DE102017217333A1

DE102017217333A1 - Elektrische Maschine mit einem elektrischen Leiter und mit einer elektrischen Sicherungseinrichtung

Info

Publication number: DE102017217333A1
Application number: DE102017217333.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Stoeckl; Mathias Fein
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem elektrischen Leiter, mit einer elektrischen Sicherungseinrichtung (48), wobei die Sicherungseinrichtung (48) mindestens ein Sicherungselement (51) aufweist, welches dazu ausgelegt ist, bei elektrischer Überlast zu schmelzen, wobei ein Federelement (68) auf das Sicherungselement (51) wirkt und in diesem eine mechanische Vorspannung bewirkt.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass in Startermotoren eine Schmelzsicherung als sogenannter Überlastschutz verwendet wird. Diese Sicherung soll verhindern, dass sich Komponenten des Starters bei zu langer Betriebsdauer bzw. im Fehlerfall unzulässig stark erwärmen. In derartigen Fehlerfällen könnte sonst beispielsweise die Pressmasse des Kommutators erweichen, sich in der Folge die Kommutatorlamellen lösen und der Anker entsprechend die Kommutatorlamellen „ausschleudern“. Zudem muss wie bisher zwingend vermieden werden, dass außerhalb des Startergehäuses Teile zum Glühen gebracht werden. Andernfalls könnten sich sonst in der Folge Teile im Motorraum entzünden. Eine derartige Situation könnte beispielsweise bei einem Frontalunfall auftreten. So lässt sich für jede Komponente im Starter eine Grenztemperatur definieren, die in allen Last- und Fehlerfällen nicht überschritten werden darf.
Der Hauptstromkreis muss jeweils rechtzeitig unterbrochen werden. Zu diesem Zweck sind in heutigen Startern im Hauptstromkreis in der Regel gezielt Engstellen mit örtlich erhöhtem Widerstand eingebaut. Z. B. können die Kupferlitzen der Kohlebürsten einen reduzierten Querschnitt aufweisen oder in Stromschienen am Bürstenhalter ist der Querschnitt lokal gezielt reduziert. Eine Offenlegungsschrift, in der gezielt eingebrachte Engstellen beschrieben sind, ist beispielsweise die DE 10 2010 063 688 A1 . Im Betrieb des Starters - und ganz besonders im Fehlerfall - erwärmt sich die Engstelle. Wird die Schmelztemperatur des Materials - z.B. Kupfer oder Stahl - überschritten, so schmilzt die Engstelle durch und der Hauptstromkreis wird unterbrochen.
Nachteil dieser Lösungen ist, dass lokal Temperaturen von über 1000°C (z. B. Kupfer 1085°C oder Stahl ca. 1500°C) erforderlich sind, um das Material zum Schmelzen zu bringen. Insbesondere bei Last- oder Fehlerfällen, in denen nur ein geringer Strom durch den Starter fließt, reicht die Verlustleistung unter Umständen nicht aus, um die Schmelztemperatur zu erreichen.
Außerdem sind Starter bekannt - z. B. aus der DE 10 2009 002 725 A1 - bei denen die Plus-Kohlebürsten über eine Stromschiene mit Spannung versorgt werden, die gleichzeitig auch zusammen mit der auf negativem Potential liegenden Bürstenplatte die Bürstenfassungen hält.
