BREMSWIDERSTANDVORRICHTUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Bremswiderstandvorrichtung (1) zur Absorption von im generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine (26) erzeugter elektrischer Energie, umfassend ein Keramiksubstrat (2), eine elektrische Widerstandschicht (3) und einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss (4,5) an der elektrischen Widerstandschicht (3), wobei die elektrische Widerstandschicht (3) für eine andauernde Belastung mit einer elektrischen Leistung von mindestens 20W und für eine Belastung über eine Zeitspanne von bis zu 100ms mit einer elektrischen Leistung von mindestens 1,2kW ausgelegt ist, die elektrische Widerstandschicht (3) mit dem Keramiksubstrat (2) als Träger unmittelbar oder über ein Verbindungsmaterial mechanisch verbunden ist und die elektrische Widerstandschicht (3) mittels Druckverfahren auf dem Keramiksubstrat (2) aufgedruckt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektrischen Umrichter (21) mit der Bremswiderstandvorrichtung (1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Bremswiderstandvorrichtung zur Absorption von im generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine erzeugter elektrischer Energie.

[0002] Bei rotierenden elektrischen Maschinen können gewollt oder ungewollt Betriebszustände auftreten, bei denen die elektrische Maschine motorisch keine Last antreibt, sondern selbst mittels externer Energiezufuhr angetrieben wird. Dies kann dazu führen, dass die elektrische Maschine zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird und demzufolge elektrische Energie erzeugt, welche in das elektrische Netz zurückgespeist werden kann oder anderweitig einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden muss.

[0003] Ebenso wird beim Abbremsen der elektrischen Maschine, welche beispielsweise als Fahrantriebe in elektrisch betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, während des Bremsvorganges elektrische Energie erzeugt, welche zu diesem Zeitpunkt verbraucht oder zumindest gespeichert werden muss.

[0004] Im industriellen Umfeld werden elektrische Maschinen im Allgemeinen mittels eines elektrischen Umrichters, beispielsweise mittels eines Frequenzumrichters, an einem elektrischen Netz betrieben. U.a. auch aus Kostengründen können viele dieser elektrischen Umrichter ihre auch als Bremsenergie bezeichnete, generatorisch erzeugte elektrische Energie meist bauartbedingt nicht in das elektrische Netz zurückspeisen oder das elektrische Netz bzw. Speichermedien können die so erzeugt elektrische Energie zumindest zeitweise nicht aufnehmen.

[0005] Eine bekannte Möglichkeit, diese elektrische Energie als elektrischer Verbraucher eines Antriebssystems umgehend aufzunehmen, beispielsweise in Wärmeenergie umzusetzen, und diese Wärmeenergie an die Umwelt abzuführen, bietet der Einsatz von Bremswiderständen.

[0006] Bei einem Antriebssystem, welches beispielsweise als elektrischen Umrichter einen Frequenzumrichter mit Gleichspannungszwischenkreis aufweist, kann ein rückspeisfähiger Wechselrichter des Frequenzumrichters beim Bremsvorgang die Bremsenergie in einem ersten Schritt in den Gleichspannungszwischenkreis zurückspeisen.

[0007] Da der Gleichspannungszwischenkreis auch trotz seiner meist systemimmanent vorhandenen Gleichspannungszwischenkreiskapazitäten nicht unbeschränkt zur Aufnahme der Bremsenergie geeignet ist, kann diese Bremsenergie - falls es der Gleichrichter des Frequenzumrichters an der Einspeiseseite zum elektrischen Netz hin zulässt - ins elektrische Netz rückgespeist werden, wozu jedoch beispielsweise ein netzgeführter Dioden-Gleichrichter im Allgemeinen nicht in der Lage ist.

[0008] Im Bedarfsfall kann nun ein Bremswiderstand im Gleichspannungszwischenkreis zugeschaltet werden, um die überschüssige Bremsenergie derart zu verbrauchen, dass negative Auswirkungen in Form von Spannungsüberhöhungen und dem Auftreten unzulässig hoher Ströme die Betriebssicherheit des elektrischen Umrichters nicht gefährden.

[0009] Als passive Elemente können derartige Bremswiderstände vergleichsweise servicefreundlich betrieben werden und müssen in der Regel nicht gewartet werden.

[0010] Heutige Bremswiderstände (ab einer Dauerleistung von ca. 20W) werden jedoch meist aufwändig gefertigt bzw. montiert, wobei der eigentliche Widerstand oft als Drahtwickel ausgeführt ist, welcher mittels Zement vergossen wird, ferner auch durch ein Metallgehäuse mechanisch und elektrisch isoliert wird und dessen elektrische Anschlüsse in Form von Anschlusskabeln ausgeführt sind.

