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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Widerstandselement für einen Leistungswiderstand.
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Manche Leistungswiderstände verwenden als
Widerstandsteil Metallbänder oder -platten. Dies ist insbesondere
der Fall bei Leistungswiderständen, die beim
Schienenfahrbetrieb als Bremswiderstand verwendet werden. Um die
Aufheizungen und Abnutzungen der mechanischen Bremsen zu be
grenzen, wird ein großer Teil der kinetischen Energie der
Maschine in elektrische Energie umgewandelt, die in Form von
Wärme in den Leistungswiderständen abgeführt wird. Diese
Widerstände müssen die erschwerten Betriebsbedingungen
aushalten, die beim Schienenfahrbetrieb herrschen. Sie
liegen als Kästen vor, die so kombiniert werden, daß der
gewünschte Gesamtwiderstand erhalten wird. Jeder Kasten
besitzt ein Widerstandsteil, das im allgemeinen aus einer
Nickel-Chrom-Legierung besteht. Das Widerstandsteil kann auf
verschiedene Weise gebildet werden, z.B. aus zickzackförmig
gefalteten und endseitig aneinandergeschweißten Bändern oder
aus in Reihe geschalteten Platten.
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Gemäß dem Stand der Technik gibt es mehrere
Möglichkeiten, um das Widerstandsteil des Leistungswiderstands
herzustellen. Es kann aus einem Band bestehen, das bereits
bei der Herstellung in der Breite, der Dicke und der Länge
richtig bemessen wird. Der spezifische Widerstand wird beim
Guß bestimmt, der Walzvorgang bestimmt seine Dicke, das
Schneiden seine Breite und der Durchsatz seine Länge. Diese
Methode hat mehrere Nachteile. Die Lieferzeit ist lang (vier
oder fünf Monate), da die Bearbeitungen ausgehend vom Guß
des Metalls abgewickelt werden. Die Herstellungskosten sind
hoch, da die Teile nach Bedarf hergestellt werden.
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Eine andere bekannte Lösung besteht darin, die
Widerstandsteile aus gestrecktem Metall herzustellen. Dies
ermöglicht es, einem Metallband den gewünschten
Widerstandswert
zu verleihen. Die in diesem Fall verwendete Technik
(Bohren von Schlitzen, Dehnen des Metalls) hat zur Folge,
daß das Metall kalt gehärtet wird, beschädigt wird und Risse
erfährt. Daraus entstehen lokale Widerstandsunterschiede und
ein nicht-homogenes Verhalten bei Wärmedehnungen.
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Außerdem sind Widerstandsplatten bekannt, die von der
französischen Firma RESISTEL S.A. in den Handel gebracht
werden und die Schlitze aufweisen, die immer senkrecht zur
Länge der Platten liegen (siehe Figur 1). Die Größe des
Widerstands hängt ab vom den Querschlitzen verliehenen
Abstand. Diese Lösung ist wesentlich günstiger als die
vorhergehenden: Es gibt keine lokale Veränderung des
Widerstands und die Schlitze können hergestellt werden, ohne das
Metall zu beschädigen. Da der Abstand der Schlitze die
Anpassung des Widerstands ermöglicht, können die
Unterschiede in der Dicke und des Widerstands der Platten
unterschiedlichen Ursprungs so kompensiert werden. Es ist jedoch
unmöglich, den Widerstandsplatten mit Hilfe dieser
Querschlitze sehr genaue Widerstandswerte zu verleihen.
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Die Druckschrift DE-C-420 027 beschreibt die
Anordnung der Schlitze (innere, äußere oder gemischt) in 1-Form
senkrecht zu den Rändern oder in U-, X- oder Doppel-T-Form,
um den elektrischen und den mechanischen Widerstand zu
erhöhen. Die Druckschrift DE-C-486 243 beschreibt ein
gegossenes Widerstandselement, das in mehrere miteinander
verbundene und parallele mäanderförmige Bänder unterteilt ist.
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Die Druckschrift GB-A-196 480 bezieht sich auf ein
Widerstandselement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die Erfindung ermöglicht es, die erwähnten Nachteile
zu beseitigen. Es wird ein Widerstandselement in Form einer
Platte oder eines Bands vorgeschlagen, von denen mehrere
miteinander kombiniert sein können, um einen
Leistungswiderstand zu bilden, wobei dieses Widerstandselement gemäß einem
bestimmten Winkel geneigte Schlitze besitzt. Der
Neigungswinkel der Schlitze und der Abstand dieser Schlitze
ermöglichen
es, den Widerstandswert des Widerstandselements genau
zu regeln (bis zu einem hundertstel Ohm).
