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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft einen Bürstenhalter für einen Elektromotor und im Besonderen einen Bürstenhalter mit einer thermischen Schutzvorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mehr insbesondere betrifft die Erfindung einen Bürstenhalter des Typs, der umfasst: einen elektrisch isolierenden Halteaufbau mit einer Öffnung zum Aufnehmen des Kommutators, um welche Rückhalte- und Führungsgehäuse befestigt sind, wobei jedes Gehäuse eine jeweils positive oder negative Bürste hat, die darin verschieblich montiert sind, wobei ein Ende davon dazu bestimmt ist, während des Betriebs gegen den Kommutator aufzusitzen; wobei der Halteaufbau einen Kunststoff-Formstoff-Körper umfasst, der ein erstes und ein zweites leitendes Element eingebaut hat, die dazu bestimmt sind, mit dem jeweils positiven bzw. negativen Anschluss einer externen Versorgungsspannungsquelle angeschlossen zu werden und die mit der positiven und negativen Bürste bzw. Bürsten über einen ersten bzw. einen zweiten Verbindungsweg verbunden sind, so dass die Bürsten mit der Spannungsquelle verbunden werden können; wobei eine Unterbrechung in einem dieser Verbindungswege vorgesehen ist; wobei ein elastisch deformierbarer und elektrisch leitender Streifen mit einer im Wesentlichen permanenten Verbindung an einem Ende und mit einer heißschmelzenden Verbindung an dem anderen Ende sowie mit einer elastischen Vorspannung, die zum Brechen der Verbindung an dem anderen Ende drängt, mechanisch und elektrisch über die Unterbrechung verbunden ist. Solch eine Verbindung schafft eine thermische Schutzvorrichtung, die den Motor vor einem übermäßigen Temperaturanstieg schützt, der dazu führen kann, dass der Motor Feuer fängt.
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Ein Bürstenhalter des oben genannten Typs bildet den Gegenstand des Patents
US 7 696 665 im Namen des vorliegenden Anmelders.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Bürstenhalter des zuvor genannten Typs zu schaffen.
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Während solch ein Bürstenhalter gut bei einem Motor mit fester Drehzahl funktioniert, kann die thermische Schutzvorrichtung, wenn sie in einem Motor mit zwei Drehzahlen verwendet wird, nicht schnell genug reagieren, um einen übermäßigen Temperaturanstieg zu verhindern, wenn der Motor mit der niedrigen Drehzahl betrieben wird.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Deshalb besteht der Wunsch nach einem verbesserten Bürstenhalter mit einer thermischen Schutzvorrichtung, die zuverlässig ist, wenn der Motor entweder in dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb oder dem Niedergeschwindigkeitsbetrieb betrieben wird.
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Dies wird in der vorliegenden Erfindung durch Verwenden eines Bürstenhalters des zuvor genannten Typs erreicht, bei dem der Bürstenhalter auch einen Spannungsabfallwiderstand hat, der einen Anschluss hat, der mit dem zuvor genannten ersten leitenden Element über eine thermisch und elektrisch leitende Verbindung verbunden ist; und bei der die zuvor genannte Unterbrechung zwischen dem ersten leitenden Element und einem weiteren, benachbarten leitenden Element entlang des zuvor genannten ersten Verbindungswegs gebildet ist, dass der Streifen zwischen dem ersten leitenden Element und dem weiteren leitenden Element geschaltet ist.
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Der Bürstenhalter gemäß der Erfindung ist daher mit zwei Schaltungen zum Betrieb des angeschlossenen Elektromotors bei niedriger Drehzahl bzw. bei hoher Drehzahl ausgestattet. Der Spannungsabfallwiderstand bildet einen Teil der Schaltung für den Niederdrehzahlbetrieb.
