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Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Startermotor zum Antreiben eines Starterritzels, das in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine gebracht wird, um diese zu starten.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen, die ein axial verstellbares Starterritzel auf einer antreibbaren Welle aufweisen, welche von einem elektrischen Startermotor angetrieben wird. Das Starterritzel wird von einem elektromagnetischen Starterrelais von einer zurückgezogenen Außereingriffsposition in eine vorgerückte Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt.
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In den Druckschriften
DE 41 06 247 C1 ,
DE 41 22 252 A1 und
DE 10 2007 036 789 A1 werden Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen beschrieben, bei denen ein NTC-Widerstandselement (Negative Temperature Coefficient) im Stromkreis des Starterrelais angeordnet ist. Mithilfe des NTC-Widerstandselements, das bei tiefen Temperaturen einen höheren elektrischen Widerstand und mit zunehmender Temperatur einen geringeren Widerstand aufweist, ist es möglich, den Starterstrom beim Start der Brennkraftmaschine zu begrenzen. Mithilfe der stromreduzierenden Wirkung des NTC-Widerstandselementes kann der Spannungseinbruch im Bordnetz reduziert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Startvorrichtung dient zum Starten einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, und weist als elektrische betätigbare Einrichtungen einen Startermotor sowie ein elektromagnetisches Starterrelais auf. Über das Starterrelais kann das Starterritzel der Startvorrichtung zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt werden. Der Startermotor treibt das in Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine stehende Starterritzel drehend an.
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Im Stromkreis einer elektrisch betätigbaren Einrichtung – dem Startermotor und/oder dem Starterrelais – ist ein NTC-Widerstandselement angeordnet, dessen elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt. Das NTC-Widerstandselement befindet sich auf einer Widerstands-Baueinheit, die in den Stromkreis integriert ist und eine elektrisch isolierende Trägerschicht sowie eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die auf die Trägerschicht aufgebracht ist. Diese elektrisch leitende Schicht umfasst einen Kontaktabschnitt, auf dem das NTC-Widerstandselement angeordnet ist. Der Kontaktabschnitt der elektrisch leitenden Schicht ist in Richtung einer ersten Anschlussstelle mit einem elektrisch leitenden Wärmedrosselabschnitt verbunden, das NTC-Widerstandselement ist in Richtung einer zweiten Anschlussseite mit einem elektrisch leitenden Verbindungselement verbunden. Über die erste und die zweite Anschlussseite wird die Widerstands-Baueinheit mit Leitungsabschnitten im Stromkreis verbunden.
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Diese Ausführung weist verschiedene Vorteile auf. Das NTC-Widerstandselement, das in die Widerstands-Baueinheit integriert ist, weist beim erstmaligen Starten der Brennkraftmaschine aufgrund der niedrigen Temperatur einen erhöhten elektrischen Widerstand auf und kann den elektrischen Strom begrenzen sowie Stromspitzen vermeiden. Da die Startvorrichtung an der Spannungsversorgung des Bordnetzes hängt, wird mithilfe des NTC-Widerstandselementes ein Spannungseinbruch im Bordnetz reduziert.
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Der Wärmedrosselabschnitt, der sich an den Kontaktabschnitt mit dem NTC-Widerstandselement anschließt, gewährleistet eine nur langsame Wärmeübertragung in Richtung der dem Wärmedrosselabschnitt benachbarten Anschlussseite der Widerstands-Baueinheit. Dies verhindert einen signifikanten Wärmefluss von dem NTC-Widerstandselement zu einer elektrischen Anschlussleitung an der Anschlussseite. Der Wärmedrosselabschnitt benachbart zu dem NTC-Widerstandselement ist vorzugsweise als eine mäanderförmige Bahn mit reduziertem Querschnitt ausgebildet. Die elektrische Leitfähigkeit bleibt unbeeinflusst. Die Wärmeableitung wird über die erhöhte Bahnlänge auf verhältnismäßig kleinem Raum verbessert.