Die oben beschriebenen bekannten Lösungen basieren alle im Wesentlichen auf dem Prinzip der Eigenerwärmung. Durch die Verlustleistung, die durch den lokal erhöhten Widerstand entsteht, erhöht sich die Temperatur im Material. Nur durch die Eigenerwärmung können die sehr hohen Schmelztemperaturen erreicht werden. Demgegenüber existieren Lösungen, die hauptsächlich auf Fremderwärmung beruhen. Durch den Einsatz von Weichloten lassen sich deutlich niedrigere Schmelztemperaturen erreichen. So liegt beispielsweise die Schmelztemperatur des Hauptbestandteils Zinn bei 232°C. Darüber hinaus beschreibt beispielsweise die DE 10 2006 040 661 A1 einen Starter, bei welchem der Überlastschutz in einer zweiteiligen Y-förmigen Stromschiene mittels Weichlot und einer Feder realisiert ist. Die zwei Teile der Stromschiene werden mit Hilfe eines Weichlots verbunden. Im Überlastfall schmilzt das Weichlot bei relativ niedrigen Temperaturen auf bzw. erweicht (z. B. 200°C) und eine vorgespannte Feder drückt die beiden Teile der Stromschiene auseinander und trennt somit den Stromkreis auf. Nachteil dieser Lösung ist, dass insbesondere bei Startern gemäß DE 10 2009 002 725 A1 keine derartige Y-förmige Stromschiene vorhanden ist bzw. hierfür kein Bauraum zur Verfügung steht. Zudem ist der Einbauort für die Weichlotverbindung relativ weit von der Hauptwärmequelle an der Kontaktfläche der Bürsten mit dem Kommutator entfernt, was das Auslösen bei geringen Strömen erschwert und die Robustheit der Funktion beeinträchtigt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sicherungseinrichtung mindestens ein - insbesondere Lotfreies - Sicherungselement aufweist, welches dazu ausgelegt ist, bei elektrischer Überlast zu schmelzen. Dabei wirkt ein Federelement auf das Sicherungselement und bewirkt in diesem eine mechanische Vorspannung. Insbesondere wird dabei eine Zugspannung und/oder eine Biegespannung bewirkt oder etwas anders formuliert: in dem Sicherungselement ist eine mechanische Vorspannung, die eine Zugspannung und/oder eine Biegespannung ist. Des Weiteren alternativ ausgedrückt wirkt auf das Sicherungselement die Kraft eines Federelements, so dass in dem Sicherungselement eine mechanische Vorspannung ist, die eine Zugspannung und/oder eine Biegespannung ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherungselement, insbesondere ausgeführt als ein Steg, zwischen dem elektrischen Leiter, insbesondere ausgeführt als Bürstenplatte, und einem Kontaktbereich angeordnet ist, und das Federelement auf den Kontaktbereich eine Federkraft bewirkt.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt ist vorgesehen, dass die elektrische Anordnung derartig strukturiert ist, dass das Sicherungselement vorzugsweise als Anschweißfenster ausgeführt, mit dem mindestens einen Sicherungselement, welches vorzugsweise als ein Steg ausgeführt ist, wobei die mindestens ein, zwei, drei oder vier oder mehr Stege zwischen einer minusseitigen Bürstenplatte und einem Kontaktbereich angeordnet ist, wobei an dem Kontaktbereich vorzugsweise ein Leiter, insbesondere ausgeführt als Bürstenlitze, kontaktiert bzw. befestigt ist.