[0011] Wider Erwarten ist demnach insbesondere auch eine automatisierte Fertigung/Montage derartiger Bremswiderstände kostenintensiv, abgesehen auch noch von den Materialkosten der Einzelelemente des Bremswiderstandes, so dass dieser Umstand den bereits beschriebenen Vorteil des Einsatzes des Bremswiderstandes als passives Bauelemente bei einer Verwendung in höheren Leistungsklassen elektrischer Umrichter teilweise erheblich schmälert.

[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bremswiderstandsvorrichtung vorzuschlagen, welche aufwandsarm hergestellt werden kann, kostengünstige Einzelkomponenten aufweist und ohne größere technische Anpassung an bzw. in bestehende Aufbauten elektrischer Umrichter bzw. Antriebssysteme sowohl aus funktionaler wie auch aus bauraumbedingter Sicht integrierbar ist.

[0013] Die Aufgabe wird durch eine Bremswiderstandvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch einen elektrischen Umrichter nach Anspruch 13 gelöst.

[0014] Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass derzeit am Markt befindliche Bremswiderstände allein durch deren Aufbau und deren verwendete Materialien einerseits eine eher kostenintensive Herstellung erfordern und andererseits deren räumliche Ausbildung, sowie deren mechanische und elektrische Anbindung, nicht mehr effizient genug für beispielsweise den Masseneinsatz in elektrischen Umrichtern sind. Dies führte zu Überlegungen, insbesondere für Bremswiderstände höherer Leistungsklassen, eine neue Aufbaustruktur in Verbindung mit entsprechenden Materialausprägungen bzw. Materialanwendungen zu entwerfen und dafür geeignete Herstellungstechnologien vorzusehen.

[0015] Für die Lösung der Aufgabe wird eine Bremswiderstandvorrichtung zur Absorption von im generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine erzeugter elektrischer Energie vorgeschlagen, umfassend ein Keramiksubstrat, eine elektrische Widerstandschicht und einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss an der elektrischen Widerstandschicht, wobei die elektrische Widerstandschicht für eine andauernde Belastung mit einer elektrischen Leistung von mindestens 20W und für eine Belastung über eine Zeitspanne von bis zu 100ms mit einer elektrischen Leistung von mindestens 1,2kW ausgelegt ist, wobei die elektrische Widerstandschicht mit dem Keramiksubstrat als Träger unmittelbar oder über ein Verbindungsmaterial mechanisch verbunden ist und wobei die elektrische Widerstandschicht mittels Druckverfahren auf dem Keramiksubstrat aufgedruckt ist.

[0016] In besonders vorteilhafter Weise wird mit dem Aufbringen der elektrischen Widerstandschicht auf das Keramiksubstrat ein im Gegensatz zu bekannten Bremswiderstandsvorrichtungen - wie ein Widerstandsdraht mit Zementverguss - der genannten Leistungen - für Dauerlast ab 20W und Impulslast ab 1,2kW, anstehend bis zu 100ms - eine räumlich platzsparendere Lösung offenbart.

[0017] Die mechanische Verbindung zwischen der elektrischen Widerstandschicht und dem Keramiksubstrat kann wie beschrieben vorteilhaft sowohl unmittelbar wie auch über ein Verbindungsmaterial erfolgen. Das Verbindungsmaterial kann dabei, neben einer mechanisch stabilisierenden, also festigenden Wirkung der mechanischen Verbindung, weitere Eigenschaften aufweisen, so zum Beispiel eine elektrisch isolierende Wirkung und auch eine Wirkung für eine verbesserte thermische Abführung der durch die elektrische Widerstandschicht im Betrieb erzeugten Wärmeenergie. Das Verbindungsmaterial kann dabei auch in Form einer Leiterplatte mit bekanntem Leiterplattenmaterial, wie zum Beispiel Kunststoff, ausgeführt sein.

[0018] Ebenfalls besonderes vorteilhaft ist es, die elektrische Widerstandschicht mittels Druckverfahren, insbesondere 3D-Druckverfahren, aufzubringen, wobei Druckverfahren für die Aufbringung der elektrischen Widerstandschicht auf das Keramiksubstrat mit wenig Aufwand für die Herstellung der Bremswiderstandsvorrichtung automatisierbar sind.

[0019] Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Bremswiderstandvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0020] Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung weist die elektrische Widerstandschicht elektrische Teilwiderstandschichten mit jeweils einem ersten elektrischen Teilanschluss und einem zweiten elektrischen Teilanschluss auf, sind die elektrischen Teilwiderstandschichten untereinander mittels elektrischer Verbindungsleiter elektrisch verbunden und sind die elektrischen Teilwiderstandschichten der elektrischen Widerstandschicht in Form einer Matrix angeordnet.

