DE102010063331B4

DE102010063331B4 - Elektrische Verbindung mit einer Überlastsicherung

Info

Publication number: DE102010063331B4
Application number: DE102010063331.3A
Authority: DE
Inventors: Mathias Fein; Michael Bayer
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2030-12-18
Also published as: DE102010063331A1

Abstract

Elektrische Verbindung (210, 212) mit einer Überlastsicherung (218), die mit der elektrischen Verbindung (210, 212) thermisch in Kontakt steht, um bei Überschreitung einer Grenztemperatur θdie elektrische Verbindung (210, 212) zu unterbinden oder zu zerstören, wobei die Überlastsicherung (218) kapselförmig ausgeführt ist und spätestens bei Erreichen einer Grenztemperatur θeinen Brand auslöst oder brennbare Gase freisetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (218) im Übergangsbereich (216) zwischen einer Kohlebürste (58) und einer Kohlenbürstenlitze (212) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen kommen heute mechanisch kommutierte Gleichstrommotoren zum Einsatz. Bei diesen wird der Strom über ein oder mehrere Kohlebürstenpaare über den Kommutator in die Ankerwicklung eingeleitet. Diese Bürsten, in der Regel Kohlebürsten, sind zumeist aus einem Sinterwerkstoff gefertigt, welcher hauptsächlich Kupfer- und Graphitanteile aufweist. Die Kohlebürsten sowie der Kommutator unterliegen im Betrieb einem Verschleiß. Starter die zum Durchdrehen von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden, sind in der Regel für einen kurzzeitigen Betrieb ausgelegt und normalerweise für 30 000 bis 60 000 Schaltzyklen geeignet.
Um im Falle eines Missbrauchs der Startvorrichtung keine überhöhten Temperaturen außerhalb des Starters zuzulassen, gibt es mehrere Methoden, um eine Schwächung innerhalb der Startervorrichtung zu erzeugen, die zu einem Stillstand beziehungsweise zum Ausfall der Startvorrichtung führen. Kritische Punkte in Bezug auf das Auftreten von überhöhten Temperaturen sind Lastbereiche wie zum Beispiel der Kaltstart, das Starten im Kurzschluss, ein Warmstart, eine Fehlansteuerung des Starters um nur einige zu nennen.
Bei vielen Startern sind die Querschnitte der Kabel, die auch als Litzenquerschnitte bezeichnet werden, von einzelnen oder auch von allen Kohlebürsten mit einer gezielten Schwächung versehen, so dass nach einer bestimmten Belastung ein Durchbrennen derartiger Litzen erfolgt. Dabei müssen Temperaturen in den Litzen in der Größenordnung von mehr als 1 000°C erreicht werden, bevor diese durchschmelzen. Je nach Lastpunkt, im vorliegenden Falle als Strombelastung der Startvorrichtung zu verstehen, kann die Zeitspanne der Belastung von wenigen Sekunden bis zu Minuten andauern, bis ein solcher Ausfall durch Durchschmelzen erfolgt. Ziel bei einer derartigen Auslegung ist, durch die vorliegende Schwächung des Starters keine nachhaltigen Einbußen in den Eigenschaften des Starters zu erzielen. Dies wird aber insbesondere bezüglich des Einsatzes von dünnen Litzen bei Kohlebürsten kritisch, da Litzen größtmöglich gewählt werden müssen, um eine ideale Leistung des Starters zu erzielen. Auch eine längere Rohrbelastung der Litzen, wie im Falle von Wiederholstarts (Start-Stopp-Funktionalität), kann im Falle von dünnen Litzen bereits zu Fehlfunktionen führen, sofern eine hohe Schüttelbelastung auftritt. Durch eine erhöhte Temperaturbelastung der Litzen wird das Kupfer erweicht und die Schüttelfestigkeit des Systems wird dadurch erheblich geschwächt. Außerdem können im Bereich des Übergangs der Litzen in die Kohlebürste infolge einer lang andauernden, hohen Belastung (Start-Stopp-Funktionalität) eine stärkere Alterung der Kohlebürsten beziehungsweise des Übergangs von der Litze zur Kohlebürste entstehen. Dies kann zu einem unerwünschten Leistungsverlust führen.