Die Bezeichnung bzw. der Begriff „minusseitig“ bezieht sich dabei auf die Situation, dass eine derartige elektrische Maschine zwischen einem elektrischen Pluspol (plusseitig) und einem elektrischen Minuspol (minusseitig) einer Spannungsversorgung zu verbinden ist. Als eine derartige Spannungsversorgung dient üblicher Weise eine Gleichstrombatterie, insbesondere Kraftfahrzeugbatterie. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Federelement, welches auf den Kontaktbereich bzw. auf das Sicherungselement wirkt bzw. sich auswirkt, beispielsweise als Spiralfeder ausgebildet ist. Des Weiteren kann alternativ oder auch zusätzlich ein Federelement als Elastomerteil ausgeführt sein, welches vorzugsweise zusätzlich die Funktion einer Dichtung aufweist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Federelement, welches als Elastomerteil ausgeführt ist, zwischen einem Kontaktbereich, an dem beispielsweise eine Bürstenlitze befestigt ist, und einem Lagerschild bzw. Deckel angeordnet ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lagerschild bzw. der Deckel einen geformten Hohlraum aufweist, in dem das Federelement aufgenommen ist. Ein derartiges Lagerschild kann beispielsweise ein so genanntes Kommutatorlager einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Startvorrichtung sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass zwischen dem Kontaktbereich und dem Teil der Bürstenplatte, insbesondere das Sicherungselement oder mehrere Sicherungselemente angeordnet sind, und dabei die Bürstenplatte an den Schweißflächen, d. h. insbesondere rund um den Kontaktbereich derartig gebogen ist, dass in dem oder den Sicherungselementen, insbesondere Stegen, eine Biegekraft bzw. Biegespannung ist, so dass in dem oder den Sicherungselementen eine innere Federkraft wirkt bzw. entsteht und so der Kontaktbereich bei Erwärmung der Sicherungselemente bzw. des Sicherungselements und letztlich dessen Durchtrennung bzw. Stromunterbrechung durch die inneren Spannungen von den Sicherungselementen entfernt wird, so dass danach keine weitere Kontaktierung mit dem elektrischen Leiter, insbesondere Bürstenplatte, mehr möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der elektrische Leiter, insbesondere Bürstenplatte selbst um ein Polgehäuse herum nur partiell eine Stromführung hat. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass diese Bürstenplatte angefedert ist. Nach dem Auslösen der Sicherungseinrichtung ist dann keine weitere Kontaktierung möglich.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine eine Startvorrichtung ist.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind in der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine,
2 ausschnittweise ein Stromübertragungssystem mit einer elektrischen Sicherungseinrichtung,
3 das in 2 ausschnittweise dargestellte Stromübertragungssystem in einer Seitenansicht bzw. Schnittansicht,
4 eine nicht ausschnittweise Darstellung des Stromübertragungssystems in etwas abstrahierter Form,
5 eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels aus 4,
6,
7 und
8 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrischen Sicherungseinrichtung,
9,
10,
11 und
12 ein drittes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Sicherungseinrichtung.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine elektrische Maschine 10 dargestellt, die einen Rotor 13 und ein Stator 16 aufweist. Der Stator 16 umfasst ein Polgehäuse 19, an dessen Innenumfang Polschule bzw. Pole 22 angebracht sind. Der Rotor 13 hat eine Drehachse 25. Eine Achse 28 ist auf der linken Seite in einem Lager 31 und auf der rechten Seite im Lager 32 gelagert. Die elektrische Maschine 10 weist darüber hinaus ein Stromübertragungssystem 33 auf, welches dazu dient, den Rotor 13 mit Strom zu versorgen. Hierzu weist das Stromübertragungssystem 33 einen Kollektor 34 auf, der eine im Wesentlichen zylindrische Kontaktoberfläche von verschiedenen Kollektorlamellen aufweist. Auf dieser Kontaktoberfläche des Kollektors 34 stützen sich mehrere Gleitkontakte 35 ab. Hierzu gehören sogenannte Plusbürsten, die mit einem Pluspol einer hier nicht dargestellten Spannungsversorgung zu verbinden sind. Des Weiteren gehören hierzu auch Minusbürsten, die mit einem Minuspol, einer Spannungsversorgung zu verbinden sind. Die Plusbürsten sind über einen insbesondere als Litze ausgeführten ersten Leiter 36 mit einer Kontaktschiene 62 verbunden. Die Minusbürsten sind mittels eines ebenso, insbesondere als Litze, ausgeführten Leiters 36 mittels einer Platte 42 mit dem Minuspol der Stromversorgung zu verbinden.
