EP3387657B1

EP3387657B1 - Entladewiderstand

Info

Publication number: EP3387657B1
Application number: EP16810326.5A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Werling; Schäffner WOLFGANG
Original assignee: DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2026-03-25
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: EP3387657B8; WO2017097976A1; EP3387657A1; DE102016123949A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Entladewiderstand gemäß dem Patentanspruch 1.
Derartige Entladewiderstände sind Sicherheitsbauteile, die beispielsweise bei Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, um in einem Fehlerfall, in einem Servicefall oder bei einem Unfall Pufferkondensatoren zu entladen. Über derartige Entladewiderstände erfolgt beispielsweise auch die Entladung von Zwischenkreiskondensatoren im Inverter - allgemein gesprochen besteht die Aufgabe von Entladewiderständen darin, gefährliche Spannungen möglichst schnell abzubauen.
Dem entsprechend müssen derartige Entladewiderstände möglichst niederohmig ausgelegt werden. Eine weitere Anforderung besteht darin, dass sie eigensicher sind, d. h., sie dürfen bei bestimmungsgemäßem Gebrauch nicht durchbrennen, so dass ein Einsatz ohne zusätzliche Überwachung möglich ist. Entladewiderstände müssen demgemäß auch dauerhaft der jeweiligen Betriebsspannung standhalten, die bei Elektrofahrzeugen bis etwa 1200 Volt liegt.
Bei weniger anspruchsvollen Anwendungen können Entladewiderstände verwendet werden, 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 beschrieben.
Diese patronenförmigen Bremswiderstände haben jedoch einen vergleichsweise komplexen Aufbau und benötigen einen erheblichen Bauraum.
Kompakter sind Lösungen bei denen das Widerstandselement eine Drahtwicklung hat, die auf einen flachen Träger aufgewickelt ist und das dann in einen als Hohlprofil ausgebildeten Kühlkörper eingesetzt wird. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der EP 1 711 035 A1 der Anmelderin offenbart.
Zur Erhöhung der "Eigensicherheit" wird in der DE 10 2014 102 601 A1 der Anmelderin vorgeschlagen, einen bestimmten Abschnitt der Drahtwicklung im Vergleich zur sonstigen Drahtwicklung gegenüber der Umgebung besser thermisch zu isolieren, so dass im Fehlerfall das Drahtwickelelement in diesem Drahtabschnitt versagt, so dass bei entsprechender Ausgestaltung dieses Bereichs die Gefahr einer Beschädigung benachbarter Komponenten sowie ein gefährlicher elektrischer Kontakt zum Gehäuse, d. h., ein Körperschluss verhindert werden kann und somit ein "eigensicheres Aussteigen" des Brems-/Entladewiderstands ermöglicht wird.
Wie erwähnt, haben derartige Lastwiderstände (Entlade-/Bremswiderstände) auf Basis eines Drahtwiderstandselementes einen vergleichsweise komplexen Aufbau, wobei besondere Maßnahmen ergriffen werden müssen, um die Betriebssicherheit/Eigensicherheit zu erhöhen.
Bei elektromobilen Anwendungen werden daher bevorzugt Lastwiderstände mit PTC-Widerstandselementen eingesetzt. Bei derartigen Lastwiderständen (Brems/Entladewiderstand) sind die keramischen PTC-Widerstandselemente in ein als Kühlkörper ausgeführtes Gehäuse eingesetzt. Dieses Gehäuse kann wiederum als Strangpressprofil vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgeführt sein. Ein derartiger Lastwiderstand ist aus der EP 1 225 080 B1 der Anmelderin bekannt.