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Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung, in einem Aspekt davon, einen Bürstenhalter für einen Elektromotor mit einem Kommutator, der umfasst: einen elektrisch isolierenden Halteaufbau mit einer Öffnung zum Aufnehmen des Kommutators, um welche Rückhalte- und Führungsgehäuse befestigt sind, wobei jedes Gehäuse eine jeweils positive oder negative Bürste hat, die darin verschieblich montiert sind, wobei ein Ende davon dazu bestimmt ist, während des Betriebs gegen den Kommutator aufzusitzen; wobei der Halteaufbau einen Kunststoff-Formstoff-Körper umfasst, der mindestens ein erstes und ein zweites leitendes Element eingebaut hat, die dazu bestimmt sind, an den jeweils positiven bzw. negativen Anschluss einer externen Versorgungsspannungsquelle angeschlossen zu werden, und die mit der positiven und negativen Bürste bzw. Bürsten über einen ersten bzw. einen zweiten Verbindungsweg verbunden sind, so dass die Bürsten mit der Spannungsquelle verbunden werden können; wobei eine Unterbrechung in einem dieser Verbindungswege vorgesehen ist; wobei ein elastisch deformierbarer und elektrisch leitender Streifen mit einer im Wesentlichen permanenten Verbindung an einem Ende und mit einer heißschmelzenden Verbindung an dem anderen Ende und mit einer elastischen Vorspannung, die zum Brechen der Verbindung an dem anderen Ende drängt; wobei der Bürstenhalter weiter einen Spannungsabfallwiderstand zum Betrieb des Motors bei reduzierter Geschwindigkeit umfasst, der einen Anschluss hat, der mit dem ersten leitenden Element über eine thermisch und elektrisch leitende Verbindung verbunden ist.
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Vorzugsweise ist der andere Anschluss des zuvor genannten Spannungsabfallwiderstands von der Außenseite über eine zweite elektrisch und thermisch leitende Verbindung zugänglich.
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Vorzugsweise ist die erste thermisch und elektrisch leitende Verbindung durch einen Kupferlackdraht oder verzinnten Kupferdraht gebildet.
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Vorzugsweise sind das erste verbindende Element und das zweite verbindende Element mit der Energiequelle durch ein erstes Kabel bzw. ein zweites Kabel verbunden, wobei das erste Kabel und das zweite Kabel ein einzelnes, multipolares Kabel mit der zweiten Verbindung des Spannungsabfallwiderstands bilden.
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Vorzugsweise ist die heißschmelzende Verbindung mittels Löten mit einer Hochtemperaturzinnlegierung gebildet.
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Vorzugsweise hat die Zinnlegierung einen Schmelzpunkt, der von 240°C bis 290°0 reicht.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Durchgangsloch in dem anderen Ende des Streifens zum Fassen der Zinnlegierung gebildet.
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Vorzugsweise sind eine erste Induktionsspule und eine zweite Induktionsspule in Reihe mit dem ersten Verbindungsweg bzw. dem zweiten Verbindungsweg geschaltet.
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Vorzugsweise ist die erste Induktionsspule zwischen einem dritten verbindenden Element und einem benachbarten, vierten verbindenden Element entlang des ersten Verbindungswegs geschaltet.
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Vorzugsweise ist der erste Verbindungsweg und der zweite Verbindungsweg durch einen Kondensator kurzgeschlossen, wobei ein Anschluss des Kondensators mit dem ersten verbindenden Element des ersten Verbindungswegs verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die Unterbrechung zwischen dem ersten verbindenden Element und einem benachbarten, dritten verbindenden Element entlang des ersten Verbindungswegs ausgebildet, so dass der Streifen zwischen dem ersten verbindenden Element und dem dritten verbindenden Element geschaltet ist.
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In dem Bürstenhalter gemäß der vorliegenden Erfindung stellt ein einzelner Streifen mit einer heißschmelzenden Verbindung sicher, dass der angeschlossene Motor zuverlässig gegen einen Schaden geschützt ist, der durch Überströme jedweden Ursprungs, zum Beispiel aufgrund eines Blockierens des Läufers, durch Überspannungen oder durch Überbelastungen verursacht wird, die meist einen anormalen Anstieg der Temperatur des Elektromotors und seiner Bauteile verursachen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Figuren werden identische Anordnungen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, allgemein mit einem selben Bezugszeichen in allen Figuren, in denen sie erscheinen, bezeichnet. Abmessungen der in den Figuren gezeigten Komponenten und Bauteile werden allgemein hinsichtlich der Übersichtlichkeit und Klarheit der Darstellung ausgewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind unten aufgelistet.
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1 ist eine Frontansicht eines Bürstenhalters gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Rückansicht des Bürstenhalters nach 1; und
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3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm des Bürstenhalters gemäß den 1 und 2.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Bezug auf die Zeichnungen und im Besonderen auf die 1 und 2 umfasst ein Bürstenhalter 1 für einen Elektromotor in einer bevorzugten Ausführungsform einen Halteaufbau 2 mit einer im Wesentlichen ringförmigen Form.
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Dieser Halteaufbau 2 hat eine Öffnung 3, durch die der Kommutator des Elektromotors sich in dem zusammengefügten Zustand des zur Verwendung bereiten Bürstenhalters 1 drehbar erstreckt.