Aus WO 00/44019 A1 ist ein elektrischer Leiter mit Zündeinrichtung bekannt. Gemäß dieser Lösung steht eine Zündeinrichtung mit dem Leiter in thermischen Kontakt, um bei Überschreiten einer Grenztemperatur zu zünden und den Leiter zu zerstören. Der Leiter umfasst eine oder mehrere sich kontinuierlich zwischen den Enden des Leiters erstreckende Adern. Die Zündeinrichtung ist an dem Leiter angeordnet, um im Falle des Zündens die Einzeladern des Leiters zu zerteilen.
Aus der CH 277 463 A ist eine elektrische Verbindung bzw. ein metallischer Leiter mit einer Sicherung, die an der für die Unterbrechung vorgesehenen Stelle des Leiters positioniert ist und die bis zu einem Grenzstrom bzw. Grenztemperatur dauernd belastbar ist, bekannt. Bei Überschreiten des Grenzstromes bzw. der Grenztemperatur wird durch die Sicherung eine chemische Reaktion ausgelöst. durch die der Leiter zerstört wird und somit die Stromunterbrechung bewirkt wird.
Die DE 199 60 597 A1 zeigt eine Sicherheitseinrichtung mit einem Unterbrecher, der eine elektrisch leitende Metallbrücke umfasst, wobei die Metallbrücke mit der Versorgungsleitung elektrisch verbunden ist. Ein Zündelement ist in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Metallbrücke angeordnet, wobei das Zündelement eine Mischung aus Oxidations- und Reduktionsmittel ist.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Beschleunigung des Durchschmelzens der Kohlebürsten, insbesondere der an diesen befestigten Litzen im Übergangsbereich, durch Einbringen einer Kapsel an den Litzen vorzusehen. Durch ein derartiges kapselförmig ausgebildetes, direkt in die Kohlebürsten eingepresstes zusätzliches Element, welches bei Temperaturen von schon weit unter 1 000°C bereits beginnt zu brennen oder brennbare Gase entweichen lässt, kann ein gezielter, kurzer Brand innerhalb der Startvorrichtung entstehen.
Dieser führt dazu, dass die Litzen an der Übergangsstelle zur Kohlebürste durchbrennen und die Startvorrichtung demzufolge nicht mehr weiter bestromt wird. Durch das Unterbrechen der Stromzufuhr und der damit einhergehenden weiteren Erwärmung der Startvorrichtung ist daneben gewährleistet, dass es zu keiner Überhitzung außen liegender Teile kommt.
Denkbar für eine derartige Ausführung einer in die Litze integrierten Kapsel sind zum Beispiel Kunststoffe, welche im Vergleich zum Material der Litze selbst eine relativ niedrige Brenntemperatur, die in der Größenordnung von etwa 600°C liegt, erreichen. Weiterhin ist auch denkbar, dass die Kapsel, die in die Litze integriert ist, brennbare Gase, so zum Beispiel Ammoniak, abscheidet, um einen Brand gezielt in der Litze zu verursachen. Der enge Kontakt zur Kohlebürste beziehungsweise zur Litze stellt lediglich eine kurze Branddauer in der Startvorrichtung sicher und führt zu einer schnellen Temperaturerhöhung im Bereich der Litze, welche deren Durchbrennen zur Folge hat. Durch die gezielte Verwendung von Kunststoffen kann trotz Verwendung von relativ dicken Litzenquerschnitten ein Durchbrennen erreicht werden, ohne dass Leistungseinbußen oder Schüttelschäden an den Litzen im Regelfall zu befürchten wären.
