor preferably a brake, discharge or
  • High load resistor and a method for producing such a resistor in which a wire section of a wire winding is thermally insulated from the other wire winding, so that fails in the case of failure of the wire section.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Details Of Resistors (AREA)

Abstract

Offenbart ist ein Widerstand, vorzugsweise ein Brems-, Entlade- oder Hochlast- widerstand und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Widerstandes, bei denen ein Drahtabschnitt einer Drahtwicklung thermisch gegenüber der sonstigen Drahtwicklung isoliert ist, so dass im Fehlerfall der Drahtabschnitt versagt.

Description

Widerstand
und
Verfahren zur Herstellung eines solchen Widerstandes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Widerstand, vorzugsweise einen Brems-, Entlade- oder Hochlastwiderstand gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Widerstandes.
Bremswiderstände werden beispielsweise eingesetzt, um bei elektrischen Antrieben im Rekuperationsfall überschüssige Energie, die nicht zum Laden einer Batterie oder einer Kondensatoranordnung oder dergleichen verwendet werden kann, abzubauen, indem diese Energie- bzw. Spannungsspitzen in Wärme umgewandelt werden.
Brems- oder Entladewiderstände können mit keramischen PTC-Wider- standselementen oder Drahwiderstandselementen ausgebildet sein. Bremswiderstände mit keramischen PTC-Widerstandselementen sind beispielsweise in der EP 1 225 080 B1 der Anmelderin beschrieben. Derartige Bremswiderstände haben aufgrund ihrer stark mit der Temperatur ansteigenden Widerstandskennlinie eine hohe Betriebssicherheit, da sie sich bei einer Überlast selbst abregein. Nachteilig ist, dass derartige PTC- Bremswiderstände vergleichsweise teuer sind. Bei weniger anspruchsvollen Anwendungen werden in der Regel Brems- oder Entladewiderstände - auch Lastwiderstände genannt, genutzt, bei denen das Widerstandselement als Drahtwiderstandswicklung ausgebildet ist, die einen Isolierkörper umgreift. Patronenförmige Ausführungen derartiger Drahtwiderstandselemente sind beispielsweise in der DE 2 228 460 oder der DE 37 03 689 C2 offenbart. Diese patro- nenförmigen Bremswiderstände haben jedoch einen vergleichsweise komplexen Aufbau. Deutlich kompakter sind Lösungen, bei denen das Drahtwiderstandselement eine Drahtwicklung hat, die auf einen flachen Träger aufgewickelt ist und das dann in einen als Hohlprofil ausgebildeten Kühlkörper eingesetzt wird. Somit ist ein gekapselter Aufbau zur Erhöhung der Sicherheit realisiert.
Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der EP 1 71 1 035 A1 der Anmelderin er- läutert. Demgemäß hat der bekannte Bremswiderstand den als Strangpressprofil aus Aluminium hergestellten Kühlköper, in den das Drahtwiderstandselement eingesetzt ist. Dessen Lagepositionierung erfolgt über Mikanit-Isolierplatten, die das Heizelement im Abstand zu der Umfangswandung des Strangpressprofils halten. Mikanit ist der
Handelsname eines Pressglimmermaterials, welches einen festen, plattenförmigen Iso- lierstoff bildet. Die stirnseitige Abdichtung des Kühlkörpers erfolgt jeweils über einen Verschluss, wobei ein stromzuführungsseitiger Verschluss von zwei Anschlussleitungen durchdrungen ist. Herkömmlicher Weise werden diese Verschlüsse dadurch ausgebildet, dass das Strangpressprofil zunächst auf eine Montagevorrichtung aufgesetzt und dann eine Mikanit-Platte in eine stirnseitige Aufnahme des Strangpressprofils eingesetzt bzw. verpresst wird. Diese Mikanit-Platte wird dann mit Silikon oder einer entsprechenden Dichtmasse, wie z.B. Sauereisenzement, bodenseitig vergossen und ausgehärtet. Nach dem Aushärten wird das Drahtwiderstandselement in den Aufnahmeraum eingebracht und mit MgO verfüllt, wobei die Fülldichte durch Rütteln erhöht wird. Das MgO dient dabei als Isolationsmaterial und als Wärmespeicher. Zusätzlich wird durch das MgO das Drahtwiderstandselement und/oder die Lage der Drahtwicklungen fixiert.