[0021] Die Aufbringung der elektrischen Verbindungsleiter auf dem Keramiksubstrat für deren mechanische Verbindung mit dem Keramiksubstrat ist dabei gleichzusetzen mit der Aufbringung der elektrischen Widerstandschicht für deren mechanische Verbindung mit dem Keramiksubstrat - umfassend die elektrischen Teilwiderstandschichten der elektrischen Widerstandschicht -, durchgeführt jeweils mittels des Druckverfahrens.

[0022] Diese mehrteilige Ausprägung der elektrischen Widerstandschicht in Form einer Matrix erlaubt schon während der Herstellung eine einfache und vorgefertigte Einstellung des Gesamt-Widerstandswertes der elektrischen Widerstandschicht.

[0023] Während des Betriebes kann es insbesondere bei häufigem Betrieb der Bremswiderstandvorrichtung an der Leistungsgrenze der elektrischen Widerstandschicht durchaus zu einem Ausfall einzelner elektrischer Teilwiderstandschichten kommen, wobei in besonders vorteilhafter Weise die Funktionalität der Bremswiderstandvorrichtung durch die noch intakt verbleibenden, elektrischen Teilwiderstandschichten schon bei der Herstellung der Bremswiderstandvorrichtung bis zu einer vorbestimmten prozentualen Ausfallgrenze garantiert und im späteren Betrieb auch sichergestellt werden kann.

[0024] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung ist zumindest einer der elektrischen Verbindungsleiter von zumindest einer der elektrischen Teilwiderstandschichten an zumindest einem der elektrischen Teilanschlüsse dieser elektrischen Teilwiderstandschicht durch eine Verbindungsleiter-Verödung elektrisch getrennt.

[0025] Mittels der Verbindungsleiter-Verödung kann auf vorteilhaft einfache und schnelle Weise der Gesamt-Widerstandswert für die Bremswiderstandvorrichtung der elektrischen Widerstandschicht feingranular sowohl herstellungsspezifisch automatisiert eingestellt und/oder anwenderspezifisch angepasst werden.

[0026] Die Verbindungsleiter-Verödung kann durch mehrere Herstellungs-Technologien realisiert werden, wobei das Ätzen, das Lasern, das Fräsen oder das Freilassen der Verödungsstelle während des Druckvorganges besonders effizient sind.

[0027] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung sind eine oder mehrere der elektrischen Teilwiderstandschichten durch eine Teilwiderstandschicht-Verödung von der elektrischen Widerstandschicht herausgelöst.

[0028] Mittels der Teilwiderstandschicht-Verödung kann ebenso auf vorteilhaft einfache und schnelle Weise der Gesamt-Widerstandswert für die Bremswiderstandvorrichtung der elektrischen Widerstandschicht feingranular sowohl herstellungsspezifisch automatisiert eingestellt und/oder anwenderspezifisch angepasst werden.

[0029] Die Teilwiderstandsschicht-Verödung kann auch hier durch mehrere Herstellungs-Technologien realisiert werden, wobei das Ätzen, das Lasern, das Fräsen oder das Freilassen der Stellen der Teilwiderstandsschicht-Verödung während des Druckvorganges besonders effizient sind.

[0030] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung ist die elektrische Widerstandschicht mittels Wärmezufuhr zumindest teilweise auf dem Keramiksubstrat gebrannt.

[0031] Das Brennen, welches auch im Sinne von Backen oder ähnlichen mit Wärmezufuhr verbundenen Technologien zu verstehen ist, hat den Vorteil, dass die mechanische aber auch die elektrische Struktur der insbesondere elektrischen Widerstandschicht aber z.T. auch der elektrischen Anschlüsse und der Verbindungsleiter der elektrischen Widerstandschicht verbesserbar ist.

[0032] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung sind der erste und der zweite elektrische Anschluss der elektrischen Widerstandschicht mit dem Keramiksubstrat als Träger unmittelbar oder über ein weiteres Verbindungsmaterial mechanisch verbunden und sind mittels Druckverfahren auf dem Keramiksubstrat aufgedruckt.

[0033] Mittels des Aufdruckens der elektrischen Anschlüsse der elektrischen Widerstandschicht kann das Druckverfahren im Herstellungsprozess weiter vereinheitlicht und verbessert automatisiert werden. So lassen sich damit besonders kleinteilige und räumlich eng begrenzte elektrische Anschlüsse bei geringstem Materialverbrauch herstellen.

[0034] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung ist die elektrische Widerstandschicht zumindest teilweise von einer Schutzschicht ummantelt.