In 2 ist ein Ausschnitt des Stromübertragungssystems 33 dargestellt. Ausschnittweise ist hier als ein elektrischer Leiter ein Teil einer Bürstenplatte dargestellt. Des Weiteren ist dort auch eine elektrische Sicherungseinrichtung 48 gezeigt. Diese Sicherungseinrichtung 48 umfasst mindestens ein Sicherungselement 51, welches hier vorzugsweise als ein so genannter Steg ausgebildet ist. Als zumindest ein solcher Steg bzw. ein solches Sicherungselement 51 verbindet dieses die so genannte Bürstenplatte 45 mit einer Kontaktplatte 53. Diese Kontaktplatte 53 ist hier im Ausführungsbeispiel eine inselartige Fläche (Eisenblech), die durch Herausstanzen von einzelnen so genannten Fenstern 55 entstanden ist. In der Darstellung gemäß 2 sind insgesamt vier Fenster 55 herausgestanzt. Dementsprechend sind diese vier Fenster 55 durch die Sicherungselemente 51 (Stege) getrennt. Mit der Kontaktplatte 55 ist der eine Leiter 36, hier insbesondere als Litze ausgeführt, stromleitend fest verbunden. In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Leiter 36 mittels einer Stoffschlussverbindung 58 mit der Kontaktplatte 53 verbunden. Die Stoffschlussverbindung 58 ist hierbei als Schweißverbindung ausgeführt. Alternativ kann diese Stoffschlussverbindung 58 beispielsweise auch als Lot bzw. Lötverbindung ausgeführt sein.
In 3 ist das aus 2 bekannte ausschnittweise dargestellte Stromübertragungssystem in einer Seiten- bzw. Schnittansicht dargestellt. Wie aus der Betrachtung der 3 deutlich wird, wirkt auf das Sicherungselement 51 ein hier abstrakt durch dessen Auswirkung dargestelltes Federelement, welches eine Kraft F bewirkt. Diese durch das Federelement bewirkte Kraft F bewirkt in dem Sicherungselement 51 bzw. den Sicherungselementen 51 eine mechanische Vorspannung, die insbesondere als Zugspannung bzw. Biegespannung wirkt. Es ist somit in den 1, 2 und 3 eine elektrische Maschine 10 dargestellt, die einen elektrischen Leiter, vorzugsweise als Bürstenplatte 45 ausgeführt, aufweist. Diese elektrische Maschine 10 hat eine elektrische Sicherungseinrichtung 48, wobei die Sicherungseinrichtung 48 mindestens ein Sicherungselement 51 aufweist. Dieses Sicherungselement 51 ist dazu ausgelegt, bei elektrischer Überlast zu schmelzen. Wie aus dem vorgenannten Ausführungsbeispiel implizit deutlich wird, führt die Kraft F des Federelements dazu, dass sich aufgrund der inhärenten Elastizitäten der Kontaktplatte 53 im eingebauten Zustand, dem Ruhezustand, eine geringfügige Verlagerung um einen mindestens elastischen Anteil einer Verformung des Sicherungselements 51 nach 3 nach links verlagert. Wie somit aus der vorherigen Darstellung deutlich wird, ist das Sicherungselement 51 zwischen dem elektrischen Leiter, insbesondere als Bürstenplatte ausgeführt, und einem Kontaktbereich, insbesondere als Kontaktplatte 53 ausgeführt, angeordnet. Das Federelement bewirkt auf den Kontaktbereich eine Federkraft F.