Dabei werden vor dem Füllen in den Aufnahmeraum Mikanit-Platten eingesetzt, die eine direkte Kontaktierung des Drahtwiderstandselementes mit dem Kühlkörper verhindern und so die elektrische Isolierung sicherstellen. Auf diese Verfüllung wird dann wiederum ein Verschluss aufgebracht und ausgehärtet.
Da dieses Herstellverfahren aufgrund der zweimaligen Aushärtung vergleichsweise aufwendig ist, wird in der DE 10 201 1 001 362 A1 vorgeschlagen, anstelle der aushärtenden Schicht zunächst benachbart zur Füllung ein Plättchen in den Kühlkörper einzusetzen, das durch ein Dichtmittel abgedichtet ist. Benachbart zum Plättchen wird dann eine z.B. metallische oder keramische Verschlussplatte in den Kühlkörper eingesetzt, die mit diesem mechanisch verbunden ist. Ein derartiges Konzept lässt sich mit deutlich verringerten Fertigungszeiten realisieren, da das zeitintensive und auch im Hinblick auf die Lagerhaltung komplexe Aushärten entfällt. In der EP 1 852 878 B1 ist eine Lösung offenbart, bei der die Drahtwiderstandswicklung mit dem Träger und den zwischen den Umfangswandungen des Kühlkörpers und der Drahtwiderstandswicklung angeordneten Isolierplatten verpresst sind, so dass auf eine Füllung verzichtet werden kann. Bei derartigen Drahtwiderstandselementen ist die Drahtwicklung üblicher Weise um die beiden Längsschenkel eines mehrteiligen rahmenförmigen Mikanit-Trägers gewickelt, wobei diese Wicklung von einer anschlussseitigen Schmalseite ausgeht, sich dann entlang eines Längsschenkels des Rahmens erstreckt, im Bereich einer anderen Schmalseite dann zum anderen, parallel verlaufenden Schenkel übergeht und von dort zurück zur anschlussseitigen Schmalseite führt. Der Fertigungsaufwand für den mehrteiligen Träger und die Zweifachwicklung ist erheblich.
Nachteilig bei all diesen Lösungen ist, dass es im Fehlerfall, beispielsweise bei Auftreten einer überhöhten Spannung zu einer Überhitzung der Drahtwicklung kommen kann, was zu einem Durchbrennen oder gar zu einem partiellen Aufschmelzen des benachbarten Strangpressprofils führen kann. Drahtwiderstandselemente sind zwar üblicher Weise mit einer Schutzschaltung versehen, die im Überlastfall ansprechen soll - im Fehlerfall kann es trotzdem zu einer Lichtbogenbildung und den damit verbundenen vorbeschriebenen Problemen kommen. Da dieser Lichtbogen so zusagen von Wicklung zu Wicklung springt, kann man auch nicht vorab beurteilen, an welcher Stelle dieses Durchbrennen erfolgt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Widerstand zu schaffen, bei dem mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand die
Betriebssicherheit verbessert ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Widerstandes zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Widerstand mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst. Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird der Widerstand, der als Brems-, Entlade- oder Hochlastwiderstand ausgeführt sein kann, im Folgenden der Einfachheit halber Bremswiderstand genannt, mit einem Drahtwickelelement ausgeführt, das eine um einen isolieren- den Träger gewickelte Drahtwiderstandswicklung hat, deren Enden Anschlusselementen zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist ein vorbestimmter Drahtabschnitt der Drahtwicklung im Vergleich zur sonstigen Drahtwicklung gegenüber der Umgebung besser thermisch isoliert, so dass im Fehlerfall das Drahtwickelelement in diesem Drahtabschnitt versagt.
