DE3703689C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Widerstandsein­ heit zur Verwendung in einem Schlagwetterschutz- und Explosionsschutzbereich in Verbindung mit einer elektri­ schen Hauptanlage, insbesondere mit eine eine druckfeste Kapselung aufweisenden Hauptanlage, mit mehreren Heizelementen, die über elektrische Leiter mit der Hauptanlage innerhalb des Gehäuses verbunden sind.

Es ist bekannt, zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie elektrische Widerstandseinheiten zu ver­ wenden.

Dieses Problem tritt unter anderem bei elektromotorischen Antrieben auf, bei denen in Bremswiderständen beim Brems­ vorgang des Antriebs anfallende elektrische Energie in Wärmeenergie umgesetzt wird. Ist mit großen Wärmeenergie­ mengen zu rechnen, so müssen entsprechende Maßnahmen ge­ troffen werden, um die in einer gegebenen Zeitspanne an­ fallende Wärmeenergie an ein Kühlmittel abzugeben, zum Beispiel an die Umgebungsluft oder an Kühlwasser.

Besonders problematisch ist das Abführen von aus elektri­ scher Energie gewonnener Wärmeenergie in Schlagwetter­ schutz- und Explosionsschutzbereichen, wie beispiels­ weise in untertägigen Kohleabbaubetrieben.

Bei elektrischen Untertage-Transportsystemen sind in der Regel elektrische Hauptanlagen vorgesehen, die vor­ schriftsgemäß z. B. nach der Zündschutzart "druckfeste Kapselung" ausgeführt sind. Es ist praktisch nicht möglich, die Bremswiderstände innerhalb des druckfesten Gehäuses der Hauptanlage unterzubringen. Deshalb sind die Bremswiderstandseinheiten in einem gesonderten Ge­ häuse angeordnet und über flexible Kabel mit der Haupt­ anlage verbunden. Abgesehen davon, daß eine solche An­ ordnung aus mehreren, über flexible Kabel verbundenen Einheiten platzraubend und schwer handhabbar ist, ist die Leitungsdurchführung in den Gehäusen wegen der Sicher­ heitsvorschriften aufwendig. Die besondere Ausbildung von elektrischen Widerstandseinheiten, insbesondere Brems­ widerstandseinheiten für den Einsatz im untertägigen Bergbau ist somit sehr aufwendig.

Die DE-OS 34 35 419 zeigt eine elektrische Widerstandseinheit der eingangs genannten Art. Bei dieser Widerstandseinheit befinden sich hinter dem gekapselten Gehäuse Bremswiderstände, und die Gehäusewand wird von Leitungsdurchführungen durchsetzt. Bei einer "gefährlichen" Temperaturerhöhung, die durch spezielle Termostate erfaßt wird, sollen die Bremswiderstände abgeschaltet werden. Dann muß aber die bei einem Bremsvorgang zu vernichtende Energie anderweitig in Wärme umgesetzt werden, z. B. in Teilen der Hauptanlage selbst. Dies kann unter Umständen fatale Folgen haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Widerstandseinheit der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, daß der Kühlkörper einfach montiert und abgenommen werden kann, die Heizelemente einfach ausgetauscht werden können und trotz platzsparender Konstruktion eine unkomplizierte Kühlung der in dem Kühlkörper befindlichen Heizpatronen möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Heizelemente handelsübliche Heizpatronen (13) sind, die in einem Anschlüsse für ein Kühlmittel aufweisenden Kühlkörper angeordnet sind, welche starr an einer Öffnung an der Außenseite des Gehäuses der Hauptanlage befestigt ist, wobei die elektrische Leiter von den Heizpatronen durch die Öffnung zu der Hauptanlage geführt sind.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß sich der Kühlkörper mühelos an der Außenwand des Gehäuses anbringen kann. Auch unter extremen Lastbedingungen wird durch das Kühlmittel eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet.

In der DE-AS 32 47 090 ist eine spezielle Anordnung einer Heizpatrone in einer Bohrung eines Werkstücks beschrieben, welches bei der Verarbeitung von Kunststoffen eingesetzt wird. Die Heizpatrone hat dort die für sie ursprünglich vorgesehene Funktion; denn sie soll eine bestimmte Stelle eines Werkstücks aufheizen. Anders die Verwendung von Heizpatronen gemäß der Erfindung: Hier sind die Heizpatronen so angeordnet, daß sie sich leicht kühlen lassen, dies ist insbesondere dann interessant, wenn die Heizpatronen als Bremswiderstände verwendet werden. Während die übliche Verwendung von Heizpatronen darin besteht, an einer bestimmten Stelle eine Temperaturerhöhung zu erzielen, geht es bei den Bremswiderständen lediglich um die Vernichtung nicht benötigter Energie.