[0035] Die Schutzschicht kann dabei auch das jeweilige Verbindungsmaterial, falls eingesetzt, zwischen der elektrischen Widerstandschicht und dem Keramiksubstrat und/oder, falls eingesetzt, zwischen den elektrischen Anschlüssen der elektrischen Widerstandschicht und dem Keramiksubstrat umfassen. Neben dem mechanischen Schutz, dem Schutz vor Verschmutzung und dem elektrischen Isolationsschutz kann die Schutzschicht auch eine thermische Wirkung für die verbesserte Abfuhr der im Betrieb auftretenden Wärmeenergie aufweisen.

[0036] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung ist die Fläche des Keramiksubstrats, welche auf der von der elektrischen Widerstandschicht abgewandten und entgegengesetzten Seite des Keramiksubstrats angeordnet ist, unmittelbar oder über eine Wärmeleitschicht mit einem Kühlkörper verbindbar.

[0037] Mittels des derart mit der Bremswiderstandvorrichtung verbindbaren Kühlkörpers können in vorteilhafter Weise auch Kühlflächen beispielsweise in einem elektrischen Umrichter genutzt werden, welche für den Betrieb des elektrischen Umrichters schon systemimmanent vorhanden sind, wie z.B. Kühlflächen an Kühlkörpern für Leistungshalbleiter oder Kühlflächen am Umrichtergehäuse.

[0038] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung ist der erste elektrische Anschluss der elektrischen Widerstandschicht mittels eines ersten elektrischen Kontaktelementes mit einem ersten elektrischen Leiter und der zweite elektrische Anschluss der elektrischen Widerstandschicht mittels eines zweiten elektrischen Kontaktelementes mit einem zweiten elektrischen Leiter verbindbar.

[0039] Die elektrischen Kontaktelemente stellen dabei eine vorteilhafte Form der elektrischen Anbindung der elektrischen Widerstandschicht mit den elektrischen Leitern einer Anwendungsvorrichtung dar, zum Beispiel der eines elektrischen Umrichters.

[0040] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung ist das erste elektrischen Kontaktelement und das zweite elektrische Kontaktelement jeweils ein Federkontakt.

[0041] Federkontakte haben hier den Vorteil, dass eine mechanische Belastung der Bremswiderstandvorrichtung, beispielsweise durch Rüttelbewegungen, für die elektrische Anbindung der elektrischen Widerstandschicht mit elektrischen Leitern mechanisch ausgleichbar ist, was zur Verlängerung der Lebensdauer dieser elektrischen Anbindung führen kann.

[0042] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung sind der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter auf einem elektrischen Trägerelement angeordnet und ist das elektrische Trägerelement mittels Befestigungselementen mechanisch mit dem Kühlkörper verbindbar.

[0043] Mittels der Befestigungselemente, welche das elektrische Trägerelement an den Kühlkörper mechanisch befestigen, wird auch die stabile mechanische und elektrische niederohmige Verbindung der elektrischen Leiter des Trägerelements über die elektrischen Kontaktelemente mit den elektrischen Anschlüssen der elektrischen Widerstandschicht vorteilhaft verbessert.

[0044] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung überlappt zur Einhaltung der Kriechstromfestigkeit an Luft- und Kriechstrecken die Fläche des Keramiksubstrats, welche mit der Fläche der elektrischen Widerstandschicht verbunden ist, über deren gesamten Flächenumfang einen gesamten Flächenumfang der Summe der Fläche der elektrischen Widerstandschicht, welche mit der Fläche des Keramiksubstrats verbunden ist, und der dem Keramiksubstrats zugewandten Flächen der elektrischen Anschlüsse um mindestens 1mm.

[0045] Für die Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein elektrischer Umrichter mit der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung vorgeschlagen, welcher im Betrieb mit einem elektrischen Netz und einer elektrischen Maschine verbunden ist und welcher mittels der Bremswiderstandvorrichtung elektrische Energie im Fall der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine absorbiert.

[0046] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des elektrischen Umrichters umfasst der elektrischen Umrichter einen Gleichrichter und einen Wechselrichter, wobei der Gleichrichter und der Wechselrichter mittels eines Gleichspannungszwischenkreises elektrisch miteinander verbunden sind und wobei die Bremswiderstandvorrichtung elektrisch am Gleichspannungszwischenkreis angeordnet ist.