Auf diese Weise kann konstruktiv ohne Verringerung des Drahtquerschnittes vorbestimmt werden, in welchem Bereich die Drahtwicklung im Fehlerfall durchbrennt, so dass bei entsprechender Ausgestaltung dieses Bereiches die Gefahr einer
Beschädigung benachbarter Komponenten sowie ein gefährlicher elektrischer Kontakt zum Gehäuse, d.h. ein Korperschluss, verhindert werden kann, und ein„eigensicheres Aussteigen" des Bremswiderstandes ermöglicht wird.
Dadurch wird die Eigensicherheit des Systems gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verbessert. Die„Eigensicherheit" wird bei einem Draht-Bremswiderstand über folgende Merkmale definiert:
- Es kommt nicht zu einem Korperschluss, dass heißt einem Durchschlagen des Stroms auf das Gehäuse. In diesem Fall wäre nicht nur das Gehäuse des
Bremswiderstandes sondern auch der Motor, auf dem das System elektrisch leitend verschraubt ist unter Spannung gesetzt.
- Es bleibt ein genügend hoher Isolationswiderstand des Systems erhalten.
- Es bleibt eine genügend hohe Spannungsfestigkeit des Systems erhalten. - Es liegt eine hinreichende thermische Sicherheit vor, also eine Sicherheit gegen Überhitzung des Systems mit einer daraus resultierenden Gefährdung von umliegenden Bauelementen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dieser Drahtabschnitt zumindest abschnittsweise vom Träger umgeben oder in diesen eingebettet.
Der Aufbau des Bremswiderstandes ist besonders einfach, wenn der Träger zwei Trägerelemente aufweist, zwischen denen der Drahtabschnitt verläuft, während die verbleibende Drahtwicklung um die beiden Trägerelemente verläuft.
Bevorzugt wird es weiterhin, wenn die Drahtwicklung sich von einem anschlussseitigen Endabschnitt des Trägers weg, hin zu einem anderen Endabschnitt erstreckt und dann zwischen den Trägerelementen zum anschlussseitigen Endabschnitt rückgeführt ist und dort dann mit einem Anschlusselement verbunden ist. D.h. bei dieser Variante erstreckt sich die Drahtdurchleitung zwischen den beiden Trägerelementen.
Diese werden vorzugsweise plattenförmig ausgebildet, so dass diese Drahtrückführung/Drahtdurchleitung zwischen den Platten verläuft und sich entsprechend ein sandwichartiger Aufbau ergibt.
Eine Lichtbogenbildung im Umlenkungsbereich lässt sich weitestgehend verhindern, wenn die Wicklung im Abstand zum anderen Endabschnitt des Trägers in Richtung zum anschlussseitigen Endabschnitt umgelenkt ist. Dies kann relativ einfach bewirkt werden, in dem diese Umlenkung entlang einer in dem anderen Endabschnitt des Trägers ausgebildeten Ausnehmung erfolgt.
Auch eine seitliche Lichtbogenbildung kann vermieden werden, wenn der umwickelte Bereich des Trägers gegenüber seinen Endabschnitten zurückgesetzt ist, so dass diese beidseitig über die Wicklung überstehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Träger aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material, wie z.B. Mikanit oder dergleichen hergestellt. Besonders bevorzugt wird es, wenn der Drahtwiderstand als Flachdraht ausgebildet ist. Der Abstand der Drahtwindungen soll bei einem Ausführungsbeispiel mehr als 1 ,5 mm betragen. Selbstverständlich kann auch Runddraht verwendet werden, in diesem Fall ist der Abstand geringer, beispielsweise 0,25 mm. Die Abstände richten sich nach den erforderlich Gesamtwiderstand des Systems. Ein Runddraht wird vorzugsweise in Stärken zwischen 0,1 mm bis 0,45 mm verwendet. Mit derartigen Durchmessern lassen sich relativ große Widerstandswerte realisieren. Falls ein kleinerer Widerstand erforderlich ist, wird Flachdraht bevorzugt. Die Montage des Bremswiderstandes ist besonders einfach, wenn der Träger am anschlussseitigen Endabschnitt Ausnehmungen hat, in denen die Endabschnitte der Wicklung vorfixiert werden können.