In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann im Eingang der Kohlebürstenlitzen in die Kohlebürsten eine zusätzliche Kapsel eingearbeitet sein. Die Kohlebürsten sind vorwiegend als Sinterbauteile aus Graphit und dergleichen Materialien gefertigt, so dass das Einsintern einer oben beschriebenen Kapsel, zur Erzeugung eines gezielten Brandes oder aus der brennbare Gase entweichen können, bei der Kohlebürstenfertigung problemlos integriert werden kann. Eine derartige Kapsel kann zum Beispiel als Hülse ausgebildet sein. Die Hülse kann direkt in das Sintermaterial der Kohlebürste integriert sein und bei der Fertigung der Kohlebürsten zusammen mit der Litze in die Kohlebürste eingeführt werden.
Anstelle einer Ausführung der Kapsel als Hülse kann auch eine halbzylindrische oder beliebige andere Geometrie der Kapsel gewählt werden, die sich günstig an den in der Regel mit kreisrundem Querschnitt beschaffenen Kohlebürstenlitzen befestigen lässt. Damit eine zum Beispiel aus Kunststoff gefertigt Hülse beim Ablaufen der Kohlebürsten in radiale Richtung nicht stört, ist es insbesondere vorteilhaft, die Hülse, welche die Kohlebürstenlitze umgibt, nicht komplett kreisrund auszuführen, so dass ein maximaler Verschleiß der Kohlebürsten möglich ist, der nicht durch die Geometrie der Kapselung, welche die Kohlebürstenlitze umgibt, beschränkt ist.
Um einen reibungslosen Verschleiß der Kohlebürsten der elektrischen Maschine in radiale Richtung zuzulassen, ist in der Führung der Kohlebürsten eine größere Öffnung vorzusehen. Oftmals ist die Führung für die Kohlebürsten in Form einer Bürstenfassung ausgeführt. Die Öffnung kann auch direkt an die Form der Hülse angepasst werden, wobei in einer Ausführungsmöglichkeit der Hülse diese eine Führung innerhalb der Kohlebürstenfassung besitzen kann. Bei dieser Lösung könnte auch ein nachträglicher Einsatz, zum Beispiel nach dem Verpressen, erfolgen. Ein zusätzlicher Vorteil einer derartigen Auslegungsvariante ist darin zu erblicken, dass eine Überlastung hinsichtlich der Temperatur in Bezug auf die Hülse auch zu einem Verklemmen der Kohlebürsten in der Bürstenfassung, das heißt im Bürstenköcher, führen kann und somit indirekt zu einer Schädigung des Bürstenlaufs, was Auswirkungen auf die Kommutierung zur Folge hat. Diese Schädigung kann durch die erhöhte Lichtbogenbildung beziehungsweise Belastung beim Laufen der Kohlebürsten zu einem schnellen weiteren Temperaturanstieg und damit zu einer Beschleunigung des Durchbrennens der Litzen führen.
Figurenliste
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

1 eine Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik, insbesondere einer Startvorrichtung samt Einrückrelais, Andrehritzel und Einrückmimik,
2 eine tangentiale Ansicht der Kohlebürste,
3 eine axiale Ansicht der Kohlebürste,
4 eine tangentiale Ansicht der Kohlebürste mit gekapselter Litze,
5 eine axiale Ansicht der gekapselten Litze gemäß 4,
6 eine Kapselung der Kohlebürstenlitze mit einer halbzylindrisch ausgebildeten Hülse,
7 die Seitenansicht der Ausführungsvariante gemäß 6,
8 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Darstellung der Bürstefassung,
9 eine axiale Ansicht der Ausführungsvariante gemäß 8 und
10 eine in einer Fassung geführte Kapsel mit Litze in einer Draufsicht und
11 eine Seitenansicht der Ausführungsvariante gemäß 10.

Ausführungsvarianten
1 zeigt eine Startvorrichtung im Längsschnitt. In der 1 ist eine Startvorrichtung 10 dargestellt. Diese ist als eine Startvorrichtung beschaffen, bei welcher das Andrehritzel 22 noch von einem Teil des Gehäuses der Startvorrichtung 10 umgeben ist. Die nachfolgenden Ausführungen gelten ebenso für eine frei ausstoßende Startvorrichtung, d.h. bei einer Startvorrichtung 10, bei der das Andrehritzel nach Betätigung des Einrückrelais vollumfänglich frei liegt.