[0047] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:

FIG 1

eine erste schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung mit einer elektrischer Widerstandschicht,

FIG 2

eine zweite schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung nach FIG 1 mit einer mechanischen Verbindung, einer thermischen Ankopplung und einer elektrischen Ankontaktierung der Bremswiderstandvorrichtung an ihre technische Umgebung,

FIG 3

eine dritte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung nach FIG 1 oder 2 mit in einer Matrix angeordneten elektrischen Teilwiderstandschichten der elektrischen Widerstandschicht,

FIG 4

eine nächste schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung nach FIG 3 mit Verbindungsleiter-Verödungen elektrischer Verbindungsleiter zu einigen in der Matrix angeordneten elektrischen Teilwiderstandschichten,

FIG 5

eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung nach FIG 3 mit Teilwiderstandschicht-Verödungen an einigen, in der Matrix der elektrischen Widerstandschicht vorgesehenen Stellen und

FIG 6

ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Umrichters mit der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung.

[0048] Die FIG 1 zeigt eine erste schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung 1 mit einer elektrischer Widerstandschicht 3, welche auf einem Keramiksubstrat 2 aufgebracht ist.

[0049] Die elektrische Widerstandschicht 3 weist ferner einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss 4,5 auf, mittels dem die elektrische Widerstandschicht 3 an hier zumindest zwei elektrische Leitern mechanisch und elektrisch kontaktierbar ist.

[0050] Sowohl die elektrische Widerstandschicht 3, welche für eine andauernde Belastung mit einer elektrischen Leistung von mindestens 20W und für eine Belastung über eine Zeitspanne von bis zu 100ms mit einer elektrischen Leistung von mindestens 1,2kW ausgelegt ist, wie auch die elektrischen Anschlüsse 4,5 sind mittels Druckverfahren auf dem Keramiksubstrat 2 aufgedruckt.

[0051] Die mechanische Verbindung, welche durch den Druckvorgang zwischen der elektrischen Widerstandschicht 3 und dem Keramiksubstrat 2 sowie zwischen den elektrischen Anschlüssen 4,5 und dem Keramiksubstrat 2 entstanden ist, kann unmittelbar sein oder über ein Verbindungsmaterial erfolgen (in FIG 1 nicht dargestellt).

[0052] Mit der FIG 2 wird eine zweite schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung 1 nach FIG 1 mit einer mechanischen Verbindung, einer thermischen Ankopplung und einer elektrischen Ankontaktierung der Bremswiderstandvorrichtung 1 an ihre technische Umgebung aufgezeigt.

[0053] In diesem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Widerstandschicht 3 unmittelbar mit dem Keramiksubstrat 2 verbunden. Die elektrische Widerstandschicht 3 weist einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss 4,5 auf. Die elektrische Widerstandschicht 3 ist hier zum Teil mit einer Schutzschicht 14 ummantelt, wobei hier die Fläche der elektrischen Widerstandschicht 3 ausgenommen ist, welche die mechanische Verbindung zu dem Keramiksubstrat 2 herstellt. Ebenso davon ausgenommen sind hier die Flächen der elektrischen Anschlüsse 4,5.

[0054] Auf einer von der elektrischen Widerstandschicht 3 entgegengesetzten und abgewandten Seite des Keramiksubstrats 2, ist diese dort angeordnete Fläche das Keramiksubstrats 2 unmittelbar mit einer hier ausgesparten Fläche eines Kühlkörpers 11 mechanisch und somit auch thermisch verbunden. Für einen verbesserten thermischen Übergang der im Betrieb der elektrischen Widerstandschicht 3 erzeugten Wärmeenergie auf den Kühlkörper 11 kann eine Wärmeleitschicht zum Einsatz kommen (in FIG 2 nicht gezeigt), welche beispielsweise Unebenheiten zwischen den beiden Flächen ausgleicht und darüber hinaus bzgl. ihrer Materialauswahl eine ausgewiesene thermische Leitfähigkeit besitzt.

[0055] Der erste Anschluss 4 der elektrischen Widerstandschicht 3 ist mittels eines ersten elektrischen Kontaktelementes 6 mit einem ersten elektrischen Leiter 8 und der zweite Anschluss 5 der elektrischen Widerstandschicht 3 ist mittels eines zweiten elektrischen Kontaktelementes 7 mit einem zweiten elektrischen Leiter 9 mechanisch und elektrisch verbunden. Die elektrischen Kontaktelemente 6,7 können dabei als Federkontakte ausgebildet sein (in FIG 2 nicht explizit gezeigt).

[0056] Beide elektrische Leiter 8,9 sind auf einem elektrischen Trägerelement 10 angeordnet, wobei sich als elektrisches Trägerelement 10 beispielsweise eine Leiterplatte aus Kunststoff eignet. Das elektrische Trägerelement 10 ist über Befestigungselemente 12, zum Beispiel Schrauben und Bolzen als lösbare mechanische Verbindungen oder Niet- und Pressverbindungen als unlösbare mechanische Verbindungen, mit dem Kühlkörper 11 mechanisch verbunden.

