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Die Erfindung betrifft einen thermischen Überlastschutz eines Elektromotors, mit einer Unterbrechungsstelle zwischen zwei Leiterbahnenden einer Motorelektronik, die in einem Gehäuse angeordnet ist, und mit einer Kontaktbrücke mit zwei Kontaktstellen, die mit den Leiterbahnenden mittels Lot mechanisch verbunden und elektrisch kontaktiert sind, sowie mit einem Federelement, das an einer Gehäusekontur abgestützt ist und die Kontaktbrücke im Zuge eines Montageschrittes mit einer in Auslöserichtung wirkenden Federkraft beaufschlagt.
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Aus der
DE 10 2008 053 182 A1 ist eine elektronische Baugruppe mit einer Leiterplatte bekannt, die mit elektronischen Bauelementen bestückt ist und eine Thermosicherung mit einer Kontaktfläche aufweist, die mittels eines Haftmittels an der Leiterplatte befestigt ist. Die Thermosicherung löst aus und unterbricht eine elektrische Leitung, wenn das Haftmittel aufgrund einer thermischen Überlast aufschmilzt. Die Thermosicherung weist einen etwa rechtwinklig abgebogenen Schenkel auf, der im Zuge des Einbaus der Leiterplatte in ein Gehäuse mittels einer Gehäusekontur abgebogen wird, um die vormontierte Thermosicherung mechanisch vorzuspannen.
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Aus der
WO 2006/102876 ist eine elektrische Baugruppe mit einer Leiterplatte bekannt, die mit Leiterbahnen versehen und zur Bildung einer elektronischen Schaltung unter Verwendung eines geeigneten Lots mit einer Anzahl von SMD-Bauelementen bestückt ist. Eine Unterbrechungsstelle einer Leiterbahn ist mittels eines federbelasteten Kontaktbügels gebrückt, der unter Verwendung des auch zur Montage der übrigen SMD-Bauelemente verwendeten Lots auf der Leiterplatte vormontiert ist, während ein Federelement in Form einer Spiralfeder erst anschließend montiert wird, um den Kontaktbügel mechanisch vorzuspannen. Bei einer Temperaturerhöhung über die Schmelztemperatur des Lots hinaus erfolgt ein sprungartiges Lösen des Kontaktbügels von der Leiterplatte, so dass die hergestellte Verbindung spontan gelöst wird. Ist der Kontaktbügel in eine Versorgungsleiterbahn geschaltet, so wird im thermischen Auslösefall unmittelbar die Stromversorgung der Leiterplatte unterbrochen.
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Die
DE 10 2010 038 066 B4 offenbart eine thermische Überlastschutzanordnung zum Schutz eines auf einer Trägereinrichtung mit Stromführungselementen angeordneten elektrischen oder elektronischen Bauelementes. Zur räumlichen Separation des Bauelements von einem der Stromführungselemente spannt eine Abtrennvorrichtung das Bauelement gegenüber der Trägereinrichtung bei Erwärmung mechanisch vor, so dass die Überlastschutzanordnung bei Aufschmelzen der Lotverbindungen auslöst. Die mechanische Vorspannung erfolgt mittels eines federartigen Aktors, beispielsweise aus intumeszentem Material oder aus Formgedächtnismaterial, der während eines Reflow-Prozesses kraftfrei ist und die entsprechende Vorspannung erst nach dem Reflow-Prozess aufbringt. Die Abtrennvorrichtung dient zur Verlagerung des Bauelementes zu dessen Separation von dem Stromführungselement entlang oder senkrecht zur Oberfläche der Trägereinrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst kostengünstigen und zuverlässig arbeitenden thermischen Überlastschutz für einen Elektromotor bereitzustellen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Dazu weist der thermische Überlastschutz eine Unterbrechungsstelle zwischen zwei Leiterbahnenden einer Motorelektronik auf, die in einem Gehäuse angeordnet ist. Eine Kontaktbrücke weist zwei Kontaktstellen auf, die mit den Leiterbahnenden mittels Lot mechanisch verbunden und elektrisch kontaktiert sind. Ein Federelement, das bevorzugt an einer Gehäusekontur abgestützt bzw. gehalten ist, beaufschlagt die Kontaktbrücke im Zuge eines Montageschrittes mit einer in Auslöserichtung wirkenden Federkraft, wobei das Federelement blattfederartig oder als Blattfeder ausgeführt ist, deren zumindest eines Federende elektrisch isoliert gehäuseseitig und/oder gehäusefest vormontiert ist. Unter blattfederartig wird eine im Wesentlichen langestreckte Form des Federelementes mit einem gegen die Kontaktbrücke gerichteten Federabschnitt verstanden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das andere Federende des Federelementes in Richtung der Kontaktbrücke abgewinkelt. Diese Ausführungsform stellt einen besonders kostengünstigen Überlastschutz bereit.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Isolierelement vorgesehen, welches das Federelement von bzw. gegenüber der Kontaktbrücke elektrisch isoliert. Das Isolierelement ist geeigneterweise nach Art eines Isolierzapfens an der vormontierten Kontaktbrücke gehalten und in Richtung des Federelementes orientiert. Das Isolierelement ermöglicht einen vergleichsweise hohen Überschlagschutz der Potentiale von Gehäuse und Kontaktbrücke, so dass ein elektrischer Stromfluss über das Federelement zuverlässig unterbunden ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Federelement an zwei Federenden elektrisch isoliert im Gehäuse vormontiert. Dadurch ist es ermöglicht, eine besonders stabile Auslösevorrichtung zu schaffen, welche eine vergleichsweise hohe Kraft aufnehmen bzw. auf die Kontaktbrücke aufbringen kann.