Durch die Verwendung von an sich bekannten, handelsüblichen Heizpatronen, die für sich nicht schlagwetter- oder explosionsgeschützt zu sein brauchen, erübrigt sich der Entwurf für die Herstellung spezieller Heizwiderstandselemente. Der Schlagwetter- bzw. Explosionsschutz wird durch die Gestaltung des Kühlkörpers und dessen Befestigung am Gehäuse der Hauptanlage gewährleistet. Durch die starre Ankopplung des die Heizpatronen aufnehmenden Kühlkörpers an das Gehäuse der Hauptanlage, insbesondere an das schlagwettergeschütze Gehäuse der Hauptanlage, ent­ fällt die bislang benötigte flexible Verbindung zwischen dem Gehäuse der Hauptanlage und der die Widerstandseinheiten aufnehmenden Gehäuse­ einheit sowie die Leitungsdurchführungen in die jeweiligen Gehäuse. Da­ durch vereinfacht sich die Handhabung der Hauptanlage in Verbindung mit der Widerstandseinheit beträchtlich. Durch die Gehäuseöffnung führen die elektrischen Leiter von den Heizpatronen unter Verzicht auf äußere Leitungsverbindungen direkt in das Innere des Gehäuses der Hauptanlage. Zur Montagevereinfachung können Steckverbindungen vorgesehen werden. Außer den Anschlüssen für die Heizpatronen können durch die Gehäuse­ öffnung auch noch elektrische Leitungen geführt sein, die mit Tempera­ turfühlern und ähnlichen Bauelementen verbunden sind, welche Bestand­ teil einer Steuer- und Überwachungseinrichtung sind.

Der erfindungsgemäße Kühlkörper wird insbesondere am Gehäuse angeflanscht. Speziell bei Hauptanlagen, die in der Zündschutzart "druckfeste Kapselung" ausgeführt sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kühlkörper mit nur vom Inneren des Gehäuses der Hauptanlage her zugänglichen Befestigungsmitteln befestigt ist. Bei Gehäusen der genann­ ten Art wird teilweise gefordert, daß das druckfeste Gehäuse nur geöffnet werden kann, wenn durch eine spezielle mechanische Verriegelung gewährleistet ist, daß die elektrischen Einrichtungen in dem Gehäuse spannungsfrei sind. Wenn nun - wie gesagt, die Befestigungsmittel für den Kühlkörper ausschließlich vom Inneren des Gehäuses her zugänglich sind, bildet die genannte mechanische Verriegelung des Gehäuses gleichzeitig die mechanische Sicherung für den Anschluß der Widerstandseinheit. Um die Widerstandseinheit von dem Gehäuse zu lösen, muß zunächst das Gehäuse geöffnet werden, was nur möglich ist, wenn vorher ein Lasttrennschalter geöffnet wurde.

Der Kühlkörper kann grundsätzlich aus Metall, Kunststoff oder Keramik oder irgendeinem anderen gut wärmeleitenden Material bestehen. Vorzugsweise besteht der Kühlkörper aus Gußeisen. In ihm sind mehrere Bohrungen verteilt an­ geordnet, von denen jede eine Heizpatrone aufnimmt. Die länglichen Heizpatronen sind vorzugsweise axial in dem zylindrischen Kühlkörper angeordnet. In einer einfachen Ausführungsform ist der zylindrische Kühlkörper mit einer Stirnseite an der Außenseite des Gehäuses der Hauptan­ lage befestigt. Da diese Anbringung möglicherweise un­ günstig ist, weil der Kühlkörper relativ weit von dem Gehäuse absteht, sieht die Erfindung als besonders be­ vorzugte Ausgestaltung vor, ein 90°-Winkelanschlußstück zu verwenden. Dieses kann aus einem Winkelrohrstück be­ stehen, welches mit Gießharz gefüllt ist. Das Gießharz füllt den Raum zwischen den elektrischen Leitern aus, die von den Heizpatronen zu der Stirnseite des Anschlußstücks führen. Dort können Steckerelemente vorhanden sein, die zu Buchsenelementen an der Innenseite der Gehäusewand passen.

Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Kühlkörper zur Abgabe von Wärmeenergie an einen gasförmigen oder an einen flüssigen Wärmeträger geeignet sein. Wenn der Wärmeträger, der die anfallende Wärmeenergie aufnehmen muß, zum Beispiel Luft ist, besitzt der Kühlkörper Kühl­ rippen, so daß die Wärme wirksam an die Luft übertragen wird.