Der Bremswiderstand wird vorzugsweise mit einem Kühlkörper ausgebildet, der einen das Drahtwickelelement aufnehmenden Aufnahmeraum hat, wobei sich die Anschlussleitungen durch einen stirnseitigen Verschluss des Kühlkörpers hindurch erstrecken.
Die elektrische Isolierung gegenüber dem Kühlkörper ist besonders wirksam, wenn das Drahtwiderstandselement in eine Füllung eingebettet ist und zwischen Füllung und Kühlkörper weitere Isolationselemente angeordnet werden.
Dementsprechend wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst der Drahtwiderstand von der Anschlussseite her zwischen den beiden Teilen des Trägers hindurchgeführt und an dem gegenüberliegenden Endabschnitt des Trägers umgelenkt. In der Folge wird dann der Träger mit dem Widerstandsdraht umwickelt, wobei sich die Wickelrichtung hin zum anschlussseitigen Endabschnitt des Trägers erstreckt. Bei einer Variante der Erfindung kann das Drahtwickelelement auch mit dem Kühlkörper verpresst werden, wobei zwischen dem Drahtwickelelement und dem Kühlkörper elektrisch isolierende Platten als Isolationskörper vorgesehen werden. Bei einer derartigen Variante kann auf die beschriebene Füllung verzichtet werden.
Alternativ kann das Drahtwickelelement auch mit einem elektrisch isolierenden Material umgössen werden, das ein Wärmespeicher- und Wärmeübertragungselement ausbildet. Der ausgehärtete Block kann dann in den Aufnahmeraum des Kühlkörpers eingesetzt werden. Prinzipiell ist es auch möglich, das Drahtwickelelement direkt im Kühlkörper zu vergießen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Bremswiderstandes;
Figur 2 den Bremswiderstand aus Figur 1 bei abgenommener Deckfläche; Figur 3 eine Ansicht eines Drahtwickelelementes des Bremswiderstandes gemäß den Figuren 1 und 2;
Figur 4 eine zeichnerisch aufgebrochene Darstellung des Drahtwickelelementes gemäß Figur 3;
Figur 5 eine Einzeldarstellung der Drahtwicklung des Drahtwickelelementes gemäß den Figuren 3 und 4 und
Figur 6 eine Schnittdarstellung einer Variante eines Bremswiderstands.
Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen
Bremswiderstandes 1 . Die Erfindung wird anhand eines Widerstands (Brems-, Entlade- oder Hochlastwiderstand) erläutert. Prinzipiell lässt sich das erfindungsgemäße Konzept jedoch auch als Heizwiderstand bei einem Heizer verwenden. Demgemäß hat dieser einen als Aluminium-Stranggussprofil ausgebildeten Kühlkörper 2, in dessen im Folgenden noch näher erläuterten Aufnahmeraum (siehe Figur 2) ein Drahtwickelelement aufgenommen ist. Die Kontaktierung dieses Drahtwickelelementes erfolgt über zwei Anschlussleitungen 4, 6, die einen anschlussseitigen Verschluss 8 durchsetzen. Der Kühlkörper 2 dient als Wärmespeicher, der die am Draht- Wickelelement entstehende Wärme aufnimmt. Der erwärmte Kühlkörper steht dann im Wärmeaustausch mit der Umgebung.
Der Kühlkörper ist mit die Wärmeaustauschfläche vergrößernden Kühlrippen 10 ausgeführt und hat in den Eckbereichen Ausnehmungen 12, die eine Befestigung des Kühlkörpers 2 an einem Gehäuse oder dergleichen ermöglichen. An dem von den Anschlussleitungen 4, 6 entfernten Endabschnitt des Kühlkörpers 2 ist, wie im Folgenden noch näher erläutert, ein bodenseitiger Verschluss ausgebildet. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlrippen 10 lediglich in einer oberen Deckwandung, im Folgenden Deckfläche 14 genannt, ausgebildet, selbstverständlich können diese auch in der unten liegenden Deckfläche 16 ausgebildet werden. Diese Deckflächen überstehen den Grundkörper des Kühlkörpers 2 seitlich, so dass Seitenwandungen 18, 20 etwa als U-Profil ausgebildet sind. In dieses U-Profil können Zusatzelemente, wie z.B. Temperaturfühler oder -begrenzer montiert werden. Auch andere Geometrien sind möglich.