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Wie es im Besonderen in 1 gesehen werden kann, sind Rückhalte- und Führungsgehäuse 4 um die Öffnung 3 auf einer Seite des Halteaufbaus 2 befestigt, wobei eine jeweilige Bürste 5 in einer axial verschieblichen Weise innerhalb jedes der Gehäuse montiert ist.
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In der beispielhaft gezeigten Ausführungsform soll der Bürstenhalter 1 bestimmungsgemäß in einem Elektromotor des Vierpolkommutatortyps verwendet werden und hat zwei Paare von jeweils positiven und negativen Bürsten, die sich gegenseitig in Paaren gegenüberstehen, wie es in dem schematischen Diagramm von 3 gezeigt ist, wo die positiven Bürsten durch ein ”+”-Zeichen angedeutet sind, während die negativen Bürsten durch ein ”–”-Zeichen angedeutet sind. Während des Betriebs sitzen die radial innersten Enden der Bürsten 5 in einer per se bekannten Weise gegen die im Wesentlichen zylindrische Seitenfläche des Kommutators auf.
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Die Erfindung ist überdies nicht auf einen Bürstenhalter mit vier Bürsten begrenzt, sondern ist auch für einen Bürstenhalter anwendbar, der zum Beispiel eine einzelne positive Bürste und eine einzelne negative Bürste hat.
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Der Halteaufbau 2 umfasst im Wesentlichen einen Kunststoff-Formteil-Körper 6, der in dem Guss im Wesentlichen feste, leitende Elemente eingebaut hat, die zwischen den jeweiligen positiven und negativen Bürsten 5 geschaltet sind, und angeschlossene Verbindungsmittel, wie beispielsweise isolierte elektrische Leiter 7a und 7b, die dazu bestimmt sind, die Bürsten 5 mit den positiven bzw. negativen Anschlüssen einer externen Versorgungsspannungsquelle (nicht gezeigt) zu verbinden.
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In dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel sind die Anschlüsse der Leiter 7a und 7b in einer stabilen, das heißt permanenten, Art an Bereiche eines ersten bzw. zweiten plattenartigen, leitenden Elements 8 bzw. 9 gelötet, die innerhalb des übergossenen Plastikkörpers 6 exponiert darliegen. Mit Bezug zu 1 und 3 ist ein Kondensator C1 zwischen diese leitenden Elementen 8 und 9 geschaltet.
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In der gezeigten Ausführungsform hat der Bürstenhalter 1 auch zwei Induktionsspulen oder Drosselspulen 10 und 11, die in Reihe mit den positiven bzw. negativen Bürsten zum Abschwächen einer abgestrahlten Interferenz (siehe auch 3) verbunden sind.
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Entsprechend hat der Kunststoff-Formteil-Körper 6 in dem Guss weiter im Wesentlichen feste, plattenartige, zwischenverbindende leitende Elemente eingebaut, die durch 12, 13 und 14 in den 2 und 3 bezeichnet werden.
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Offensichtlich könnte der Plastikkörper 6 in einem Bürstenhalter mit einem einfacheren Aufbau und insbesondere ohne die Induktionsspulen 10 und 11 eine kleinere Anzahl von verbindenden Verbindungselementen eingebaut haben.
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Insgesamt legen die verbindenden Elemente 8–14 zwei Verbindungswege für die positive Bürste oder Bürsten bzw. die negative Bürste oder Bürsten fest.
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Mit Bezug zu den 2 und 3 ist eine Unterbrechung, durch 15 in 3 bezeichnet, in einem dieser Verbindungswege vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform wird diese Unterbrechung 15 zwischen den leitenden Elementen 8 und 12 gebildet (die fälschlicherweise als zwei getrennte Bereiche desselben leitenden Elements betrachtet werden können).
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist ein elastisch deformierbarer, aus einem elektrisch leitenden Material hergestellter Streifen 16 mit einer im Wesentlichen permanenten Verbindung 17 an einem Ende und mit einer heißschmelzenden Verbindung 18 an seinem anderen Ende über die Unterbrechung 15 mechanisch und elektrisch verbunden. Die Verbindung 17 wird zum Beispiel mittels Elektroschweißen eines Endes des Streifens 16 an das verbindende Leitungselement 12 gebildet.