Vorzugsweise besitzt der Kühlkörper jedoch Kühlkanäle sowie Anschlüsse für Kühlwasser. Das den Kühlkörper um­ spülende und durchspülende Kühlwasser wird von der an­ fallenden Wärmeenergie aufgeheizt.

Bei Bedarf kann das warme Wasser bzw. die warme Luft ander­ weitig genutzt werden, zum Beispiel zum Heizen.

In einer besonders einfachen, wirksamen und kostengünstigen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß der etwa zylindrische Körper aus gut wärmeleitendem Material, wie Gußeisen, besteht, der mehrere achsparallele Bohrungen zur Aufnahme der Heizpatronen enthält und ein Außengewinde be­ sitzt, daß auf dem zylindrischen Kühlkörper außen dicht ein Rohrstück sitzt, das mit dem Außengewinde eine Kühl­ schlange bildet, daß von dem Außengewinde, vorzugsweise von dessen Endabschnitt, mindestens ein Radialkanal abgeht, der zu mindestens einem Axialkanal in dem Kühlkörper führt, und daß an der freien Stirnseite des Kühlkörpers ein Wasser­ einlaß- und ein Wasserauslaßanschluß vorgesehen sind. Neben einem einzigen Axialkanal, dessen Längsachse mit der Längs­ achse des Kühlkörpers übereinstimmt, können auch mehrere achsparallele Kanäle vorgesehen sein, die von dem inneren Ende des Radialkanals oder der Radialkanäle zum freien stirnseitigen Ende des Kühlkörpers führen, wo sich der Wasserauslaß befindet.

Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine be­ sonders kostengünstige Herstellung und weist darüber hinaus sämtliche oben angegebene Vorteile auf.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer an die Außenwand eines druckfesten Gehäuses einer Hauptanlage angeflanschten elektrischen Bremswiderstands­ einheit, und

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Ein in Fig. 1 nur bruchstückhaft angedeutetes Gehäuse 1, welches in der Zündschutzart "druckfeste Kapselung" aus­ geführt ist, beinhaltet als elektrische Hauptanlage zum Beispiel die gesamte Steuereinrichtung für eine elektro­ motorisch angetriebene Untertagebahn. Die beim Bremsen der Bahn anfallende elektrische Energie muß vernichtet, das heißt in Wärme umgesetzt werden. Hierzu ist ein Brems­ widerstandselement vorgesehen, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel an die Rückseite des Gehäuses 1 angeflanscht ist.

Die Gehäuse-Rückwand 2 trägt in ihrem oberen Bereich einen Kühlkörperträger 3. Der Kühlkörperträger 3 ist als Winkel- Anschlußstück 4 bestehend aus einen 90°-Winkelrohr 5, ausgebildet, das mit einer Vergußmasse 6, zum Beispiel Epoxyharz, ausgefüllt ist. Die beiden Winkelrohrenden sind als Flansche ausgebildet.

Von der Innenseite des Gehäuses 1 her ist das Winkelrohr 5 mit Schrauben 7 befestigt. Ein Steckeinsatz des Winkel­ anschlußstücks 4 ragt in das Innere des Gehäuses 1, wo Stecker 8 eine elektrische Verbindung zu Buchsenelementen herstellen, die im Inneren eines Aufnahmeteils 9 von Gießharz umfaßt sind.

An das in der Zeichnung nach unten weisende Ende des Winkelrohrs 5 ist mit Schrauben 10 ein aus Gußmetall be­ stehender zylindrischer Kühlkörper 11 angeschraubt.

In dem Kühlkörper 11 sind gleichmäßig an den Ecken eines Fünfecks verteilt Bohrungen 12 ausgebildet, von denen jede eine handelsübliche Heizpatrone 13 aufnimmt. Jede Heizpatrone 13 ist über in die Vergußmasse 6 eingebettete elektrische Leiter und die Stecker 8 sowie die in dem Aufnahmeteil 9 befindlichen Buchsenelemente elektrisch mit Teilen der Hauptanlage verbunden.

Auf der Umfangsfläche des Kühlkörpers 11 ist ein Standard- Außengewinde ausgebildet. Auf dem Außengewinde sitzt ein ebenfalls aus Gußeisen bestehendes Rohrstück 15, welches im oberen und unteren Bereich mittels zweier O-Ringe 21 abgedichtet ist. Das Rohrstück 15 bildet somit gemeinsam mit dem Außengewinde 14 des Kühlkörpers 11 eine Kühlschlange. Am freien stirnseitigen Ende des Kühlkörpers 11, welches mit Hilfe eines Stützblechs 16 zusätzlich an der Rück­ wand 2 des Gehäuses 1 abgestützt ist, befinden sich ein Wassereinlaß- und ein Wasserauslaßanschluß 17. Der Wasser­ einlaß 17 (Pfeilrichtung) ist in einem Ringstück 20 aus­ gebildet, welches am Ende des Kühlkörpers 11 sitzt.