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Auch auf der gegenüberliegenden Anschlussseite der Widerstands-Baueinheit erfolgt eine Wärmeübertragung von dem NTC-Widerstandselement zu der Anschlussseite nur mit reduziertem Wärmefluss. Die elektrische Verbindung vom NTC-Widerstandselement zu der benachbarten Anschlussseite erfolgt über das elektrisch leitende Verbindungselement, das ebenfalls einen reduzierten Wärmefluss in Richtung Anschlussseite und elektrischer Anschlussleitung gewährleistet. Sowohl über den Wärmedrosselabschnitt als auch über das Verbindungselement kann der Wärmefluss zur jeweiligen Anschlussseite auf ein Mindestmaß reduziert werden. Über eine entsprechend konstruktive Auslegung kann die Wärme vom NTC-Widerstandselement über den Wärmedrosselabschnitt und das Verbindungselement an die Umgebung abgeleitet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die erste und die zweite Anschlussseite von jeweils einem Anschlussabschnitt gebildet, der auf der Trägerschicht angeordnet ist und Teil der elektrisch leitenden Schicht auf der Trägerschicht ist. An dem Anschlussabschnitt liegt die jeweilige elektrische Anschlussleitung an. Der Anschlussabschnitt benachbart zu dem Wärmedrosselabschnitt ist vorteilhafterweise einteilig mit diesem ausgebildet, wohingegen der gegenüberliegende Anschlussabschnitt zwar ebenfalls aus dem gleichen elektrisch leitenden Material bestehen kann, jedoch separat von dem Kontaktabschnitt ausgebildet ist und elektrisch über das Verbindungselement mit dem NTC-Widerstandselement gekoppelt ist. Die Anschlussabschnitte, der Kontaktabschnitt und der Wärmedrosselabschnitt sind bevorzugt aus dem gleichen elektrisch leitenden Material gefertigt. Als Material für die elektrisch leitende Schicht auf der Trägerschicht kommt beispielsweise Kupfer in Betracht. Die Trägerschicht ist dagegen aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Verbindungselement, über das der elektrisch leitende Kontakt zwischen dem NTC-Widerstandselement und der Anschlussseite der Widerstands-Baueinheit hergestellt wird, als eine Kontaktklammer ausgebildet, die auf dem NTC-Widerstandselement aufliegt und zur benachbarten Anschlussseite weist. In der Ausführung der Anschlussseite als Anschlussabschnitt liegt ein Bereich des Verbindungselementes auf dem Anschlussabschnitt auf und ist insbesondere stoffschlüssig mit dem Anschlussabschnitt verbunden, beispielsweise durch Löten.
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Es kann zweckmäßig sein, in das Verbindungselement eine Drosselstelle mit reduziertem Querschnitt einzubringen, die als Wärmedrossel fungiert, um den Wärmefluss von dem NTC-Widerstandselement zur Anschlussstelle zu minimieren. Hierdurch wird ein vergleichbarer Effekt wie in dem Wärmedrosselabschnitt erzielt, der Teil der elektrisch leitenden Schicht ist und sich zu der gegenüberliegenden Anschlussseite erstreckt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung befindet sich auf der Trägerschicht auf der dem NTC-Widerstandselement abgewandten Seite eine weitere elektrisch leitende Schicht. Diese setzt sich vorzugsweise aus mehreren Einzelabschnitten zusammen, die nicht miteinander verbunden sind, wobei jeder Einzelabschnitt einem Abschnitt auf der das NTC-Widerstandselement aufweisenden Seite zugeordnet ist. So ist es insbesondere zweckmäßig, drei Einzelabschnitte vorzusehen, die den randseitigen Anschlussabschnitten und dem zentralen, mittleren Kontaktabschnitt als Träger des NTC-Widerstandselementes zugeordnet sind. Dem Wärmedrosselabschnitt ist dagegen kein oder nur ein teilweise überlappender Einzelabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite zugeordnet. Die elektrisch leitende Schicht auf der gegenüberliegenden Seite verbessert die Wärmeableitung von der Widerstands-Baueinheit.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Wärmedrosselabschnitt in Form einer oder mehrerer Ausnehmungen in einer elektrisch leitenden Platte der elektrisch leitenden Schicht ausgebildet. Diese Platte kann insbesondere einteilig mit dem Kontaktabschnitt sowie gegebenenfalls mit einem Anschlussabschnitt ausgebildet sein, wobei lediglich im Bereich des Wärmedrosselabschnittes die Ausnehmung bzw. Ausnehmungen zur Realisierung eines reduzierten Wärmeflusses eingebracht sind.