Derartige Entladewiderstände sind bisher jedoch nicht für Spannung bis im Bereich zwischen 850 Volt und 1200 Volt geeignet - die herstellerseitigen Freigaben garantieren allenfalls eine Spannungsfestigkeit bis 600 Volt. Dabei ist zu beachten, dass bei der Anwendung als Entladewiderstand gefordert ist, dass der Widerstand zunächst vergleichsweise gering ist, um durch eine hohe Energieaufnahme für eine schnelle Entladung des jeweiligen Bauteils zu sorgen, wobei sichergestellt sein muss, dass die Betriebssicherheit durch eine hinreichende Impulsfestigkeit gewährleistet ist, die im Bereich von mehr als 3 kV liegt.
In der Druckschrift DE 10 2009 049 404 A1 sind PTC-Widerstandselemente beschrieben, die bei den oben genannten Lastwiderständen verwendbar sind. Diese bekannten PTC-Widerstandselemente sind im Hinblick auf eine verbesserte Spannungsfestigkeit ausgelegt, die beispielsweise bei einem minimalen Widerstand von 2 Ohm bei 170 Volt / mm liegt. Ein PTC-Widerstandselement mit hoher Spannungsfestigkeit ist auch in der Druckschrift DE 27 53 766 A1 beschrieben.
Die US-Patentanmeldung US 5,733,833 offenbart ein erstes Ausführungsbeispiel eines Entladewiderstandes mit einem PTC-Element, das einen Widerstand von 4,5 Ω bei einer Spannungsfestigkeit von 530 V aufweist. Damit ist ein Verhältnis der Spannungsfestigkeit zum Widerstand von größer 3 gegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen von PTC-Widerstandselementen ist in der DE 32 27 907 A1 offenbart.
Es zeigte sich allerdings, dass auch mit derartigen PTC-Widerstandselementen ausgeführte Entladewiderstände nicht den Anforderungen an die Eigensicherheit entsprechen, wie sie beispielsweise bei Anwendungen in der Elektromobilität bestehen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Entladewiderstand mit verbesserter Eigensicherheit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Entladewiderstand gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist der Entladewiderstand mit zumindest einem PTC-Baustein ausgeführt, der thermisch mit einem Kühlkörper kontaktiert ist und Anschlüsse zum elektrischen Kontaktieren des PTC-Bausteins hat. Erfindungsgemäß ist der keramische PTC-Baustein dabei so ausgelegt, dass das Verhältnis der Spannungsfestigkeit [in Volt] zum minimalen Widerstand (R_min) [in Ohm] > 3, vorzugsweise > 4 ist.
Daraus ergibt sich, dass die charakteristischen Eigenschaften des PTC-Bausteins, insbesondere dessen Dicke so gewählt werden, dass sich beispielsweise bei einer Spannung im Normalbetrieb von 1200 V ein Anfangswiderstand (R_a) bei Raumtemperatur (RT) ergibt, der allenfalls bei 500 Ohm liegt, der minimale Widerstand (R_min) liegt unter diesem Wert. Diese Kennwerte lassen sich gemäß der erfindungsgemäßen Lehre für den Fachmann durch geeignete Wahl der PTC-Bausteinabmessungen einstellen. Dies ist eine für den Fachmann überraschende Lösung, da in der Fachwelt das Vorurteil besteht, dass sich mit herkömmlichen PTC-Bausteinen eine Spannungsfestigkeit von allenfalls 850 V erreichen lässt. Die Erfindung wendet sich ab von diesem Vorurteil und ermöglicht es, sehr kompakte, auf einfache Weise herzustellende Entladewiderstände bereitzustellen, die die erforderliche Spannungsfestigkeit und auch Impulsfestigkeit aufweisen.
Erfindungsgemäß ist die Einhausung des PTC-Bausteins, das heißt das Volumen der Einheit bestehend aus dem Kühlkörper und dem PTC-Widerstandselement so gewählt, dass sich ein Verhältnis der Energieaufnahme [in Joule J] zum Volumen [cm³] von unterhalb 200 J / cm³, vorzugsweise unterhalb 120 J / cm³ ergibt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich der Entladewiderstand im Bereich der Durchbruchsspannung nicht auf eine übermäßige Temperatur erhitzt. Beim erfindungsgemäßen Konzept liegt die maximale Temperatur im Bereich von 150° - 250° Celsius, vorzugsweise maximal circa 180° Celsius. Eine derartige Eigensicherheit lässt