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Die Erfindung hat also ein Widerstandselement zum
Gegenstand, das aus einem Band aus Widerstandsmaterial
besteht, in dem gemäß einem bestimmten Abstand Schlitze
ausgebildet sind, die mindestens einen zickzackförmigen
Stromweg zwischen zwei Enden des Widerstandselements
begrenzen, die als elektrische Anschlüsse dienen, wobei die
Schlitze in Bezug auf eine Achse, die durch die elektrischen
Anschlüsse verläuft, um einen Winkel mit einem bestimmten
Wert geneigt sind, um dem Widerstandselement den gewünschten
elektrischen Widerstand zu verleihen, wobei das
Widerstandselement aufweist:
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- eine erste Längsreihe von Schlitzen, die sich vom ersten
Rand des Bands ausgehend erstrecken,
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- eine zweite Längsreihe von Schlitzen, die sich vom
entgegengesetzten Rand des Bands ausgehend erstrecken,
dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement weiter
aufweist:
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- mindestens eine Längsreihe von Schlitzen, die sich im
Inneren des Bandes erstrecken, so daß sich Querreihen von
Schlitzen ergeben, die je aus einem Schlitz jeder der
Längsreihen bestehen, wobei die Schlitze der Querreihen
nebeneinander angeordnet sind, um mindestens zwei
parallelgeschaltete elektrische Stromwege zu begrenzen.
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Da das Widerstandselement mehrere über ihre Enden
parallelgeschaltete elektrische Stromwege aufweist, hat es
den Vorteil, daß der Widerstand sehr leicht angepaßt werden
kann. Man kann in diesem Fall auf den Abstand der Schlitze,
ihren Neigungswinkel und die Anzahl von elektrischen
Stromwegen einwirken.
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Das Band kann vorteilhafterweise eine Platte bilden.
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Ein zusätzlicher Schlitz kann vorteilhafterweise
zwischen dem Ende eines elektrischen Stromwegs und dem
entsprechenden Ende des Widerstandselements vorgesehen sein,
wenn dieses Ende des elektrischen Stromwegs zwischen einem
Innenschlitz und einem der Ränder des Bands liegt.
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Dies trägt zu einer besseren Stromverteilung in den
elektrischen Stromwegen des Widerstandselements bei und
verhindert lokale Überhitzungen.
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Das Widerstandselement kann in Reihe mehrere
parallelgeschaltete elektrische Stromwege aufweisen.
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Die Erfindung, ihre Vorteile und weitere Merkmale
werden nun anhand von nicht einschränkend zu verstehenden
Ausführungsbeispielen und der beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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Figur 1 zeigt eine Widerstandsplatte gemäß dem Stand
der Technik.
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Figur 2 zeigt eine erste Variante der
Widerstandsplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 3 ist ein erklärendes Diagramm.
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Figur 4 zeigt eine zweite Variante der
Widerstandsplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 1 zeigt von oben eine Widerstandsplatte gemäß
dem Stand der Technik. Die rechteckige Platte 1 aus einer
Nickel-Chrom-Legierung besitzt zwei entgegengesetzte Enden 2
und 3, mit denen die Platte in einem Rheostaten befestigt
wird, der eine Vielzahl identischer Platten aufweist. Diese
Enden 2 und 3 dienen auch als elektrische Anschlüsse für die
Reihenschaltung der verschiedenen Widerstandsplatten des
Widerstands gemäß einer dem Fachmann wohl bekannten Methode.
Löcher 4 und 5 in der Mitte der Enden 2 und 3 können sowohl
den mechanischen Halt der Platten als auch ihre
Reihenschaltung gewährleisten.
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Schlitze sind in die Platte ausgehend von den Rändern
6 und 7 eingearbeitet, die an die Ränder 2 und 3
anschließen, nämlich Schlitze 8 ausgehend vom Rand 6 und Schlitze 9
ausgehend vom Rand 7. Die Schlitze 8 und 9 wechseln sich ab,
um zwischen den Enden 2 und 3 einen zickzackförmigen
elektrischen Stromweg herzustellen.
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Die Schlitze 8 und 9 liegen senkrecht zu den Rändern
6 und 7 der Widerstandsplatte 1 und somit senkrecht zu einer
Achse, die durch die Löcher 4 und 5 verläuft.
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Der Wert des Widerstands der Platte 1 wird geregelt,
indem man auf den Abstand der Schlitze 8 und 9 einwirkt, die
einen gleichmäßigen gegenseitigen Abstand aufweisen. Da die
Platte eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, ist es
schwierig, ausgehend von einer einzigen Variablen den Wert ihres
Widerstands genau zu regeln. Diese Schwierigkeit nimmt mit
der Anzahl von Schlitzen zu.