Die in 1 dargestellte Startvorrichtung weist beispielsweise einen Startermotor 13 und ein Einrückrelais 16 auf. Der Startermotor 13 und das Einrückrelais 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine eingespurt ist. Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der einen aus Lamellen 14 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf einer Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 befindet sich des Weiteren ein Kommutator 52, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die einzelnen Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derart elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch die Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 38 einstellt. Eine zwischen dem Einrückrelais 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzuführung 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 44 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatorlagerdeckel 70 wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sein können (Schrauben, beispielsweise zwei, drei oder vier Stück), im Antriebslagerschild 19 befestigt. Dabei stützt sich das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein Sonnenrad 80 an, welches Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei Planetenrädern 86, die mittels Wälzlager 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das in Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98 als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 116 aufgenommen ist. Das Gleitlager 113 ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Die Abtriebswelle 116 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, dem antriebsseitigen Lager A-Lager, abgestützt. Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer geraden Verzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer Wellen-Nabe-Verbindung ist. Diese Wellen-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Falle das axiale, geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Der Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Der Freilauf 137, beispielsweise ausgebildet als ein Richtgesperre, besteht des Weiteren aus einem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Die Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring 132, 140 eine Relativdrehung zwischen dem Außenring 132 und dem Innenring 140 in eine zweite Richtung. Der Freilauf 137 ermöglicht somit eine Relativbewegung zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143, ausgeführt als Außenschrägverzahnung.
Das Einrückrelais 16 weist einen Bolzen 150 auf, der einen elektrischen Kontakt darstellt und der an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Der Bolzen 150 ist durch einen Relaisdeckel 153 hindurchgeführt. Der Relaisdeckel 153 schließt ein Relaisgehäuse 156 ab, das mittels mehrerer Befestigungselemente 159, beispielsweise Schrauben, am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. Im Einrückrelais 16 ist weiterhin eine Einzugswicklung 162 und eine Haltewicklung 165 angeordnet. Die Einzugswicklung 162 und die Haltewicklung 165 bewirken beide jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches sowohl das Relaisgehäuse 156 (aus elektromagnetisch leitfähigem Material), einen linear beweglichen Anker 168 und einen Ankerrückschluss 171 durchströmt. Der Anker 168 trägt eine Schubstange 174, die beim linearen Einzug des Ankers 168 in Richtung zu einem Schaltbolzen 177 bewegt wird. Mit dieser Bewegung der Schubstange 174 zum Schaltbolzen 177 wird dieser aus seiner Ruhelage in Richtung zu zwei Kontakten 180, 181 bewegt, so dass eine mit den Kontakten 180, 181 am Ende des Schaltbolzens 177 zusammenwirkende Kontaktbrücke 184 beide Kontakte 180, 181 elektrisch miteinander verbindet. Dadurch wird vom Bolzen 150 elektrische Leistung über die Kontaktbrücke184 hinweg zur Stromzuführung 61 und damit zu den Kohlebürsten 58 geführt. Dabei wird der Startermotor 13 bestromt.
Das Einrückrelais 16 beziehungsweise der Anker 168 hat darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen im Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten „Zinken“ an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193, 197, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 der Verbrennungskraftmaschine einzuspuren.
2 zeigt eine Ausführungsvariante einer Kohlebürste, die in 3 in axialer Ansicht wiedergegeben ist.