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind zwei oder mehr als zwei parallel angeordnete NTC-Widerstandselemente auf der Widerstands-Baueinheit angeordnet. Jedes NTC-Widerstandselement befindet sich auf einem Kontaktabschnitt, wobei jeder Kontaktabschnitt einen Wärmedrosselabschnitt sowie ein Verbindungselement zur Anschlussseite aufweist. Zwei oder mehr NTC-Widerstandselemente vorzusehen hat den Vorteil, dass in einfacher Weise eine Skalierbarkeit realisiert werden kann und damit eine Anpassung an unterschiedliche Startergrößen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die NTC-Widerstandselemente, die zugehörigen Kontaktabschnitte, die Wärmedrosselabschnitte und die elektrisch leitenden Verbindungselemente gleich aufgebaut sind. Es kann vorteilhaft sein, gemeinsame Anschlussabschnitte für die zwei oder mehr Wärmedrosselabschnitte einerseits und Verbindungselemente andererseits vorzusehen.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Widerstands-Baueinheit zwei separate Trägerschichten auf, die jeweils mit mindestens einer elektrisch leitenden Schicht versehen sind. Die Trägerschichten und die darauf angeordneten, elektrisch leitenden Schichten sind gespiegelt zueinander angeordnet, derart, dass zwischen den elektrisch leitenden Schichten mindestens ein NTC-Widerstandselement angeordnet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die zwei Trägerschichten mit der elektrisch leitenden Schicht baugleich ausgeführt sein können und lediglich durch die gespiegelte Anordnung der beiden Trägerschichten mit den elektrisch leitenden Schichten einschließlich zwischenliegendem NTC-Widerstandselement die Widerstands-Baueinheit gebildet ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematisch dargestellte Starteinrichtung mit einem NTC-Widerstandselement im Stromkreis der Startvorrichtung,
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2 eine Draufsicht auf eine Widerstands-Baueinheit mit einem NTC-Widerstandselement,
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3 in Einzeldarstellung zwei Elektroden, die an Anschlussabschnitten der Widerstands-Baueinheit angeordnet sind,
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4 eine perspektivische Ansicht der Trägerschicht und der elektrisch leitenden Schicht der Widerstands-Baueinheit,
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5 eine perspektivische Ansicht der Unterseite der Widerstands-Baueinheit,
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6 zur Verdeutlichung die elektrisch leitende Schicht auf der Oberseite sowie die elektrisch leitende Schicht auf der Unterseite der Trägerschicht,
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7 in perspektivischer Einzeldarstellung ein Verbindungselement der Widerstands-Baueinheit,
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8 eine Widerstands-Baueinheit in einer Ausführungsvariante,
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9 eine Widerstands-Baueinheit in einer weiteren Ausführungsvariante,
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10 ein Teil einer Widerstands-Baueinheit in einer weiteren Ausführungsvariante,
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11 eine Widerstands-Baueinheit, die sich aus zwei Teilen gemäß 10 in gespiegelter Weise zusammensetzt.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in schematischer Weise eine Startvorrichtung 1 zum Starten einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Startvorrichtung 1 weist eine elektrische Einrichtung auf, bei der es sich um ein elektromagnetisches Starterrelais 2a zum Verstellen des Starterritzels und einen elektrischen Startermotor 2b zum Antreiben des Ritzels handelt. Die elektrische Einrichtung 2 liegt in einem Stromkreis 3, der Teil eines Bordnetzes 4 eines Kraftfahrzeuges ist, wobei im Bordnetz 4 weitere Verbraucher 5, 6 liegen. Das Bordnetz 4 wird von einer Batterie 7 gespeist, die eine Batteriespannung U bereitstellt. Die Batterie 7 weist einen internen Widerstand RBatt auf. Der Leitungswiderstand im Bordnetz 4 ist mit RBord gekennzeichnet.
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Der Stromkreis 3, in welchem die elektrische Einrichtung 2a, 2b der Startvorrichtung 1 angeordnet ist, wird über einen Schalter 8 geschlossen, bei dem es sich insbesondere um das Zündschloss im Fahrzeug handelt. In dem Stromkreis 3 befindet sich ein NTC-Widerstandselement 9, dessen elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt. Als NTC-Material für das NTC-Widerstandselement 9 kommt auch ein CTR-Material in Betracht, das sich durch eine im Vergleich zum NTC-Material geänderte Kennlinie auszeichnet, jedoch prinzipiell das gleiche temperaturabhängige Widerstandsverhalten aufweist. Das NTC-Widerstandselement stellt sicher, dass beim Start der Startvorrichtung aufgrund des erhöhten elektrischen Widerstandes im NTC-Widerstandselement der Strom I im Stromkreis begrenzt ist.