sich mit den herkömmlichen Lösungen nicht erzielen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Dicke D des PTC-Bausteins, d. h., die Abmessung des PTC-Bausteins zwischen seinen beiden Elektroden/Kontaktplatten so ausgelegt, dass sie mehr als 4mm, vorzugsweise etwa 5mm beträgt. Es zeigte sich überraschender Weise, dass bei der Auslegung eines PTC-Bausteins mit einer derartigen Dicke eine Spannungsfestigkeit im Bereich von 1200 V einstellen lässt, wobei jedoch der minimale Widerstand (R_min), der für eine schnelle Entladung des jeweiligen Bauteils wichtig ist, sehr gering ist. Dabei ist jedoch zu beachten, dass sich diese Werte durch geeignete Einhausung des PTC-Widerstands erzielen lassen - diese Erkenntnis ist im bisherigen Stand der Technik nicht berücksichtigt.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis zwischen der Dicke D [mm] zum minimalen Widerstand R_min [Ohm] größer als 1/90 und kleiner als 1/50, vorzugsweise etwa 1/60 gewählt. D. h., der Herstellungsprozess des PTC-Bausteins wird so gewählt, dass sich pro mm Dicke des PTC-Bausteins ein Anfangswiderstand zwischen 90 Ω und 50 Ω einstellt.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der PTC-Baustein etwa quaderförmig, mit einer Breite B2 von mehr als 8mm, vorzugsweise etwa 11mm, einer Dicke D von mehr als 4mm und einer Länge L2 von mehr als 20mm vorzugsweise von etwa 28mm ausgeführt ist.
Die Eigensicherheit lässt sich weiter erhöhen, wenn bei einem Rohling des PTC-Bausteins die niederohmigen Randbereiche entfernt werden, so dass ein Überschlag im Randbereich des PTC-Bausteins und ein Durchschlag durch die Keramik hindurch zuverlässig verhindert ist und somit die Spannungsfestigkeit erhöht ist.
Wie erläutert, ist es wichtig, dass der PTC-Baustein oder die PTC-Bausteine des Entladewiderstands in einen geeigneten Kühlkörper eingesetzt sind. Dabei ist eine Verpressung besonders geeignet. Die Presskraft wird je nach Geometrie des Kühlkörpers und des PTC-Bausteins so gewählt, dass in dem vorgesehenen Temperaturbereich, der beispielsweise zwischen -20°C und 180°C liegen kann, eine hinreichende thermische Kontaktierung gewährleistet ist. Des Weiteren wird durch diese Einhausung gewährleistet, dass die beim Entladen entstehende Impulsenergie ohne Beschädigung der Keramik (Platzen) abführbar ist.
Der Kühlkörper kann beispielsweise als offenes U-Profil ausgeführt sein, in den der PTC-Baustein eingesetzt wird. Dieses U-Profil wird dann mittels einer Pressplatte verschlossen, die zum Verpressen plastisch deformiert wird.
Alternativ kann auch ein Kühlkörper mit einem geschlossenen Profil verwendet werden, das dann beim Verpressen plastisch umgeformt wird.
Der Anfangswiderstand bei Raumtemperatur liegt bei einer Spannungsfestigkeit von bis zu 1200 V erfindungsgemäß im Bereich von 300 Ω bis 500 Ω. Die Raumtemperatur wird dabei üblicherweise mit RT = 25°C ± 5K definiert.
Der Entladewiderstand kann auch mit mehr als einem PTC-Baustein ausgeführt sein. Diese können parallel zueinander oder hintereinander liegend angeordnet werden.
Die maximale Energieaufnahme des Entladewiderstands ist erfindungsgemäß höher als 1500 J und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 2000 J bis 6000 J und mehr.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Entladewiderstandes;
Figur 2 eine Draufsicht auf den Entladewiderstand gemäß Figur 1;
Figur 3 einen Schnitt durch den Entladewiderstand entlang der Linie A-A in Figur 2;
Figur 4 Kennlinien des Entladewiderstands gemäß den Figuren 1 bis 3 und eines Heizwiderstandes und
Figur 5 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 1 bis 3.

Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Entladewiderstands 1. Dieser hat einen Kühlkörper 2, der aus einem U-förmigen Aluminium-Strangpressprofil 4 und einer damit verbundenen Pressplatte 6 besteht. Das Strangpressprofil 4 und die Pressplatte 6 bestehen dabei vorteilhaft aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung. Diese beiden Bauelemente (Strangpressprofil 4, Pressplatte 6) bilden einen Aufnahmeraum für einen PTC-Baustein 8, der über zwei Litzen 10, 12 an ein elektronisches Bauteil eines Stromkreises, beispielsweise eines Elektromobils, angeschlossen ist, wobei dieses elektronische Bauteil im Fall einer Störung oder im Servicefall entladen werden muss.
So kann es sich bei diesem elektrischen Bauteil um einen Pufferkondensator oder einen Zwischenkreiskondensator handeln, dessen Spannung durch den Entladewiderstand 1 in möglichst kurzer Zeit abgebaut werden soll. Der Abbau erfolgt dabei durch Umwandlung der elektrischen Spannung in Wärme, welche, gegebenenfalls gepuffert durch den PTC-Baustein, über ein Wärmeabgabeelement in die Umgebung abgegeben wird. Die Impulsfestigkeit liegt dabei im Bereich von mehreren kV, beispielsweise zwischen 3000 und 4000 Volt.
Die Entladespannung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 850 und 1200 Volt (DC).
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Entladewiderstand 1 aus Figur 1 und Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 2.
Demgemäß ist der PTC-Baustein 8 in Form eines Quaders mit einer Länge L2 einer Breite B2 und einer Dicke D. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge L2 etwa 28mm, die Breite B2 etwa 11mm und die Dicke D 5mm.
Dieser keramische PTC-Baustein 8 wird aus einem Rohling gefertigt, der eine plattenförmige Kontur aufweist, deren Abmessungen etwas größer als diejenigen des vorbeschriebenen PTC-Bausteins 8 sind. Bei der Fertigung werden Randbereiche dieses Rohlings weggeschnitten, da diese häufig niederohmiger als die mittleren Bereiche sind. Auf diese Weise wird ein PTC-Baustein mit einer homogenen Widerstandscharakteristik ausgebildet, wobei diese durch die optimale Randbeschaffenheit des Bausteins gewährleistet ist. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, einen PTC-Baustein von vorne herein mit einer hinreichenden Widerstandscharakteristik ohne Abweichungen in Richtung der Randbereiche auszuführen.
Die elektrische Kontaktierung erfolgt über Elektroden/Anschlussplatten, die elektrisch mit den Litzen 10, 12 verbunden sind.
Der mit einer homogenen Widerstandscharakteristik ausgeführte PTC-Baustein 8 mit seinen Elektroden ist in eine elektrische Isolierhülle 14 eingebettet, durch die ein direkter elektrischer Kontakt mit dem Kühlkörper 2 verhindert und eine Isolierfestigkeit bis 4.000 V erreicht wird.
Wie insbesondere aus dem Schnitt A-A in Figur 3 hervorgeht, hat das Strangpressprofil 4 einen etwa U-förmigen Querschnitt mit einer Basis 16 und zwei Schenkeln 18, 20. Letztere sind im Bereich ihrer freien Endabschnitte jeweils zu einer U-förmigen Aufnahme 22, 24 umgebördelt, in die die Pressplatte 6 eingesetzt werden kann, so dass diese entlang ihrer Randabschnitte (senkrecht zur Zeichenebene in Figur 3) in den Aufnahmen 22, 24 geführt ist. Die Pressplatte 6 und das Strangpressprofil 4 begrenzen - wie erläutert - einen Aufnahmeraum 26, in den der umhüllte PTC-Baustein 8 eingesetzt ist.