In 4 ist das Stromübertragungssystem 33 nicht nur ausschnittweise, jedoch in abstrahierter Form, dargestellt. Der elektrische Leiter, hier wiederum als Bürstenplatte 45 ausgeführt, dient dazu, mehreren Gleitkontakten 35 Halt zu bieten. Typischer Weise sind derartige Gleitkontakte 35 dabei in so genannten Bürstenköchern aufgenommen, die hier nicht im Einzelnen dargestellt sind. Rund um den Kollektor 34 sind die eben erwähnten vier Gleitkontakte 35 angeordnet. Die in 4 dargestellten Gleitkontakte 35 oberhalb einer Symmetrielinie 60 sind so genannte Plusbürsten, während die beiden unterhalb der Symmetrielinie 60 angeordneten Gleitkontakte 35 so genannte Minusbürsten sind. Die Bezeichnung Plusbürste rührt daher, dass die im Beispiel dargestellten oberen Gleitkontakte 35 über eine Kontaktschiene 62 mit dem hier mit einem einfachen Pluszeichen stilisierten Pluspol einer Gleichstromversorgungseinheit verbunden sind. Die in der Figur dargestellten Bürstenplatte 45 ist mit einem hier ebenfalls stilisierten Minuspol einer Gleichstromversorgung verbunden. In dem Ausführungsbeispiel ist deutlich erkennbar, dass die elektrische Sicherungseinrichtung 48 eine Kontaktplatte 43 aufweist, die hier mit vier Sicherungselementen 51 ausgeführt ist. Die Sicherungselemente 51 halten in ihrer Mitte eine Kontaktplatte 53, auf der eine Litze bzw. ein Leiter 36 angeschweißt ist. Die andere Minusbürste, bzw. der andere Gleitkontakt 35, der mit dem Minuspol der Gleichstromversorgungseinheit verbunden ist, ist ohne eine derartige Sicherungseinrichtung 48 ausgeführt.
In 5 ist eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels aus 5 dargestellt. Es ist hier in leicht abstrahierter Form die Bürstenplatte 45 dargestellt, die zwischen einem bzw. dem Polgehäuse 19 und einem Kommutatorlagerdeckel 64 angeordnet ist. Dieser Kommutatorlagerdeckel 64 ist in diesem Fall bzw. kann auch als Lagerschild oder Deckel bezeichnet sein. Dieser Kommutatorlagerdeckel 64 weist einen eingeformten bzw. geformten Hohlraum 66 auf, in dem das bereits erwähnte Federelement 68, bevorzugt gegen den Kommutatorlagerdeckel 64 isoliert, angeordnet ist. Mit der in 5 dargestellten geschweiften Klammer ist eine Lage der elektrischen Sicherungseinrichtung 48 angegeben. Wie dort somit auch entnommen werden kann, ist somit das Federelement 68 zwischen dem Kontaktbereich bzw. der Kontaktplatte 53 und dem Lagerschild angeordnet. Diese hier angeordnete Feder bzw. das Federelement 68 ist beispielsweise aus Draht und hier insbesondere als Spiralfeder ausgeführt.
In einer Variante kann auch vorgesehen sein, dass mehrere derartige elektrische Sicherungseinrichtungen 48 vorgesehen sind. Dann wären bei einer derartigen Anordnung, wie nach der vorgenannten Darstellung, mehrere Hohlräume 66 in einem Kommutatorlagerdeckel bzw. einem Lagerschild vorgesehen, in denen typischer Weise eine einzelne Feder bzw. ein einzelnes Federelement 68 (Elastormerteil) angeordnet wäre. Gemäß einer weiteren Ausführung könnte vorgesehen sein, dass das Federelement 68 als ein Gummielement oder ein Dichtungsgummi ausgeführt wäre. Wobei dieses Dichtungsgummi, welches üblicher Weise zwischen einem Polgehäuse 19 und einem das Polgehäuse 19 abschließenden, beispielsweise übergreifenden, Rand des Kommutatorlagerdeckels 64 angeordnet ist, und dort abdichtet. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform könnte auch vorgesehen sein, dass ein Leiter, der beispielsweise durch die Bürstenplatte 45 ausgeführt ist, an den Bereichen der Stoffschlussverbindung 58 gebogen wäre, so dass eine Federkraft entstünde und dadurch die Schweißstelle mit der Litze, d. h. mit dem ersten Leiter 36, bei Erwärmung „rausgeschossen“ würde, so dass keine weitere Kontaktierung möglich wäre. Unter „Rausschießen“ ist hier zu verstehen.