Figur 2 zeigt den Bremswiderstand gemäß Figur 1 mit abgenommener Deckfläche 14, so dass das angesprochene Drahtwickelelement 22 sichtbar ist. Der dargestellte Schichtaufbau dieses Bremswiderstandes 1 ist im Prinzip aus dem eingangs genannten Stand der Technik gemäß der DE 10 201 1 001 362 A1 bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente beschrieben werden. Das Drahtwickelelement 22 ist in einen Aufnahmeraum 24 des Kühlkörpers 2 eingesetzt. Dieser Aufnahmeraum 24 ist durch die beiden U-förmigen Seitenwandungen 18, 20, die beiden Deckwandungen oder Deckflächen 14, 16 (Deckfläche 14 in der Darstellung gemäß Figur 2 entfernt), den anschlussseitigen Verschluss 8 und den erwähnten weiteren bodenseitigen Verschluss 26 begrenzt. Die beiden plattenförmigen Verschlüsse 8, 26 können beispielsweise aus Metall, Keramik oder Glas bestehen und sind vorzugsweise mit dem Kühlkörper 2 verstemmt.
Im Abstand zum Verschluss 26 ist ein Mikanit-Plättchen 28 angeordnet, das mittels einer nicht dargestellten Vergussmasse oder dergleichen lagefixiert ist. Auch ein Einpressen des Mikanit-Plättchens 28 ist möglich. Dieses Plättchen 28 grenzt an zwei längsseitige Mikanit-Isolierplatten 30, 32 an, die sich hin zu zwei anschlussseitigen Plättchen 34, 36 erstrecken. Diese sind wiederum im Abstand zum Verschluss 8 angeordnet und mittels einer Dichtmasse gehalten. Wie in der DE 10 201 1 001 362 A1 erläutert, haben diese beiden Plättchen 34, 36 wechselseitig ausgebildete Ausnehmungen, die sich im zusammengefügten Zustand zu Durchführungen für die beiden Anschlussleitungen 4, 6 ergänzen, wobei diese Durchführungen den Umfang der Lei- tungen umgreifen. Entsprechende Durchführungen 37a, 37b sind auch im Verschluss 8 ausgebildet.
Im Bereich zwischen dem Drahtwickelelement 22 und der unteren Deckfläche 16 sowie der in Figur 2 abgenommenen oberen Deckfläche 14 des Kühlkörpers 2 sind noch je Seite zumindest eine Mikanit-Bodenplatten vorgesehen, zwischen denen dann das Drahtwickelelement 22 angeordnet ist. Dementsprechend bilden diese beiden Mikanit-Bodenplatten, die längsseitig angeordneten Isolierplatten 30, 32 und die stirnseitig angeordneten Plättchen 28, 34, 36 einen geschlossenen Isolierkörper, der das Drahtwickelelement 22 kastenförmig umgreift. Der Aufnahmeraum 24 wird mit einer Sandfüllung gefüllt, die durch Rütteln teilverfestigt wird, so dass das Drahtwickelelement 22 zuverlässig im Aufnahmeraum 24 lagepositioniert und auch effektiv thermisch an den Kühlkörper angekoppelt ist. Dabei wird auch der Draht lagepositioniert.
Der Aufbau des Drahtwickelelementes 22 erschließt sich aus den Figuren 3 bis 5. Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Einzeldarstellung des Drahtwickelelementes 22 gemäß Figur 2. Das Drahtwickelelement 22 hat einen aus Mikanit hergestellten Träger 38, der gemäß der aufgebrochenen Darstellung in Figur 4 im Prinzip aus zwei Mikanit-Trägerelementen 40, 42 besteht, von denen in der Darstellung gemäß Figur 3 nur das Träger- element 42 sichtbar ist. Dieses überdeckt das in Figur 4 oben liegende Trägerelement 40.