Zum thermischen Kontaktieren des PTC-Bausteins 8 mit dem Kühlkörper 2 wird die Pressplatte 8 in Pfeilrichtung mit einer Presskraft F beaufschlagt, so dass der PTC-Baustein 8 im Aufnahmeraum 26 verpresst ist. Die Pressplatte 6 stützt sich dabei an den Schenkeln 18, 20 ab. Die Verpressung erfolgt dabei so, dass die thermische Kontaktierung über dem gesamten Betriebstemperaturbereich des Entladewiderstands 1 aufrechterhalten wird. Bei automobilen Anwendungen liegt dieser Betriebstemperaturbereich zwischen etwa -20°C und etwa 180°C (siehe Figur 4).
Das heißt die Verpressung muss so ausgelegt sein, dass eventuelle durch die Temperatur verursachte maßliche Änderungen der Bauelemente ausgeglichen werden und stets eine hinreichende thermische Kontaktierung zwischen PTC-Baustein 8 und Kühlkörper 2 gewährleistet ist.
Die Abmessungen des Kühlkörpers 2 sind erfindungsgemäß so gewählt, dass das Verhältnis zwischen der maximalen Energieaufnahme in Joule (J) zum Bauvolumen (cm³) unterhalb 200 J / cm³ liegt, vorzugweise etwa 120 J / cm³ beträgt, wobei der Entladewiderstand für eine sehr hohe maximale Energieaufnahme von mehr als 1500 J ausgelegt ist. Vorzugsweise liegt die maximale Energieaufnahme im Bereich von 2000 J bis 6000 J oder mehr.
Dabei ist keinesfalls vorausgesetzt, dass der Entladewiderstand 1 lediglich einen PTC-Baustein 8 aufweist. Prinzipiell können auch mehrere derartiger PTC-Bausteine axial hintereinanderliegend in einem entsprechend verlängerten Kühlkörper 2 angeordnet sein. Die Abmessungen des PTC-Bausteins 8 sind beispielsweise entsprechend den obigen Ausführungen gewählt - bei der Konzeption des Gesamtvolumens, das heißt des vom Kühlkörper umgriffenen Volumens sollte der oben genannte Kennwert gebildet aus dem Verhältnis zwischen der Energieaufnahme und dem Volumen [J / cm³] berücksichtigt werden. In diesem Fall ist dann die erforderliche Eigensicherheit gewährleistet, so dass beispielsweise auch bei Erreichen der maximalen Durchbruchsspannung (circa 1200 Volt) die Betriebstemperatur noch im vorbestimmten Bereich, das heißt unter 200°Celsius, vorzugsweise maximal etwa 180° Celsius bleibt.
In der unten eingefügten Tabelle sind beispielhaft die genannten Kennwerte bei unterschiedlichen Anzahlen von PTC-Bausteinen dargelegt, wobei die Größe L1 die Gesamtlänge des Kühlkörpers (siehe Figur 2) ist und das Maß L2 die Länge eines PTC-Bausteins ist. Das Volumen errechnet sich aus der vorgenannten Länge L1 multipliziert mit der Höhe H und der Breite B1 (siehe Figur 3) des Kühlkörpers 2. In dieser Tabelle ist auch die Energieaufnahme in Joule aufgelistet; bei all diesen Parametern ergibt sich genähert ein Kennwert von circa 120 J / cm³ bei einer maximalen Betriebstemperatur von 180° Celsius. Bei Berücksichtigung dieser Kennwerte kann somit ein Entladewiderstand mit optimaler Eigensicherheit geschaffen werden.