[0057] Je mehr Kraft die Befestigungselemente 12 auf die mechanische Verbindung des elektrischen Trägerelementes 10 mit dem Kühlkörperausüben, umso stärker wird die mechanische Verbindung und umso niederohmiger wird die elektrische Verbindung, welche mittels der elektrischen Kontaktelemente 6,7 zwischen den elektrischen Anschlüssen 4,5 der elektrischen Widerstandschicht 3 und den elektrischen Leitern 8,9 herstellbar sind. Dies betrifft insbesondere den Einsatz von Federkontakten.

[0058] Um die Einhaltung der Kriechstromfestigkeit an Luft- und Kriechstrecken 13 der Bremswiderstandvorrichtung 1 zu gewährleisten, überlappt hier die Fläche des Keramiksubstrats 2, welche mit der Fläche der elektrischen Widerstandschicht 3 verbunden ist, über deren gesamten Flächenumfang (in FIG 2 nicht vollständig darstellbar) einen gesamten Flächenumfang der Summe der Fläche der elektrischen Widerstandschicht 3, welche mit der Fläche des Keramiksubstrats 2 verbunden ist, und der dem Keramiksubstrats 2 zugewanden Flächen der elektrischen Anschlüsse 4,5 um mindestens 1mm (in FIG 2 nicht maßstabsgetreu dargestellt).

[0059] Eine dritte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung 1 nach FIG 1 oder 2, mit in einer Matrix angeordneten elektrischen Teilwiderstandschichten 15 der elektrischen Widerstandschicht 3, zeigt FIG 3.

[0060] Dabei weist die elektrische Widerstandschicht 3 elektrische Teilwiderstandschichten 15 mit jeweils einem ersten elektrischen Teilanschluss 17 und einem zweiten elektrischen Teilanschluss 18 auf (in FIG 3 mittels einiger Beispiel dargestellt), sind die elektrischen Teilwiderstandschichten 15 untereinander mittels elektrischer Verbindungsleiter 16 elektrisch verbunden (in FIG 3 mittels einiger Beispiel dargestellt) und sind die elektrischen Teilwiderstandschichten 15 der elektrischen Widerstandschicht 3 in Form einer Matrix angeordnet.

[0061] Ferner sind der erste elektrische Anschluss 4 und der zweite elektrische Anschluss 5 der elektrischen Widerstandschicht 3 dargestellt, welche elektrisch jeweils in einen der elektrischen Verbindungsleiter 16 übergehen.

[0062] Die Aufbringung der elektrischen Verbindungsleiter 16 auf dem Keramiksubstrat 2 für deren mechanische Verbindung mit dem Keramiksubstrat 2 ist dabei gleichzusetzen mit der Aufbringung der elektrischen Widerstandschicht 3 für deren mechanische Verbindung mit dem Keramiksubstrat 2 - umfassend die elektrischen Teilwiderstandschichten 15 der elektrischen Widerstandschicht 3 - und der Aufbringung der elektrischen Anschlüsse 4,5 für deren mechanische Verbindung mit dem Keramiksubstrat 2, durchgeführt jeweils mittels des Druckverfahrens.

[0063] Die FIG 4 zeigt eine nächste schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung 1 nach FIG 3 mit Verbindungsleiter-Verödungen 19 von einigen elektrischen Verbindungleitern 16 zu einigen in der Matrix angeordneten elektrischen Teilwiderstandsschichten 15.

[0064] Der Aufbau der Bremswiderstandvorrichtung 1 aus FIG 4 entspricht demnach im Wesentlichen der FIG 3, wobei durch die Verbindungsleiter-Verödungen 19 einige, hier exemplarisch aufgezeigte elektrische Teilwiderstandschichten 15 keine elektrische Anbindung innerhalb der elektrischen Widerstandschicht 3 haben, demzufolge nicht in den Gesamt-Widerstandswert der elektrischen Widerstandschicht 3 eingehen und somit auch im Betrieb der Bremswiderstandvorrichtung 1 keinen funktionalen Beitrag zur Absorption von beispielsweise im generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine erzeugter elektrischer Energie leisten können.

[0065] Auch in FIG 4 weist die elektrische Widerstandschicht 3 elektrische Teilwiderstandschichten 15 mit jeweils einem ersten elektrischen Teilanschluss 17 und einem zweiten elektrischen Teilanschluss 18 zur Absorption von beispielsweise im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugter elektrischer Energie auf (in FIG 4 mittels einiger Beispiel dargestellt), sind diese elektrischen Teilwiderstandschichten 15 untereinander mittels elektrischer Verbindungsleiter 16 elektrisch verbunden (in FIG 4 mittels einiger Beispiele dargestellt) und sind die elektrischen Teilwiderstandschichten 15 der elektrischen Widerstandschicht 3 in Form einer Matrix angeordnet.