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Die heißschmelzende Verbindung 18 wird stattdessen zum Beispiel mittels Löten mit einer Hochtemperaturzinnlegierung, zum Beispiel mit einem Schmelzpunkt, der von 240°C bis 290°C reicht, gebildet. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Schmelzpunkt der Zinnlegierung bei ungefähr 250°C. Das Ende des zinngelöteten Streifens 16 kann optional mit zumindest einem Durchgangsloch vorgesehen sein, das dazu bestimmt ist, einen besseren „Grip” der Zinnlegierung sicherzustellen.
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Zweckmäßig ist der Streifen 16 an seinem Ende mittels der Verbindungen 17 und 18 so befestigt, dass er elastisch vorgespannt ist, im Besonderen mit einer Vorspannung zum Brechen der Verbindungen, und im Besonderen der heißschmelzenden Verbindung 18.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen hat der Bürstenhalter 1 auch einen Spannungsabfallwiderstand R, der einen Teil einer Schaltung zum Betrieb des angeschlossenen Elektromotors bei einer niedrigen Drehzahl bildet. In dem Beispiel der gezeigten Ausführungsform ist der Widerstand R mit einem Bereich eines elektrisch widerstandsfähigen Drahts, zum Beispiel ein Abschnitt eines ISA-CHROM-Drahts, ausgebildet, der in einer aufgespulten Anordnung innerhalb einer aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellten Halterung 20, zum Beispiel aus einem keramischen Material (siehe im Besonderen 1), vorgesehen ist.
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Ein Anschluss des Widerstands R ist mit dem verbindenden Element 8 mittels eines Bereichs des elektrisch und thermisch leitenden Drahts 21 (2 und 3) verbunden. Dieser Draht ist zum Beispiel ein Kupferlackdraht oder ein verzinnter Kupferdraht mit angemessenem Querschnitt.
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Der andere Anschluss des Widerstands R ist mit einem weiteren Bereich eines Drahts 22 verbunden, der ähnlich zu dem Draht 21 ist und der zweckmäßigerweise mit den Kabeln 7a und 7b angeschlossen ist, so dass diese ein einzelnes, multipolares Kabel, das durch 30 in den 1 und 2 bezeichnet wird, bilden.
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Während des Betriebs mit hoher Drehzahl, wenn es einen plötzlichen Anstieg des Energieverbrauchs des Elektromotors gibt, an dem der Bürstenhalter 1 angeschlossen ist, wobei der Anstieg zum Beispiel durch Verklemmen des Läufers oder durch eine Überspannung oder eine Überbelastung verursacht wird, tritt ein schneller Anstieg der Temperatur der verschiedenen Bauteile einschließlich der leitenden Elemente 8 bis 14, die in dem Körper 6 des Bürstenhalters eingebaut sind, und des Streifens 16 auf. Falls die Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer die Schmelztemperatur der heißschmelzenden Verbindung 18 erreicht und/oder überschreitet, trennt sich das entsprechende Ende des Streifens 16 von dem verbindenden Element 18 des Bürstenhalters und bewegt sich als Folge seiner elastischen Vorspannung von ihm weg, was instantan den Stromkreislauf unterbricht. Auf diese Weise ist der Motor schnell und effektiv geschützt, um im Besonderen das Risiko eines Feuers zu vermeiden.
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Der Schutz ist auch wirksam, sollte der Anstieg der Temperatur und/oder des Stroms (auf Grund zum Beispiel eines Verklemmen des Läufers, einer Überspannung oder einer Überbelastung) auftreten, während die Schaltung für einen Betrieb bei niedriger Drehzahl einschließlich des Widerstands R tätig ist. In diesem Fall wird die durch den Joule-Effekt in diesem Widerstand erzeugte Hitze in Richtung des leitenden Elements 8 über den Bereich des elektrisch und thermisch leitenden Drahts 21 übertragen. Die derart übertragene Hitze hilft, die heißschmelzende Verbindung zwischen dem Streifen 16 und dem leitenden Element 8 zu brechen, was in diesem Fall auch eine Unterbrechung des Stromkreises verursacht.
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In der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung wird jedes der Verben „umfassen”, „aufweisen”, „beinhalten” und „haben” und Variationen davon in einem inklusiven Sinne verwendet, um das Vorhandensein der genannten Dinge zu spezifizieren, allerdings nicht, um das Vorhandensein zusätzlicher Dinge auszuschließen.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben wird, sollte von einem Fachmann erkannt werden, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Deshalb soll der Umfang der Erfindung mit Bezug auf die Ansprüche, die folgen, bestimmt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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