Die beiden im Wesentlichen deckungsgleichen Trägerelemente 40, 42 haben einen anschlussseitigen Endabschnitt 44 und einen davon entfernten Endabschnitt 46, die beidseitig gegenüber einem dazwischen angeordneten Wickelabschnitt 48 verbreitert sind. Am anschlussseitigen Endabschnitt 44 sind zwei Anschlussbereiche 50, 52 vorgesehen, die jeweils durch eine Schweißbrücke gebildet sind, an die die beiden Anschlussleitungen 4, 6 angepunktet oder auf sonstige Weise angebunden sind. Der Träger 38 trägt die eigentliche Drahtwicklung. Der hier verwendete Widerstandsdraht 54 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Flachdraht mit rechteckförmigem
Querschnitt ausgebildet und ist aus einer Heizdrahtlegierung hergestellt. Der
Wicklungsabstand W beträgt vorzugsweise mehr als 0,5 mm. Wie eingangs erläutert, kann anstelle eines Flachdrahtes auch ein Runddraht verwendet werden. In diesem Fall liegen die Drahtdurchmesser üblicherweise im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,45 mm.
Beim Wickeln kann in einem ersten Arbeitsgang zunächst das in Figur 3 unten liegende und in Figur 4 oben liegende Ende 56 des Drahts 54 mit dem Anschlussbereich 52 der Anschlussleitung 4 kontaktiert werden. In einem folgenden Arbeitsgang wird dann der Draht 54 zwischen den beiden Trägerelementen 42, 44 hindurch hin zu einer am anderen Endabschnitt 46 des Trägers 38 ausgebildeten Ausnehmung 58 geführt und dort umgelenkt. Dieser Umlenkungsbereich des Drahts ist in Figur 4 mit dem Bezugszeichen 60 versehen. Von diesem Umlenkungsbereich 60 wird der Draht 54 dann zum benachbarten Bereich des Wickelabschnittes 48 geführt und anschließend der Träger 38 umwickelt, bis der Draht 54 wieder den anschlussseitigen Endabschnitt 44 erreicht. Das entsprechende Ende 62 des Drahts wird dann mit dem Anschlussbereich 50 und damit mit der Anschlussleitung 6 kontaktiert. Eine Vorfixierung der Drahtwicklung ist dadurch möglich, dass die jeweiligen Enden 56, 62 in zwei Ausnehmungen 64, 66 eingeklemmt werden, so dass dann nach der Montage die Kontaktierung mit den Anschlussleitungen 4, 6 erfolgen kann.
Der zwischen den beiden Trägerelementen 40, 42 durchgeleitete Drahtabschnitt 68 ist gegenüber der außen liegenden Wicklung durch die beiden plattenförmigen Mikanit- Trägerelemente 40, 42 thermisch isoliert. Im Fehlerfall wird sich der zwischen den Trägerelementen 40, 42 liegende Drahtabschnitt 68 deutlich mehr erhitzen als die außen liegende, vom Kühlkörper 2 gekühlte Wicklung, so dass entsprechend auch das Durchbrennen im Bereich dieser Durchleitung erfolgt. Das Durchbrennen erfolgt hierbei derart, dass sich sofort eine Unterbrechungsstelle bildet, welche so weit ist, dass ein sich bildender Lichtbogen schnell unterbrochen wird. So wird das Element eigensicher, insbesondere ist ein Körperschluss (elektrische Verbindung zum Gehäuse) unmöglich.
Eine Beschädigung weiterer Bauelemente durch eine thermische Überhitzung ist somit zuverlässig ausgeschlossen.