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Figur 2 zeigt eine Widerstandsplatte 10 gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform von oben. Es handelt sich
um eine rechteckige Platte zum Beispiel aus Nickel-Chrom,
die zwei entgegengesetzte Enden 11 und 12 aufweist. Löcher
13 und 14 an diesen Enden dienen zur mechanischen
Befestigung der Platte 10 und zu ihrem elektrischen Anschluß. Ein
zusätzliches Loch 15 im zentralen Bereich ermöglicht einen
mechanischen Mittelhalt der gleichen Art wie an den Enden.
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Die Ränder 16 und 17 der Platte 10 verbinden die
Enden 11 und 12. Ausgehend vom Rand 16 sind Schlitze 18
ausgearbeitet. Ausgehend vom Rand 17 sind Schlitze 19
ausgebildet. Im Inneren der Platte 10 befindet sich eine Reihe
von Schlitzen 20 in ihrem oberen Bereich (gemäß der Ansicht
der Figur 2) sowie eine Reihe von Schlitzen 21 in ihrem
unteren Bereich.
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Die Schlitze begrenzen drei parallelgeschaltete
elektrische Stromwege im linken Teil der Platte und drei
parallelgeschaltete elektrische Stromwege im rechten Teil
der Platte. Einer dieser Stromwege ist gestrichelt darge
stellt. Die Platte 10 enthält also in Reihe zwei Module, die
je drei parallelgeschaltete elektrische Stromwege aufweisen.
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Um eine gleichmäßige Wärmeableitung zu ermöglichen,
ist es sehr vorteilhaft, die elektrischen Stromwege
untereinander identisch zu gestalten. Aus diesem Grund haben die
inneren Schlitze 20 und 21 alle dieselbe Länge und die
Schlitze 18 und 19 der Plattenränder sind halb so lang. Der
Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen ist der
gleiche für die ganze Platte und der Neigungswinkel ist
natürlich immer der gleiche.
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Man stellt fest, daß die Enden der
parallelgeschalteten elektrischen Stromwege bei jedem Modul von drei
Stromwegen miteinander fluchten.
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Die Schlitze 18, 19, 20 und 21 sind um den gleichen
Winkel Θ in Bezug auf die Längsachse der Platte geneigt.
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Der Widerstand der Platte hängt von ihren eigenen
Merkmalen (spezifischer Widerstand, Abmessungen), der Anzahl
ihrer elektrischen Stromwege, dem Abstand der Schlitze und
auch vom Neigungswinkel dieser Schlitze ab.
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Figur 3 zeigt den elektrischen Widerstand R der
Platte 10 in Abhängigkeit vom Neigungswinkel 0- für Werte
zwischen 45 und 80º und in Abhängigkeit von den Abmessungen
der Platte, dem Abstand ihrer Schlitze und der Anzahl von
elektrischen Stromwegen. Die Ordinatenachse ist in relative
Werte aufgeteilt. Bei der oberen Kurve, die den Arbeits
bereich begrenzt, stellt man fest, daß für Winkelwerte, die
sich 45º annähern, die Widerstandsänderung gering ist. Für
Werte, die sich 80º annähern, ist die Widerstandsänderung
groß. Der Bereich zwischen 60 und 70º ist interessant, da er
eine gute Kontrolle der Widerstandsänderung in Abhängigkeit
vom Neigungswinkel erlaubt. In Figur 2 sind die Schlitze um
etwa 66º geneigt.
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Bei den Versuchen mit der in Figur 2 dargestellten
Platte wurde jedoch festgestellt, daß es wärmere Zonen und
kühlere Zonen gibt. Diese wärmeren Zonen tragen das Bezugs
zeichen 22. Sie entsprechen einem Ende eines elektrischen
Stromwegs, das zwischen einem inneren Schlitz und einem
Seitenrand der Platte liegt.
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Das Mittel, um das Auftreten von allzu warmen Zonen
zu vermeiden, besteht darin, einen zusätzlichen Schlitz
zwischen dem Ende des betreffenden elektrischen Stromwegs
und dem entsprechenden Ende des Widerstandselements
vorzusehen. Dies ist in Figur 4 gezeigt, wo eine
Widerstandsplatte 25 der Art wie in Figur 2 dargestellt ist, die aber
diese mit 26 bezeichneten zusätzlichen Schlitze gleichen
Abstands und gleicher Breite wie die anderen aufweist.
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Die Schlitze können mit einer Maschine mit digitaler
Steuerung durch Stanzen hergestellt werden.