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Gemäß einer geeigneten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Federelement in Richtung der Kontaktbrücke gewölbt vormontiert. Dadurch können besonders hohe Federkräfte eingestellt werden. Die Kontaktbrücke kann somit mit einer vergleichsweise großen Federkraft bei gleichzeitig geringem Einbauvolumen beaufschlagt werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei einer Ausführung des Federelementes als zumindest einseitig gehäusefest vormontierte Blattfeder in besonders einfacher Art und Weise die Kontaktbrücke des thermischen Überlastschutzes kraftlos und ohne Vorspannung montiert werden kann, da während der Montage keine besonderen zusätzlichen Kräfte zur Fixierung der Kontaktbrücke aufgebracht werden müssen. Erst in einem anschließenden Montageschritt, bei dem die Motorelektronik mit der Kontaktbrücke in das Gehäuse eingesetzt wird, wird das gehäusefest gehaltene Federelement vorgespannt. Der irreversible thermische Überlastschutz vermeidet zuverlässig sowie in einfacher Art und Weise eine Brandgefahr des Elektromotors bzw. dessen Elektronik.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 und 2 schematisch eine erste Variante einer Vorrichtung zum thermischen Überlastschutz eines Elektromotors mit einseitig eingespanntem Federelement vor einem Montageschritt bzw. nach erfolgter Montage,
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3 und 4 eine zweite Variante des thermischen Überlastschutzes mit einseitig eingespanntem Federelement und mit einem Isolierelement vor einem Montageschritt bzw. nach erfolgter Montage, und
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5 und 6 eine dritte Variante des thermischen Überlastschutzes mit beidendseitig eingespanntem Federelement und Isolierelement vor einem Montageschritt bzw. nach erfolgter Montage.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen thermischen Überlastschutz 1 eines nicht näher dargestellten Elektromotors vor einem Montageschritt. Ein elektrischer Träger 2 einer Motorelektronik mit zumindest einem Halbleiterbauelement weist eine Unterbrechungsstelle 3 mit zwei Leiterbahnenden 4, 5 auf. Die Leiterbahnenden 4, 5 sind mit Kontaktstellen 6, 7 einer Kontaktbrücke 8 mittels Lot verlötet. Damit sind diese elektrisch kontaktiert und mechanisch verbunden. An einer Gehäusekontur 9 eines Gehäuses 10 ist ein Kunststoffträger 11, im Nachfolgenden auch als elektrisch isolierende Federlagerung bezeichnet, mit einem Federelement 12 in Form einer Blattfeder vormontiert. Das nachfolgend somit auch als Blattfeder bezeichnete Federelement 12 ist dabei mit einem Federende 12a in der Federlagerung 11 gehalten und ansonsten in Richtung der Kontaktbrücke 8 gebogen sowie noch nicht vorgespannt.
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2 zeigt den thermischen Überlastschutz 1 gemäß 1 nach dem Montageschritt. Dabei wird das Federelement 12 bei Einsetzen des elektrischen Trägers 2 gespannt und die Kontaktbrücke 8 wird mit einer Federkraft F beaufschlagt. Das Federelement 12 wird durch die Unterbrechungsstelle 3 zwischen den beiden Leiterbahnenden 4, 5 des elektrischen Trägers 2 hindurchgeführt und liegt dann freiendseitig an der Kontaktbrücke 8 an. Damit ist der thermische Überlastschutz aktiviert.