2 zeigt eine Kohlebürste 58, deren dem Kommutator 52 beziehungsweise den Kommutatorlamellen 55 zuweisende erste Stirnseite, die mit Bezugszeichen 230 bezeichnet ist. Die der ersten Stirnseite230 abwandte zweite Stirnseite ist mit Bezugszeichen 232 bezeichnet. Die Kohlebürste 58 ist ein gesintertes Bauteil, welches aus einem Sinterwerkstoff, hauptsächlich Kupfer- und Graphitanteile umfassend, gefertigt wird. In die Kohlebürste 28 wird durch eine elektrische Verbindung 210, die insbesondere als Kohlebürstenlitze 212 ausgebildet ist, kontaktiert. Ein Querschnitt der Litze ist durch Bezugszeichen 214 bezeichnet. Der Querschnitt 214 kann ein zylindrischer Querschnitt sein, wie in 2 dargestellt, er kann aber auch in Form eines Flachbandes oder in einer beliebigen anderen Geometrie ausgestaltet sein.
3 zeigt die in 2 in tangentialer Darstellung dargestellte Kohlebürste 58 in axialer Ansicht.
Aus 3 geht hervor, dass innerhalb eines Übergangsbereichs 216 die elektrische Verbindung 212, ausgebildet als Kohlebürstenlitze 212, in das Material der Kohlebürste 58 hineinreicht. Eine Mantelfläche der Kohlebürstenlitze 212 ist durch Bezugszeichen 220 identifiziert. Die erste Stirnseite 230 liegt auf der dem Kommutator 52 beziehungsweise dessen Lamellen 55 zuweisenden Seite, die zweite Stirnseite 232 am entgegengesetzten Ende der Kohlebürste 58, die in einem Bürstenköcher 226, der hier nicht dargestellt ist, geführt ist.
4 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen kapselförmigen Überlastsicherung in tangentialer Ansicht, 5 in axialer Ansicht.
4 zeigt, dass der Querschnitt 214 von einer Überlastsicherung 218 ausgebildet ist, die gemäß 5 einen geschlossenen Umfang 222 aufweist. Die in Überlastsicherung 218 wird bevorzugt hülsenförmig oder kapselförmig ausgebildet und aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Das Kunststoffmaterial erreicht seine Entzündungstemperatur bei einer Temperatur θ_G, d.h. einer Grenztemperatur in der Größenordnung von ca. 600°C. Das Kunststoffmaterial ist derart gewählt, dass dieses entweder im Übergangsbereich 16 gemäß Darstellung 5 zwischen der Kohlebürstenlitze 212 und der Kohlebürste 58 einen lokal begrenzten Brand erzeugt oder dass aus dem Kunststoffmaterial der Übergangssicherung bei Erreichen der Grenztemperatur θ_G brennbare Gase wie zum Beispiel Ammoniak (NH3) entweichen, die ebenfalls zu einem lokal begrenzten Brand führen, so dass die elektrische Verbindung zwischen der Kohlebürste 58 und der Kohlebürstenlitze 212 schnell zerstört wird. Durch die direkt in die Kohlebürste 58 eingepresste, hülsenförmige Überlastsicherung 218 kann ein gezielter Brand innerhalb der Startvorrichtung 10 erzeugt werden, der dazu führt, dass die Kohlenbürstenlitzen 212 durchbrennen und die Startvorrichtung 210 nicht mehr weiter bestromt wird. Durch das Unterbrechen der Stromzufuhr kann eine weitere Erwärmung verhindert werden, so dass ebenfalls gewährleistet ist, dass es zu keiner Überhitzung außen liegender Teile kommt.
Der enge Kontakt zu der Überlastsicherung 218 zur Kohlebürste 58 beziehungsweise zur Kohlebürstenlitze 218 gewährleistet eine kurze Brandentwicklung in der Startvorrichtung 10 und führt zu einer schnellen Temperaturerhöhung im Bereich der Kohlebürstenlitze 212, welcher ein Durchbrennen derselben zur Folge hat. Durch die gezielte Verwendung von Kunststoffen kann trotz der Verwendung von relativ dicken Querschnitten 214 für die Kohlenbürstenlitze 212 ein Durchbrennen erfolgen, ohne dass Leistungseinbußen oder Schüttelschäden an den Kohlebürstenlitzen 212 im Regelbetrieb zu befürchten wären.