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In 2 ist eine Widerstands-Baueinheit 10 dargestellt, in die ein NTC-Widerstandselement 9 integriert ist. Die Widerstands-Baueinheit 10 weist zwei gegenüberliegende Anschlussseiten auf, an denen die Widerstands-Baueinheit über jeweils eine Elektrode 11, 12 kontaktiert wird zur Integration in den Stromkreis (siehe auch 3).
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Die Widerstands-Baueinheit 10 umfasst eine Trägerschicht 13 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Keramik, auf der eine elektrisch leitende Schicht 14 liegt, die aus mehreren Abschnitten 15, 16, 17, 18 zusammengesetzt ist (siehe auch 4). Die elektrisch leitende Schicht 14 besteht beispielsweise aus Kupfer.
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Ein Kontaktabschnitt 15 der elektrisch leitenden Schicht 14 ist Träger des NTC-Widerstandselementes 9, das plattenförmig ausgebildet ist und flächig auf dem rechteckförmigen Kontaktabschnitt 15 aufliegt. An den Kontaktabschnitt 15 schließt sich ein Wärmedrosselabschnitt 16 der elektrisch leitenden Schicht an, der als mäanderförmige Bahn mit reduziertem Querschnitt ausgebildet ist und den mittig angeordneten Kontaktabschnitt 15 mit einem randseitigen Anschlussabschnitt 17 elektrisch verbindet, welcher eine Anschlussseite der Widerstands-Baueinheit 10 bildet. Auf dem rechteckförmigen Anschlussabschnitt 17 liegt die Elektrode 11 auf. Der Wärmedrosselabschnitt 16 hat die Aufgabe, den Wärmefluss, ausgehend von dem NTC-Widerstandselement 9, in Richtung der Anschlussseite zu drosseln.
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Eine weitere Anschlussseite befindet sich auf der dem Anschlussabschnitt 17 gegenüberliegenden Seite auf der Trägerschicht 13 und ist als ebenfalls rechteckförmiger Anschlussabschnitt 18 ausgeführt, auf der die zweite Elektrode 12 aufliegt. Der Anschlussabschnitt 18 ist nicht direkt mit dem benachbarten Kontaktabschnitt 15 verbunden. Vielmehr erfolgt die elektrische Verbindung über ein Verbindungselement 19, das flächig auf der Oberseite des NTC-Widerstandselementes 9 aufliegt und mit einem Abschnitt den Anschlussabschnitt 18 kontaktiert.
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In 5 ist die Unterseite der Widerstands-Baueinheit 10 dargestellt, welche der Seite mit dem NTC-Widerstandselement gegenüberliegt. Auch auf dieser Seite befindet sich an der Trägerschicht 13 eine elektrisch leitende Schicht 20, die vorzugsweise aus dem gleichen Material, insbesondere Kupfer wie die elektrisch leitende Schicht 14 mit dem NTC-Widerstandselement ausgebildet ist. Die elektrisch leitende Schicht 20 weist drei jeweils rechteckförmige Abschnitte 21, 22, 23 auf, die den verschiedenen Abschnitten auf der gegenüberliegenden Seite zugeordnet sind.
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6 zeigt die unmittelbare Zuordnung der verschiedenen Abschnitte der beiden auf unterschiedlichen Seiten der Trägerschicht angeordneten, elektrisch leitenden Schichten 14 und 20. In 6 ist die Trägerschicht selbst nicht dargestellt. Dem Kontaktabschnitt 15 der oberen Schicht ist der Abschnitt 21 der unteren Schicht zugeordnet, wobei der Abschnitt 21 sich noch teilweise bis in den Bereich des Wärmedrosselabschnittes 16 erstreckt. Den randseitigen Anschlussabschnitten 17 und 18 auf der Oberseite sind die ebenfalls randseitigen Abschnitte 22 und 23 auf der Unterseite mit annähernd gleicher Querschnittsform und -fläche zugeordnet.