Figur 5 zeigt eine Einzeldarstellung des gewickelten Drahts 54. Man erkennt den zwischen den beiden Trägerelementen 40 und 42 verlaufenden Drahtabschnitt 68, der sich durch das Innere der Wicklung erstreckt und mit seinem Ende 56 mit dem An- schluss 52 kontaktiert wird. Dieser etwas schräg zur Wickelachse verlaufende Drahtabschnitt 68 ist im Bereich der Umlenkung 60 umgelenkt; die eigentliche Wicklung erstreckt sich dann wieder zurück, nach rechts in Figur 5 und endet in dem etwas schräg angestellten Ende 62, das mit dem weiteren Anschluss 50 kontaktiert werden kann. Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Drahtwickelelement 22 mit den einen Isolierkörper bildenden Mikanitplatten in den Aufnahmeraum 24 des
Isolierkörpers 2 eingesetzt, wobei der verbleibende Hohlraum mit einem Füllstoff, beispielsweise MgO verfüllt ist, um das Drahtwickelelement 22 im Aufnahmeraum 24 zu positionieren. Diese Verfüllung ist vergleichsweise aufwendig. Figur 6 zeigt ein
Ausführungsbeispiel, bei dem das erfindungsgemäße Drahtwickelelement 22 mit interner Rückführung und die dieses umgebenden Mikanit-Isolierplatten, von denen hier die längsseitig angeordneten Isolierplatten 30, 32 und die beiden Bodenplatten 70, 72 sichtbar sind, in den Aufnahmeraum 24 eingesetzt und dann wie in der
EP 1 852 878 B1 beschrieben miteinander verpresst werden. Bei diesem Verpressen werden die dargestellten Seitenwandungen 74, 76 in der dargestellten Weise nach innen eingezogen, so dass das Drahtwickelelement 22 mit dem zugehörigen
Isolierkörper zuverlässig lagepositioniert ist. Bei dieser Verpressung werden die
Wicklungen des Drahts in den Träger 38 und/oder die Bodenplatten 70, 72 eingedrückt, so dass eine sehr gute Wärmeübertragung gewährleistet ist. Des Weiteren wird durch die innige Kontaktierung des Drahtes mit dem Träger 38 und den elektrisch isolierenden Platten des Isolierkörpers eine gute Wärmespeicherfähigkeit bewirkt. Eine weitere Möglichkeit auf eine fertigungstechnisch aufwendige Füllung zu verzichten, besteht darin, das mit einer internen Rückleitung ausgeführte
erfindungsgemäße Drahtwickelelement 22 mit einem Wärmespeicher- und
Übertragungselement zu vergießen. Das heißt, dass Drahtwickelelement 22 wird mit einem aushärtendem Material vergossen, welches beispielsweise aus einer Mischung aus MgO und Wasserglas bestehen kann und unter Schutzgasatmosphäre und
Temperatur aushärtet. Dieses elektrisch isolierende Vergussmaterial umschließt das Drahtwickelelement 22, so dass dieses als„Block" in den Aufnahmeraum 24 des Kühlkörpers 2 eingeschoben werden kann. Die Befestigung kann dabei beispielsweise durch Einpressen oder Verpressen erfolgen. Prinzipiell ist es auch möglich das
Drahtwickelelement direkt im Aufnahmeraum 24 zu vergießen, so dass dieser praktisch als Gießform wirkt. In diesem Fall könnte sogar auf die isolierenden Mikanitplättchen verzichtet werden.
Offenbart ist ein Widerstand, vorzugsweise ein Brems-, Entlade- oder
Hochlastwiderstand und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Widerstandes, bei denen ein Drahtabschnitt einer Drahtwicklung thermisch gegenüber der sonstigen Drahtwicklung isoliert ist, so dass im Fehlerfall der Drahtabschnitt versagt.