Während in den Ausführungsvarianten der 4 und 5 die Überlastsicherung 218 einen geschlossenen Umfang 222 aufweist, ist in den Ausführungsvarianten gemäß den 6 und 7 eine Variante der Überlastsicherung 218 gezeichnet, die ein etwa halbzylindrisches Aussehen hat, angedeutet durch Bezugszeichen 24. Durch die gewählte Geometrie in den Ausführungsvarianten der 6 und 7 ist sichergestellt, dass beim Ablaufen der Kohlebürsten 58 in radialer Richtung deren Ablauf nicht beeinträchtigt wird und ein maximaler Verschleiß der Kohlebürsten 58, d.h. eine maximale Ausnutzung der Kohlebürsten 58, erreicht werden kann. Bei einer allmählich erfolgenden Abnutzung und einem Abtrag im Bereich der ersten Stirnseite 230 kann sich bei den Ausführungsvarianten gemäß den 6 und 7 ein wesentlich größerer Abrieb der Kohlebürste 58 einstellen, verglichen mit der Ausführungsvariante der Überlastsicherung 218 mit einem geschlossenen Umfang 222, wie in 5 angedeutet. Die mögliche Verschleißlänge der Kohlebürste 58 ist somit erhöht. Die Ausführungsvariante der 6 und 7 erlaubt einen größeren Materialabtrag von der ersten Stirnseite 230 in radialer Richtung in Richtung auf den Übergangsbereich 216 zwischen der Kohlebürste 58 und der Kohlebürstenlitze 216.
Der Darstellung gemäß der 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Überlastsicherung zu entnehmen. Im Unterschied zu den in den 4 bis 7 dargestellten Ausführungsvarianten ist ein reibungsloses Verschleißen der Kohlebürsten 58 in radialer Richtung dadurch begünstigt, dass in einem Bürstenköcher 226 (vgl. insbesondere 9) ein größeres Spiel, d.h. ein größerer Spalt 220 zwischen der Innenseite des Bürstenköchers 226 und der Kohlebürste 58, vorliegt. Aus der Darstellung gemäß 9 ergibt sich, dass in dieser Ausführungsvariante die Überlastsicherung 218, ausgebildet gemäß der 7 als Halbzylinder 224, in die Wand des Bürstenköchers 226 eingelassen ist. In der Regel sind die Kohlebürsten 58 an ihrer zweiten Stirnseite 232, die der ersten Stirnseite 230, die auf den Kommutatorlamellen 55 des Kommutators 52 abläuft, federbeaufschlagt, so dass eine kontinuierliche Anstellung der ersten Stirnseite 230 der Kohlebürste 58 an den Kommutator 52 gewährleistet ist. Um das radiale Ablaufen der ersten Stirnseite 230 nicht zu behindern, ist der erste Bürstenköcher 126 mit einem Langloch versehen, so dass je nach Abnutzung der ersten Stirnseite 230, bedingt durch die sich an der Oberseite des Bürstenköchers 226 abstützenden Federn, ein kontinuierliches Nachschieben der Kohlebürste 58 in Richtung auf die Kommutatorlamellen gewährleistet ist. Die Öffnung, durch welche sich die elektrische Verbindung 210, ausgebildet als Kohlebürstenlitze 212, erstreckt, ist, wie aus der Darstellung gemäß 8 hervorgeht, nach unten, d.h. in Richtung auf die erste Stirnseite 230 der Kohlebürste 58, offen. Bei der Überlastsicherung 218 gemäß der 8 und 9 ist diese nicht mehr unmittelbar in die Kohlebürste 58 eingesintert. Die Überlastsicherung 218 kann einfach über die Feder mitgeführt werden und bleibt somit trotz Verschleiß immer in der Nähe der Kohlebürstenlitze 212. Somit wird eine Führung dargestellt, damit die Überlastsicherung 218 stets mitläuft.
Aus der Darstellung gemäß 10 geht hervor, dass die Überlastsicherung 218 auch in die Wand des Bürstenköchers 226 integriert sein kann.