Anzahl PTC L1 [mm] L2 [mm] Volumen [cm³] (L1xB1xH) Energieaufnahme [J] Kennwert

1 60 28 18 2000

2 88 56 26 3000

3 116 84 35 4000 < circa 120 J/cm³

4 144 112 43 5000
Durch die vorbeschriebene Wahl der Dimensionen des PTC-Bausteins 8 und dessen Verpressung mit dem Kühlkörper 2 ist es möglich, den Entladewiderstand bei Spannungen bis zu 1200 Volt einzusetzen.
In dem Kennliniendiagramm gemäß Figur 4 ist der Bauteilwiderstand über der Temperatur dargestellt, wobei obenliegend gestrichelt die Kennlinie eines Heizwiderstandes und untenliegend die Kennlinien eines Entladewiderstandes dargestellt sind. Die mittlere strichpunktierte Kennlinie ist die sogenannte "Nulllastkennlinie", während die unten liegende durchgezogene Kennlinie die typische Kennlinie eines erfindungsgemäßen Entladewiderstands bei 900 Volt ist.
Heizwiderstände sind üblicher Weise darauf ausgelegt, im Dauerbetrieb elektrische Energie in Wärmeenergie umzusetzen - für eine derartige Aufgabenstellung ist ein hoher Anfangswiderstand vorteilhaft. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel (oben liegende Kennlinie) beträgt der Anfangswiderstand beispielsweise zunächst deutlich mehr als 10.000 Ohm. Der Widerstand fällt dann mit Erwärmung auf die Betriebstemperatur (ca. 140°C) auf beispielsweise etwa 3000 Ohm ab und steigt dann mit zunehmender Temperatur stark an - dies ist das typische Verhalten eines PTC-Heizwiderstandes.
Im Unterschied dazu ist bei einem Entladewiderstand gefordert, dass der Anfangswiderstand möglichst gering ist.
Gemäß dem Diagramm in Figur 4 liegt sowohl bei der typischen Kennlinie (unten) als auch bei der Nulllastkennlinie (etwas oberhalb der typischen Kennlinie) der Anfangswiderstand R_a bei Raumtemperatur RT sehr niedrig im Bereich von beispielsweise etwa 500 Ohm. Mit zunehmender Erwärmung auf die Betriebstemperatur sinkt dieser Anfangswiderstand weiter ab auf beispielsweise etwa 300 bis 350 Ohm (R_min). Dieser minimale Widerstand R_min ermöglicht eine sehr hohe Energieaufnahme und gewährleistet somit eine Entladung in kürzester Zeit. Der etwas höhere Anfangswiderstand R_a im Vergleich zum minimalen Widerstand R_min gewährleistet eine "gedämpfte" Anfangsentladung. Durch die gedämpfte Anfangsentladung werden die Kontakte der Verschaltung mit dem zu entladenden elektronischen Bauelement entlastet, wobei trotzdem ein hoher Energieeintrag möglich ist, da der Widerstand mit zunehmender Temperatur zunächst absinkt.
Mit zunehmender Erwärmung des Entladewiderstands 1 steigt der Widerstand dann steil an, so dass, auch bei einer andauernden Entladung die Eigensicherheit gewährleistet ist, ohne dass es zusätzlicher elektronischer Sicherungselemente bedarf. Gemäß der in Figur 4 dargestellten Kennlinie bleibt dabei die Betriebstemperatur auch im Bereich der Eigensicherheit stets unter 180° Celsius - bei Heizanwendungen liegt diese maximale Temperatur wesentlich höher. Diese Eigensicherheit ist beispielsweise bei der Verwendung von regenerierbaren Kondensatoren (sog. Doppelschichtkondensatoren) notwendig, da diese durch die Selbstregenerierung wieder eine gefährliche Spannung aufbauen.
Diese Eigensicherheit ermöglicht es auch, dass der Entladewiderstand 1 dauerhaft zugeschaltet bleiben kann. Ein derartiger Entladewiderstand 1 mit einem niedrigen Anfangswiderstand R_a und extrem hoher Spannungsfestigkeit ist im Stand der Technik ohne Vorbild. Wie eingangs erläutert, ist jedoch zu beachten, dass die thermische Belastung des Entladewiderstands 1 aufgrund der extrem hohen Impulsleistung (hoher Startpeak) sehr hoch ist, so dass die Verpressung einerseits eine Ausdehnung des PTC-Bausteins 8 zu Beginn der Entladung ermöglichen muss, andererseits jedoch während der gesamten Entladung des elektronischen Bauteils eine hinreichende Kontaktierung gewährleistet ist.
Figur 5 zeigt eine Variante des Entladewiderstands 1 gemäß Figur 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird anstelle eines zweiteiligen Kühlkörpers 2 ein geschlossenes Strangpressprofil 4 verwendet, in dessen Aufnahmeraum 26 der in der Isolationshülle 14 aufgenommene PTC-Baustein 8 eingesetzt wird. Bei dem Strangpressprofil 4 gemäß Figur 5 sind Seitenwandungen 28, 30 etwa U-förmig ausgebaucht und gehen in eine Deckwandung 32 über, die in etwa parallel zur Basis 16 verläuft.
Zum Verpressen wird die Presskraft F auf die Deckwandung 32 aufgebracht, wobei die ausbauchenden Seitenwandungen 28, 30 nach außen deformiert werden, so dass die lichte Weite der U-förmigen Bereiche verringert wird und entsprechend eine Pressfläche 34 der Deckwandung 32 flächig am PTC-Baustein 8 bzw. der Isolationshülle 14 anliegt.
Die Verpressung ist nach den gleichen Kriterien ausgelegt, wie sie anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4 erläutert wurde. Demzufolge ist die Verpressung so gewählt, dass eine Ausdehnung des PTC-Bausteins 8 während des hohen Spannungspeaks zu Beginn der Entladung ermöglicht wird, jedoch eine Kontaktierung während des gesamten Entladevorgangs gewährleistet ist.
Offenbart ist ein Entladewiderstand mit zumindest einem PTC-Baustein, der mit einem Kühlkörper derart verpresst ist, dass der Entladewiderstand bei Spannungen bis zu 1200 Volt verwendbar ist. Der Entladewiderstand ist vorzugsweise so ausgelegt, dass das Verhältnis des Volumens [cm³] zur Energieaufnahme [J] unterhalb von 200 J / cm³, vorzugsweise unterhalb von 120 J / cm³ liegt.