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In 7 ist ein Verbindungselement 19 in perspektivischer Darstellung gezeigt, über das das NTC-Widerstandselement mit dem randseitigen Anschlussabschnitt elektrisch verbunden ist. Das Verbindungselement 19 weist einen ersten, plattenförmigen Abschnitt 19a auf, der unmittelbar auf dem NTC-Widerstandselement 9 flächig aufliegt. An den Abschnitt 19a schließt sich ein weiterer Abschnitt 19b an, der eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist und als thermische Drosselstelle fungiert, um eine Wärmeausbreitung, ausgehend von dem NTC-Widerstandselement, in Richtung der randseitigen Anschlussstelle zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. An die Drosselstelle 19b schließt sich ein weiterer Abschnitt 19c an, der als Kontaktabschnitt auf dem randseitigen Anschlussabschnitt der elektrisch leitenden Schicht aufliegt.
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In 8 ist eine Widerstands-Baueinheit 10 in einer Ausführungsvariante dargestellt, bei der der Wärmedrosselabschnitt 16 der elektrisch leitenden Schicht 14 in unterschiedlicher Weise ausgeführt ist, wohingegen die sonstigen Bauteile und Abschnitte denjenigen des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen. Der Wärmedrosselabschnitt 16 ist plattenförmig ausgebildet und mit insgesamt drei rechteckförmigen Ausnehmungen 24 versehen, die sich parallel zur Kante des NTC-Widerstandselementes 9 am mittleren Kontaktabschnitt 15 erstrecken. Der Kontaktabschnitt 15, der Wärmedrosselabschnitt 16 sowie der randseitige Anschlussabschnitt 17 bilden eine gemeinsame Kontaktschicht mit rechteckförmiger Außenkontur und mit den vorgenannten Ausnehmungen 14 im Bereich des Wärmedrosselabschnittes 16, um den Wärmefluss von dem NTC-Widerstandselement 9 zum Anschlussabschnitt 17 zu reduzieren.
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In 9 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer Widerstands-Baueinheit 10 dargestellt, bei der zwei separate NTC-Widerstandselemente 9 parallel angeordnet sind. Die elektrisch leitende Schicht 14 auf der Oberseite der Trägerschicht 13 umfasst zwei parallel angeordnete Kontaktabschnitte 15a, 15b, an die sich jeweils ein Wärmedrosselabschnitt 16a, 16b anschließt, die mit einem randseitigen Anschlussabschnitt 17 verbunden sind. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich ein ebenfalls randseitiger Anschlussabschnitt 18; es ist jeweils nur ein randseitiger Anschlussabschnitt 17 bzw. 18 vorgesehen. Die elektrische Verbindung zwischen jedem NTC-Widerstandselement 9a, 9b und dem nächstliegenden Anschlussabschnitt 18 erfolgt über jeweils ein Verbindungselement 19a, 19b.
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Diese Ausführung lässt sich leicht skalieren und an unterschiedlich dimensionierte Startvorrichtungen anpassen. Es können gegebenenfalls mehr als zwei NTC-Widerstandselemente 9 in der Widerstands-Baueinheit 10 vorgesehen sein.
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In den 10 und 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Widerstands-Baueinheit 10 mit einem NTC-Widerstandselement 9 dargestellt. 10 zeigt eine Seite der Widerstands-Baueinheit 10, die doppelt vorhanden ist und in gespiegelter Weise aufeinander gesetzt wird, um die in 11 dargestellte Widerstands-Baueinheit 10 zu bilden. Je eine Hälfte der Widerstands-Baueinheit 10 besteht aus der Trägerschicht 13 mit der darauf angeordneten elektrisch leitenden Schicht 14, die den Kontaktabschnitt 15 für das NTC-Widerstandselement 9, den Wärmedrosselabschnitt 16 und den randseitigen Anschlussabschnitt 17 umfasst, der von der Elektrode 11 kontaktiert wird. Um die Widerstands-Baueinheit 10 zu bilden, werden zwei derartige Bauhälften in spiegelverkehrter Weise aufeinander gesetzt, wobei lediglich ein gemeinsames NTC-Widerstandselement 9 zwischenliegend angeordnet ist, das sowohl an der Unterseite als auch der Oberseite von je einem Kontaktabschnitt 15 kontaktiert wird.
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11 ist des Weiteren zu entnehmen, dass die außen liegende Seite jeder Trägerschicht 13 die zusätzlich leitende Schicht mit den Abschnitten 21 und 23 aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4106247 C1 [0003]
- DE 4122252 A1 [0003]
- DE 102007036789 A1 [0003]