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Bei einer Überhitzung schmilzt das Lot auf und das Federelement 12 hebt die Kontaktbrücke 8 in Auslöserichtung A von dem elektrischen Träger 2 ab, was zur Unterbrechung des Stromkreises führt, in dem die Unterbrechungsstelle 3 liegt. Damit ist eine weitere Erwärmung des Elektromotors unterbunden und eine Brandgefahr abgewendet.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des thermischen Überlastschutzes 1 eines Elektromotors vor der Montage. Dabei umfasst der Überlastschutz ähnlich wie der Überlastschutz in 1 einen elektrischen Träger 2 einer Motorelektronik mit einer Unterbrechungstelle 3 zweier Leiterbahnenden 4 und 5, wobei eine Kontaktbrücke 8 mit zwei Kontaktstellen 6, 7 mit den Leiterbahnenden 4, 5 verlötet ist. Die Lötstellen stellen wiederum einen elektrischen Kontakt und eine mechanische Verbindung zwischen der Kontaktbrücke 8 und den Leiterbahnenden 4, 5 her.
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An der Gehäusekontur 9 ist wiederum mittels der elektrisch isolierenden Federlagerung 11 ein Federelement 12' in Form wiederum einer Blattfeder an einem Federende 12'a elektrisch isoliert vormontiert und in diesem Zustand noch entspannt. Im Gegensatz zur Variante gemäß 1 weist die Kontaktbrücke 8 darüber hinaus einen Isolierzapfen 13 mit Isolierenden 13a und 13b auf, welcher an der Unterseite der Kontaktbrücke 8 in Richtung der des Federelementes 12' entgegen der Auslöserichtung A angebracht ist. Freiendseitig weist die Blattfeder 12' eine Abkröpfung 14 auf, welche dem Isolierzapfen 13 nach dem Montageschritt als Widerhalt dient.
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4 zeigt den Zustand des thermischen Überlastschutzes 1 gemäß 3 nach dem Zusammenfügen von elektronischem Träger 2 und dem Gehäuse 10. Dabei wird der Isolierzapfen 13 an das Federelement 12' gefügt. Das Federelement 12 wird hierbei gespannt und die Kontaktbrücke 8 wird mit der entsprechenden Federkraft F beaufschlagt. Damit ist der thermische Überlastschutz 1 aktiviert.
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Durch die Verwendung des Isolierzapfens 13 kommt während des Betriebes kein Stromabfluss über eine Gehäusekontur 9 des Gehäuses 6 zustande und die elektrischen Eigenschaften des Federelementes 12 wirken sich nicht auf den gesicherten Stromkreis aus. Kommt es nun zu einer Überhitzung, so weicht das Lot auf und in Folge der Federkraft F, welche auf die Kontaktbrücke 8 wirkt, wird die Kontaktbrücke 8 vorzugsweise beidendseitig abgehoben. Dabei kann die Kontaktbrücke 8 in ein nicht näher dargestelltes Auffanggehäuse eingebracht werden und/oder einrasten.
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5 zeigt eine dritte Variante des thermischen Überlastschutzes 1 eines Elektromotors vor der Montage. Im Wesentlichen stimmen die Komponenten der Ausführungsformen 5 und 3 überein. Jedoch unterscheiden sich die beiden Ausführungen in der Lagerung und Form des Federelementes 12.
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In der Ausführungsform gemäß 5 ist das Federelement 12'' an deren zwei Federenden 12''a, 12''b mit jeweils einer Federlagerung 11a, 11b an zwei Stellen des Gehäuses 6 an jeweils einer Gehäusekontur 9a bzw. 9b angebracht. Das Federelement 12'' ist im vormontierten Zustand bereits vorgespannt und weist eine Wölbung zur Kontaktbrücke 8 hin, d, h, in Auslöserichtung A auf. Wird der elektrische Träger 2 im Gehäuse 6 montiert, so wird – wie aus einer Zusammenschau der 5 und 6 ersichtlich ist – das gewölbte Federelement 12'' in Richtung auf die Gehäusekonturen 9a, 9b hin verspannt. Das Federelement 12'' wird in Folge der Eliminierung der Wölbung abgeflacht und der Isolierzapfen 13', welcher an der Kontaktbrücke 8 angebracht ist, wird mit der Federkraft F beaufschlagt. Damit ist die thermische Überlastschutz 1 aktiviert und kann im Überhitzungsfall auslösen.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Thermischer Überlastschutz
- 2
- Elektrischer Träger/Motorelektronik
- 3
- Unterbrechungsstelle
- 4
- Erstes Leiterbahnende
- 5
- Zweites Leiterbahnende
- 6
- Erste Kontaktstelle
- 7
- Zweite Kontaktstelle
- 8
- Kontaktbrücke
- 9
- Gehäusekontur
- 10
- Gehäuse
- 11
- Federlagerung
- 12, 12', 12''
- Federelement
- 12a, 12'a, 12''a
- Erstes Federende
- 12''b
- Zweites Federende
- 13, 13'
- Isolierzapfen
- 13a, 13'a
- Erstes Isolierende
- 13b, 13'b
- Zweites Isolierende
- 14
- Abkröpfung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008053182 A1 [0002]
- WO 2006/102876 [0003]
- DE 102010038066 B4 [0004]