Bezugszeichenliste:

1: Entladewiderstand
2: Kühlkörper
4: Strangpressprofil
6: Pressplatte
8: PTC-Baustein
10: Litze
12: Litze
14: Isolierhülle
16: Basis
18: Schenkel
20: Schenkel
22: Aufnahme
24: Aufnahme
26: Aufnahmeraum
28: Seitenwandung
30: Seitenwandung
32: Deckwandung
34: Pressfläche

L1: Länge des Kühlkörpers
L2: Länge eines PCT-Bausteins
B1: Breite des Kühlkörpers
B2: Breite eines PTC-Bausteins
H: Höhe des Kühlkörpers

Claims

Entladewiderstand mit einem PTC-Baustein (8), der thermisch mit einem Kühlkörper (2) kontaktiert ist und mit Anschlüssen zum elektrischen Kontaktieren des PTC-Bausteins (8), dadurch gekennzeichnet, dass der PTC-Baustein (8) derart ausgelegt ist, dass das Verhältnis der Spannungsfestigkeit [in Volt] zum minimalen Widerstand (R_min) [in Ohm] größer als 3, vorzugsweise größer als 4 ist, wobei das Verhältnis der maximalen Energieaufnahme [J] des Entladewiderstands zum Volumen [cm³] des Kühlkörpers (2) im Bereich unterhalb 200 J / cm³, vorzugsweise unterhalb 120 J / cm³ liegt, wobei der minimale Widerstand (R_min) zwischen 300 Ω und 500 Ω liegt, und wobei die maximale Energieaufnahme mehr als 1500 J beträgt.
Entladewiderstand nach Patentanspruch 1, wobei eine Dicke (D) des PTC-Bausteins ≥ 4mm, vorzugsweise etwa 5mm ist.
Entladewiderstand nach einem der Patenansprüche 1 oder 2, wobei das Verhältnis der Dicke (D) in mm zum minimalen Widerstand (R_min) in Ohm ≥ 1:90 und ≤ 1:50, vorzugsweise etwa 1:60 ist.
Entladewiderstand nach einem der vorhergehenden Patenansprüche, wobei der PTC-Baustein (8) etwa quaderförmig ausgebildet ist, mit einer Breite (B1) von mehr als 8mm, vorzugsweise etwa 11mm, einer Dicke (D) ≥ 4mm und einer Länge (L2) von mehr als 20mm, vorzugsweise von 28mm.
Entladewiderstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der PTC-Baustein (8) aus einem plattenförmigen Rohling gefertigt ist, wobei niederohmige Rand-/Außenbereiche des Rohlings entfernt sind.
Entladewiderstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der PTC-Baustein (8) mit dem Kühlkörper (2) verpresst ist.
Entladewiderstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Kühlkörper (2) mit einem offenen, etwa U-förmigen Strangpressprofil (4) ausgeführt ist, das eine Aufnahme (22, 24) für eine Pressplatte (6) aufweist.
Entladewiderstand nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei der Kühlkörper (2) durch ein umfangsseitig geschlossenes Strangpressprofil (4) gebildet ist.
Entladewiderstand nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei im Kühlkörper (2) mehrere PTC-Bausteine (8) angeordnet sind.