In den 6, 7 und 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sicherungseinrichtung 48 dargestellt. In der 6 ist eine Bürstenplatte 45 mit drei Bürstenköchern 70 in einer auf eine Drehachse eines Rotors 13 der elektrischen Maschine 10 bezogenen Ansicht dargestellt. In einem jeden der drei Bürstenköcher 70 ist ein Gleitkontakt 35 eingesetzt. Auf einem Kollektor 34 mit einer im Wesentlichen zylindrischen, durch eine Strichlinie angedeuteten Kontaktoberfläche 73 stützen sich die Gleitkontakte 35 (Minusbüsten) ab. Die Bürstenplatte 45 ist hier in drei funktionell unterschiedliche Bereiche eingeteilt: in einen Außenbereich 76, der vorzugsweise kreisringförmig oder kreisringsegmentförmig ist, einen Innenbereich 79, der vorzugsweise ringförmig oder kreisförmig ist, und in Bereiche, die den Außenbereich 76 und den Innenbereich 79 miteinander - vorzugsweise einstückig - verbinden. Diese Bereiche stellen jeweils ein Sicherungselement 51 dar. Ein jeder Gleitkontakt 35 ist über einen insbesondere als Litze ausgeführten ersten Leiter 36 stromleitend mit dem Innenbereich 79 verbunden. Ein Stromfluss verläuft dabei von einem Kollektor 34 über einen Gleitkontakt 35, von dort über den Leiter 36 zunächst in den Innenbereich 79. Von dort fließt der Strom über mehrere - hier drei - Sicherungselemente 51 oder zumindest ein Sicherungselement 51 in einen Außenbereich 76. Dieser Außenbereich 76 ist mit Teilen der elektrischen Maschine 10 verbunden, die masseführend sind.
Ausgehend von diesem Ausführungsbeispiel und hier 6 ist erkennbar, dass zwischen den hier insgesamt drei Sicherungselementen 51 drei Aussparungen 80 angeordnet sind. Diese Aussparungen 80 sind hier beispielhaft ringförmig angeordnet. Hier sind die drei Sicherungselementen 51 und die drei Aussparungen 80 einander abwechselnd in einem Ringbereich angeordnet.
Ausschnittweise ist in 7 dargestellt, wie die Bürstenplatte 45 im Gehäuse der elektrischen Maschine 10 angeordnet ist. Ein Kommutatorlagerdeckel 64 übergreift mit einem Kragen 82 das Polgehäuse 19. Eine Rückwand des Kommutatorlagerdeckels 64 und eine Stirnfläche des Polgehäuses 19 klemmen zwischen sich die Bürstenplatte 45 ein. Dabei wird der Außenbereich 76 der Bürstenplatte 45 eingeklemmt. Der Innenbereich 79 der Bürstenplatte 45 ist mittels eines Federelements 68 oder mehrerer Federelemente 68 abgestützt bzw. vorgespannt, so dass ein Federelement 68 auf das Sicherungselement 51 wirkt und in diesem eine mechanische Vorspannung bewirkt wird. Es ist somit eine elektrische Maschine 10 mit einer elektrischen Sicherungseinrichtung 48 beschrieben und gezeigt, wobei die Sicherungseinrichtung 48 mindestens ein Sicherungselement 51 aufweist, welches dazu ausgelegt ist, bei elektrischer Überlast zu schmelzen, wobei ein Federelement 68 auf das Sicherungselement 51 wirkt und in diesem eine mechanische Vorspannung bewirkt. Das Sicherungselement 51 ist zwischen dem elektrischen Leiter - bspw. dem Polgehäuse 19 - und einem Kontaktbereich - bspw. einer Aufstandsfläche des Gleitkontakts 35 auf dem Kollektor 34 - angeordnet. Das Federelement 68 bewirkt auf den Kontaktbereich in Gestalt des Innenbereichs 79 der Bürstenplatte 45 eine Federkraft F. Der elektrische Leiter 36 ist derartig strukturiert, dass die Sicherungseinrichtung 48 mit dem mindestens einen Sicherungselement 51 zwischen einer minusseitigen Bürstenplatte 45 und einem Kontaktbereich angeordnet ist, wobei der Kontaktbereich mit dem einen Leiter 36 kontaktiert, vorzugsweise der Leiter 36 stoffschlüssig am Kontaktbereich befestigt ist. Wie in 7 zu sehen ist, ist das Federelement 68 eine Spiralfeder. Das Federelement 68 stützt sich vorzugsweise mittels eines Isolationselements 85 ab. Im Beispiel ist das Isolationselement 85 zwischen dem Federelement 68 und dem Kommutatorlagerdeckel 64 angeordnet. Insbesondere ist das Isolationselement 85 topfartig bzw. als Topf ausgeführt und sitzt in einer Ausnehmung (eingeformter Hohlraum 66) des Kommutatorlagerdeckels 64. Das Lagerschild weist somit einen eingeformten Hohlraum 66 auf, in dem das Federelement 68 insbesondere aufgenommen ist. Das Federelement 68 ist im Übrigen zwischen dem Kontaktbereich und einem Lagerschild, d. h. hier dem Kommutatorlagerdeckel 64, angeordnet.