10 zeigt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Überlastsicherung, bei der die Überlastsicherung 218 mittels einer Formschlussverbindung 234 darstellenden Fassung in einer Begrenzungswand des Bürstenköchers 226 verschiebbar ist. Auch bei dieser Ausführungsvariante besteht zwischen der Innenseite des Bürstenköchers 226 und dem Außenumfang der Kohlebürste 58 ein Spalt 228, welcher eine reibungsärmere Führung der Kohlebürsten 58 im Inneren des Bürstenköchers 226 gestattet. Die Darstellung gemäß 10 stellt eine Draufsicht auf die der Ablaufseite 230 gegenüberliegende Seite 232 der Kohlebürste 58 dar, die in dieser Ausführungsvariante unter Ausbildung eines Spaltes vom Bürstenköcher 226 umgeben ist. In der Wand des Bürstenköchers 226 ist die die Formschlussverbindung 234 ermöglichende Fassung ausgebildet, in welcher die Überlastsicherung 218 senkrecht zur Zeichenebene geführt ist.
11 zeigt die Ausführungsvariante gemäß 10 in einer Seitenansicht.
Aus der Darstellung gemäß 11 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante die Überlastsicherung 218 in die Wand des Bürstenköchers 226 eingelassen ist, in welcher die federbeaufschlagte Kohlebürste 58 senkrecht nach unten fahrbar ist. Die Kohlebürste 58 ist hier nur teilweise dargestellt und wird durch das Material des Bürstenköchers 226 in der Darstellung gemäß 11 überdeckt. In die Begrenzungswand der rechteckverlaufenden Öffnung ist die Überlastsicherung 218 eingelassen. Diese befindet sich somit immer in der Nähe der Kohlebürstenlitze 212, deren Querschnitt durch Bezugszeichen 214 angedeutet ist. Die zweite Stirnseite 232 der Kohlebürste 58 ist durch die Anstellfeder 236 - hier nur schematisch angedeutet - in Richtung auf die in 11 nicht dargestellten Kommutatorlamellen 55 des Kommutators 52 angestellt.

Claims

Elektrische Verbindung (210, 212) mit einer Überlastsicherung (218), die mit der elektrischen Verbindung (210, 212) thermisch in Kontakt steht, um bei Überschreitung einer Grenztemperatur θ_G die elektrische Verbindung (210, 212) zu unterbinden oder zu zerstören, wobei die Überlastsicherung (218) kapselförmig ausgeführt ist und spätestens bei Erreichen einer Grenztemperatur θ_G einen Brand auslöst oder brennbare Gase freisetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (218) im Übergangsbereich (216) zwischen einer Kohlebürste (58) und einer Kohlenbürstenlitze (212) angeordnet ist.
Elektrische Verbindung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kapselförmig ausgebildete Überlastsicherung (218) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, welches eine Entzündungstemperatur von ca. 600°C aufweist.
Elektrische Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (218) insbesondere Ammoniak (NH3) bei Erreichen der Grenztemperatur θ_G abscheidet.
Elektrische Verbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Überlastsicherung (218) auf einer Mantelfläche (220) der Kohlebürstenlitze (212) befindet.
Elektrische Verbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (218) mit geschlossenem Umfang (220) oder als Halbzylinder (224) ausgebildet ist.
Elektrische Verbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (218) in das Material der Kohlebürste (58) eingesintert ist.
Elektrische Verbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürste (58) in einem Bürstenköcher (226) geführt ist, der eine Fassung (234) aufweist, die an die Geometrie der Überlastsicherung (218) angepasst ist.
Elektrische Verbindung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenköcher (226) in einer Wand eine Öffnung aufweist, die in Richtung auf die den Kommutator (55) kontaktierende erste Stirnseite (230) der Kohlebürste (58) offen ist, um ein Ablaufen der Kohlebürste (58) in radiale Richtung zu ermöglichen.
Elektrische Verbindung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (218) in einer Wand des Bürstenköchers (226) eingelassen ist.