Bezuqszeichenliste:
1 Bremswiderstand
2 Kühlkörper
4 Anschlussleitung
6 Anschlussleitung
8 Anschlussse'itiger Verschluss
10 Kühlrippen
12 Ausnehmung
14 Deckfläche
16 Deckfläche
18 Seitenwandung
20 Seitenwandung
22 Drahtwickelelement
24 Aufnahmeraum
26 Verschluss
28 Plättchen
30 Isolierplatte
32 Isolierplatte
34 Plättchen
36 Plättchen
37a Durchführung
37b Durchführung
38 Träger
40 Trägerelement
42 Trägerelement
44 Endabschnitt
46 Endabschnitt
48 Wickelabschnitt
50 Anschlussbereich
52 Anschlussbereich
54 Widerstandsdraht
56 Ende 58 Ausnehmung
60 Umlenkungsbereich
62 Ende
64 Ausnehmung 66 Ausnehmung
68 Drahtabschnitt
70 Bodenplatte
72 Bodenplatte
74 Seitenwandung 76 Seitenwandung

Claims

Patentansprüche
1 . Widerstand, vorzugsweise Brems-, Entlade- oder Hochlastwiderstand mit einem Drahtwickelelement (22), das eine um einen Träger (38) gewickelte Drahtwider- Standswicklung hat, deren Enden (56, 62) mit Anschlussbereichen (50, 52) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drahtabschnitt (68) im Vergleich zur sonstigen Drahtwicklung gegenüber der Umgebung verbessert thermisch isoliert ist, so dass im Fehlerfall das Drahtwickelelement (22) in diesem Drahtabschnitt (68) versagt.
2. Widerstand nach Patentanspruch 1 , wobei der Drahtabschnitt (68) zumindest abschnittsweise vom Träger (38) umgeben ist.
3. Widerstand nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Träger (38) zwei
Trägerelemente (40, 42) hat, zwischen denen der Drahtabschnitt (68) verläuft, während die verbleibende Drahtwicklung im Wesentlichen um die Trägerelemente (40, 42) verläuft.
4. Widerstand nach Patentspruch 3, wobei die Drahtwicklung sich von einem anschlussseitigen Endabschnitt (44) des Trägers (38) weg hin zu einem anderen Endabschnitt (46) erstreckt und zwischen den Trägerelementen (40, 42) zum
anschlussseitigen Endabschnitt (44) durchgeleitet ist.
5. Widerstand nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei die Trägerelemente (40, 42) plattenförmig ausgebildet sind.
6. Widerstand nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Durchleitung im Abstand zum anderen Endabschnitt (46) des Trägers (38) in Richtung zum anschlussseitigen Endabschnitt (44) oder zur Wicklung umgelenkt ist.
7. Widerstand nach Patentanspruch 6, wobei die Umlenkung (60) entlang einer im anderen Endabschnitt (46) ausgebildeten Ausnehmung (58) erfolgt.
8. Widerstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein
Wickelabschnitt (48) des Trägers (38) gegenüber den Endabschnitten (44, 46) zurückgesetzt ist.
9. Widerstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Träger (38) aus Mikanit oder dergleichen besteht.
10. Widerstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Draht als Flachdraht ausgebildet ist.
1 1 . Widerstand nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, wobei der Draht als Runddraht ausgeführt ist.
12. Widerstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Träger (38) am anschlussseitigen Endabschnitt (44) Ausnehmungen (64, 66) zum Vorfixieren der Enden (56, 62) hat.
13. Widerstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem
Kühlkörper (2), der einen das Drahtwickelelement (22) aufnehmenden Aufnahmeraum (24) hat, wobei sich die Anschlussleitungen (4, 6) durch einen Verschluss (8) hindurch erstrecken.
14. Widerstand nach Patentanspruch 13, wobei das Drahtwickelelement (22) in eine isolierende Füllung eingebettet ist oder mit dem Kühlkörper verpresst ist oder in ein
Wärmeübertragungs- und Speicherelement eingegossen ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Widerstandes nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines zumindest zweiteiligen Trägers (38);
- Durchleiten eines Endes (56) eines Drahtes zwischen Trägerelementen
(40, 42) des Trägers (38) von einem anschlussseitigen Endabschnitt (44) hin zu einem anderen Endabschnitt (46);
- Umlenken des Drahts im Bereich des anderen Endabschnittes (46)
und Umwickeln des Trägers (38) hin zum anschlussseitigen Endabschnitt (44).
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