Im Beispiel ist im Übrigen die Bürstenplatte 45 derartig geformt, das das Sicherungselement 51 bzw. die Sicherungselemente 51 den Außenbereich 76 und den Innenbereich 79 miteinander einstückig verbinden, wobei der Außenbereich 76 und der Innenbereich 79 zueinander drehaxial versetzt sind. Dieser Versatz d1 entspricht einem Abstand zwischen der Seite des Innenbereichs 79, die zum Kommutatorlagerdeckel 64 gerichtet ist und der Seite des Außenbereichs 76, die ebenfalls zum Kommutatorlagerdeckel 64 gerichtet ist. Spricht das Sicherungselement 51 bzw. sprechen die Sicherungselemente 51 an, d. h. erwärmen sich die Sicherungselemente 51 so stark, dass deren Festigkeit sinkt, so reißen diese letztlich auseinander. Sind es mehrere Sicherungselemente 51, so reißen diese eines nach dem anderen auseinander. Dabei vergrößert sich dann der Abstand zwischen der Seite des Innenbereichs 79, die zum Kommutatorlagerdeckel 64 gerichtet ist und der Seite des Außenbereichs 76, die ebenfalls zum Kommutatorlagerdeckel 64 gerichtet ist zum Abstand d2.
In den 9, 10, 11 und 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sicherungseinrichtung 48 dargestellt. 9 zeigt ausschnittweise eine Bürstenplatte 45. Am Außenrand 88 der Bürstenplatte 45 sind zwei Kerben 90 eingebracht. Zwischen den beiden Kerben 90 befindet sich eine Zunge 92. Während beiderseits der Zunge 92 benachbarte Bereiche der Bürstenplatte 45 in einer Ebene angeordnet sind, ist die Zunge 92 aus dieser Ebene herausgebogen, man vergleiche auch mit 10. Man erkennt hier auch, dass die Bürstenplatte 45 zwischen dem Polgehäuse 19 und dem Kommutatorlagerdeckel 64 eingeklemmt ist. Dabei steht die Zunge 92 von einer Rückwand des Kommutatorlagerdeckels 64 ab. Da der Kommutatorlagerdeckel 64 auf Masse liegt, bzw. mit einem Minuspol einer Starterbatterie bzw. Stromversorgung verbunden ist, ist ein insbesondere als Litze ausgeführter Leiter 36 mit einer Minusbürste bzw. einem minusseitigen Gleitkontakt 35 verbunden, 11. Der Leiter 36 teilt sich beiderseits der Zunge 92 in zwei Bereiche auf: In einen Bereich 94 links von der Zunge 92 und einen Bereich 95 rechts von der Zunge 92. Der linke Bereich 94 ist einerseits mit der Zunge 92 stoffschlüssig - jedenfalls fest - verbunden (Verbindungsstelle 96) und andererseits über eine Verbindungsstelle 97 mit dem Teil der Bürstenplatte 45, der nach links durch eine Kerbe 90 von der Zunge 92 beabstandet ist. Der Leiter 36 ist dabei derartig mit der Bürstenplatte 45 verbunden, dass die Zunge 92 auf die Verbindungsstelle 97 links von der Zunge 92 eine Zugspannung bewirkt. In gleicher Weise ist der rechte Bereich 95 einerseits mit der Zunge 92 stoffschlüssig - jedenfalls fest - verbunden (Verbindungsstelle 96) und andererseits über eine Verbindungsstelle 98 mit dem Teil der Bürstenplatte 45 der nach rechts durch die andere Kerbe 90 von der Zunge 92 beabstandet ist. Der Leiter 36 ist dabei derartig mit der Bürstenplatte 45 verbunden, dass die Zunge 92 auf die Verbindungsstelle 98 rechts von der Zunge 92 eine Zugspannung bewirkt. Die 12 zeigt eine Ansicht auf die Sicherungseinrichtung 48.