[0066] Mit der FIG 5 wird eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung 1 nach FIG 3 mit Teilwiderstandschicht-Verödungen 20 an einigen in der Matrix der elektrischen Widerstandschicht 3 vorgesehenen Stellen aufgezeigt.

[0067] Der Aufbau der Bremswiderstandvorrichtung 1 aus FIG 5 entspricht demnach ebenfalls im Wesentlichen der FIG 3, wobei durch die Teilwiderstandschicht-Verödungen 20 hier exemplarisch an einigen aufgezeigten Stellen einige der elektrischen Teilwiderstandschichten innerhalb der elektrischen Widerstandschicht 3 entfernt wurden bzw. schon während des Herstellungsprozesses der Aufbringung der elektrischen Widerstandschicht 3 auf das Keramiksubstrat 2 nicht vorgesehen waren. Demzufolge gehen diese entfernten oder nicht vorgesehenen elektrischen Teilwiderstandschichten nicht in den Gesamt-Widerstandswert der elektrischen Widerstandschicht 3 ein und können somit auch im Betrieb der Bremswiderstandvorrichtung 1 keinen funktionalen Beitrag zur Absorption der beispielsweise im generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine erzeugten elektrischen Energie leisten.

[0068] Auch in FIG 5 weist die elektrische Widerstandschicht 3 elektrische Teilwiderstandschichten 15 mit jeweils einem ersten elektrischen Teilanschluss 17 und einem zweiten elektrischen Teilanschluss 18 zur Absorption von beispielsweise im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugter elektrischer Energie auf (in FIG 5 mittels einiger Beispiel dargestellt), sind diese elektrischen Teilwiderstandschichten 15 untereinander mittels elektrischer Verbindungsleiter 16 elektrisch verbunden (in FIG 5 mittels einiger Beispiele dargestellt) und sind die elektrischen Teilwiderstandschichten 15 der elektrischen Widerstandschicht 3 in Form einer Matrix angeordnet.

[0069] Ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Umrichters 21 mit der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung 1 wird in FIG 6 visualisiert.

[0070] Der elektrische Umrichter 21 betreibt mittels einer elektrischen (hier dreiphasigen) Anbindung an ein elektrisches Netz 25 über eine weitere (hier ebenfalls dreiphasige) Anbindung eine elektrische Maschine 26 und bildet somit gemeinsam mit der elektrischen Maschine 26 ein elektrisches Antriebssystem.

[0071] Ferner weist der elektrische Umrichter 21 einen Gleichrichter 22 auf, welcher mit dem elektrischen Netz 25 elektrisch verbunden ist, und einen Wechselrichter 23, welcher mit der elektrischen Maschine 26 elektrisch verbunden ist.

[0072] Der Gleichrichter 22 und der Wechselrichter 23 des elektrischen Umrichters 21, welcher hier beispielsweise als Frequenzumrichter ausgebildet ist, sind durch einen Gleichspannungszwischenkreis 24 elektrisch miteinander verbunden.

[0073] In dem Gleichspannungszwischenkreis 24 ist, hier nur schematisch dargestellt, die Bremswiderstandvorrichtung 1 elektrisch angeordnet.

[0074] Im Betriebsfall kann nunmehr die elektrische Maschine 26 generatorisch betrieben werden, wobei elektrische Energie über den Wechselrichter 23 in den Gleichspannungszwischenkreis 24 zurückgespeist wird. Falls eine Rückspeisung dieser elektrischen Energie mittels des Gleichrichters 22 in das elektrische Netz 25 technisch nicht möglich ist und/oder das elektrische Netz 25 diese elektrische Energie nicht aufnehmen kann und/oder der Gleichspannungszwischenkreis 24 diese elektrische Energie ebenfalls nicht mehr aufnehmen kann, wird diese elektrische Energie durch die Bremswiderstandvorrichtung 1 in Wärmeenergie umgewandelt. Somit ist ein sicherer und stabiler Betrieb des Antriebssystems möglich.