Das über den rechts in Fig. 1 dargestellten Wasserein­ laßanschluß, der als Steckanschluß ausgebildet ist, ein­ geleitete Kühlwasser gelangt über die durch das Gewinde 14 und das Rohrstück 15 gebildete Kühlschlange auf einem schraubenförmigen Weg entlang der Kühlschlange bis zum oberen Endbereich des Kühlkörpers 11, um von dort aus über drei Radialkanäle 18 zu einem Axialkanal 19 zu strömen. Die Achse des Axialkanals 19 fällt mit der Längsachse des zylindrischen Kühlkörpers 11 zusammen. Durch den Axialkanal 19 strömt das Wasser aus dem Wasseraustrittsanschluß 17 ab. Das beim Durchströmen des Kühlkörpers 11 erwärmte Wasser kann anderweitig genutzt werden oder die in ihm enthaltene Wärmeenergie teilweise über einen Wärmetauscher, der lediglich Küh­ lungszwecken dient, abgeben.

Abwandlungen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels sind möglich. Statt des Winkel-Anschlußstücks kann ein gestrecktes Anschlußstück verwendet werden. Der Kühl­ körper kann auch mit einem mit ihm einstückig ausgebil­ deten Anschlußstück direkt an die Rückwand 2 des Gehäuses angeschraubt oder angeschweißt werden.

Es ist nicht nur die Verwendung als Bremswiderstands­ einheit möglich, sondern die Widerstandseinheit kann überall dort eingesetzt werden, wo elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt werden muß. Statt der Was­ serkühlung kann auch eine Einrichtung vorgesehen sein, über die die Wärmeenergie an die Umgebungsluft abge­ geben wird.

Claims (9)

1. Elektrische Widerstandseinheit zur Verwendung in einem Schlagwetterschutz- und Explosionsschutzbereich in Verbindung mit einer elektrischen Hauptanlage, insbesondere mit einer eine druckfeste Kapselung aufweisenden Hauptanlage, mit mehreren Heizelementen, die über elektrische Leiter mit der Hauptanlage innerhalb des Gehäuses (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente handelsübliche Heizpatronen (13) sind, die in einem Anschlüsse (17) für ein Kühlmittel aufweisenden Kühlkörper (11) angeordnet sind, welcher starr an einer Öffnung an der Außenseite (2) des Gehäuses (1) der Hauptanlage befestigt ist, wobei die elektrischen Leiter von den Heizpatronen (13) durch die Öffnung zu der Hauptanlage geführt sind.

2. Widerstandseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (11) an das Gehäuse (1, 2) angeflanscht ist.

3. Widerstandseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (11) mit nur vom Inneren des Gehäuses (1, 2) her zugänglichen Befestigungsmitteln (7) befestigt ist.

4. Widerstandseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper ein etwa zylindrischer Metallblock, zum Beispiel Gußeisenblock, ist, in dem mehrere Bohrungen (12) verteilt angeordnet sind, von denen jede eine Heizpatrone (13) aufnimmt.

5. Widerstandseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper ein Anschlußstück (4) aufweist, das aus einem mit Gießharz (6) ausgefüllten Rohrstück (5) mit Anschlußflansch besteht.

6. Widerstandseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (11) ein 90°-Winkelanschlußstück (4) aufweist.

7. Widerstandseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (11) Kühlkanäle (14, 18, 19) für Kühlwasser aufweist.

8. Widerstandseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der etwa zylindrische Kühlkörper (11) aus gut wärme­ leitendem Material, wie Gußeisen, besteht, der mehrere achsparallele Bohrungen zur Aufnahme der Heizpatronen (13) enthält und ein Außengewinde (14) besitzt, daß auf dem zylindrischen Kühlkörper (11) außen dicht ein Rohrstück (15) sitzt, das mit dem Außengewinde (14) eine Kühlschlange bildet, daß von dem Außengewinde (14) vorzugsweise von dessen Endabschnitt, mindestens ein Radialkanal (18) abgeht, der zu mindestens einem Axialkanal (19) in dem Kühlkörper (11) führt, und daß an der freien Stirnseite des Kühlkörpers (11) ein Wassereinlaß- und Wasserauslaßanschluß (17) vorgesehen sind.

9. Widerstandseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandseinheit einen Bremswiderstand für einen elektromotorischen Antrieb bildet.