Wird nun im Überlastungsfall der unter der Zugspannung stehende Leiter 36 überlastet, so wird entweder der linke Bereich 94 oder der rechte Bereich 95 des Leiters 36 zuerst durchschmelzen. Danach wird dann der andere Bereich - entweder der rechte Bereich 95 oder der linke Bereich 94 - durchschmelzen.
Das Ausführungsbeispiel nach den 9 bis 12 zeigt somit eine elektrische Maschine 10 mit einer elektrischen Sicherungseinrichtung 48, wobei die Sicherungseinrichtung 48 mindestens ein Sicherungselement 51 (rechter Bereich 95 oder linker Bereich 94) aufweist, welches dazu ausgelegt ist, bei elektrischer Überlast zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement 68 (Zunge 92) auf das Sicherungselement 51 (rechter Bereich 95 oder linker Bereich 94) wirkt und in diesem eine mechanische Vorspannung bewirkt. Das Sicherungselement 51 ist zwischen dem elektrischen Leiter (Bürstenplatte 45) und einem Kontaktbereich (Verbindungsstelle 96) angeordnet. Das Federelement 68 (Zunge 92) bewirkt auf den Kontaktbereich eine Federkraft F. Der elektrische Leiter 36 ist dabei derartig strukturiert ist, dass die Sicherungseinrichtung 48 mit dem mindestens einen Sicherungselement 51 zwischen einer minusseitigen Bürstenplatte 45 und einem Kontaktbereich angeordnet ist, wobei der Kontaktbereich mit dem einen Leiter 36 kontaktiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010063688 A1 [0002]
DE 102009002725 A1 [0004, 0005]
DE 102006040661 A1 [0005]

Claims

Elektrische Maschine mit einem elektrischen Leiter, mit einer elektrischen Sicherungseinrichtung (48), wobei die Sicherungseinrichtung (48) mindestens ein Sicherungselement (51) aufweist, welches dazu ausgelegt ist, bei elektrischer Überlast zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (68) auf das Sicherungselement (51) wirkt und in diesem eine mechanische Vorspannung bewirkt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (51) zwischen dem elektrischen Leiter und einem Kontaktbereich angeordnet ist und das Federelement (68) auf den Kontaktbereich eine Federkraft (F) bewirkt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (36) derartig strukturiert ist, dass die Sicherungseinrichtung (48) mit dem mindestens einen Sicherungselement (51) zwischen einer minusseitigen Bürstenplatte (45) und einem Kontaktbereich angeordnet ist, wobei der Kontaktbereich mit dem einen Leiter (36) kontaktiert.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (68) eine Spiralfeder ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (68) ein Elastomerteil, vorzugsweise mit einer Dichtfunktion, ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (68) zwischen dem Kontaktbereich und einem Lagerschild angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerschild einen eingeformten Hohlraum (66) aufweist, in dem das Federelement (68) aufgenommen ist.