Ansprüche

1. Bremswiderstandvorrichtung (1) zur Absorption von im generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine (26) erzeugter elektrischer Energie, umfassend

- ein Keramiksubstrat (2),

- eine elektrische Widerstandschicht (3) und

- einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss (4,5) an der elektrischen Widerstandschicht (3),

wobei

- die elektrische Widerstandschicht (3) für eine andauernde Belastung mit einer elektrischen Leistung von mindestens 20W und für eine Belastung über eine Zeitspanne von bis zu 100ms mit einer elektrischen Leistung von mindestens 1,2kW ausgelegt ist,

- die elektrische Widerstandschicht (3) mit dem Keramiksubstrat (2) als Träger unmittelbar oder über ein Verbindungsmaterial mechanisch verbunden ist und

- die elektrische Widerstandschicht (3) mittels Druckverfahren auf dem Keramiksubstrat (2) aufgedruckt ist.

2. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei

- die elektrische Widerstandschicht (3) elektrische Teilwiderstandschichten (15) mit jeweils einem ersten elektrischen Teilanschluss (17) und einem zweiten elektrischen Teilanschluss (18) aufweist,

- die elektrischen Teilwiderstandschichten (15) untereinander mittels elektrischer Verbindungsleiter (16) elektrisch verbunden sind und

- die elektrischen Teilwiderstandschichten (15) der elektrischen Widerstandschicht (3) in Form einer Matrix angeordnet sind.

3. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei zumindest einer der elektrischen Verbindungsleiter (16) von zumindest einer der elektrischen Teilwiderstandschichten (15) an zumindest einem der elektrischen Teilanschlüsse (17,18) dieser elektrischen Teilwiderstandschicht (15) durch eine Verbindungsleiter-Verödung (19) elektrisch getrennt ist.

4. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei eine oder mehrere der elektrischen Teilwiderstandschichten (15) durch eine Teilwiderstandschicht-Verödung (20) von der elektrischen Widerstandschicht (3) herausgelöst sind.

5. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Widerstandschicht (3) mittels Wärmezufuhr zumindest teilweise auf dem Keramiksubstrat (2) gebrannt ist.

6. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite elektrische Anschluss (4,5) der elektrischen Widerstandschicht (3) mit dem Keramiksubstrat (2) als Träger unmittelbar oder über ein weiteres Verbindungsmaterial mechanisch verbunden sind und mittels Druckverfahren auf dem Keramiksubstrat (2) aufgedruckt sind.

7. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Widerstandschicht (3) zumindest teilweise von einer Schutzschicht (14) ummantelt ist.

8. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche des Keramiksubstrats (2), welche auf der von der elektrischen Widerstandschicht (3) abgewandten und entgegengesetzten Seite des Keramiksubstrats (2) angeordnet ist, unmittelbar oder über eine Wärmeleitschicht mit einem Kühlkörper (11) verbindbar ist.

9. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste elektrische Anschluss (4) der elektrischen Widerstandschicht (3) mittels eines ersten elektrischen Kontaktelementes (6) mit einem ersten elektrischen Leiter (8) und der zweite elektrische Anschluss (5) der elektrischen Widerstandschicht (3) mittels eines zweiten elektrischen Kontaktelementes (7) mit einem zweiten elektrischen Leiter (9) verbindbar ist.

10. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei das erste elektrischen Kontaktelement (6) und das zweite elektrische Kontaktelement (7) jeweils ein Federkontakt ist.

11. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste elektrische Leiter (8) und der zweite elektrische Leiter (9) auf einem elektrischen Trägerelement (10) angeordnet sind und wobei das elektrische Trägerelement (10) mittels Befestigungselementen (12) mechanisch mit dem Kühlkörper (11) verbindbar ist.

12. Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Einhaltung der Kriechstromfestigkeit an Luft- und Kriechstrecken (13) die Fläche des Keramiksubstrats (2), welche mit der Fläche der elektrischen Widerstandschicht (3) verbunden ist, über deren gesamten Flächenumfang einen gesamten Flächenumfang der Summe der Fläche der elektrischen Widerstandschicht (3), welche mit der Fläche des Keramiksubstrats (2) verbunden ist, und der dem Keramiksubstrats (2) zugewanden Flächen der elektrischen Anschlüsse (4,5) um mindestens 1mm überlappt.

13. Elektrischer Umrichter (21) mit einer Bremswiderstandvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der elektrische Umrichter (21) im Betrieb mit einem elektrischen Netz (25) und einer elektrischen Maschine (26) verbunden ist und wobei mittels der Bremswiderstandvorrichtung (1) elektrische Energie im Fall der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine (26) absorbiert wird.

14. Elektrischer Umrichter (21) nach Anspruch 13, umfassend einen Gleichrichter (22) und einen Wechselrichter (23), wobei der Gleichrichter (22) und der Wechselrichter (23) mittels eines Gleichspannungszwischenkreises (24) elektrisch miteinander verbunden sind und wobei die Bremswiderstandvorrichtung (1) elektrisch am Gleichspannungszwischenkreis (24) angeordnet ist.

Zeichnung