DE19948396A1 - Temperaturüberwachungs- und Sicherheits-Modul - Google Patents

Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein externes Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul für Elektromotore. DOLLAR A Bisher wurden die Thermo- und Sicherheitsschalter fest mit dem Stator des Motors durch Einwickeln oder Eingießen/-spritzen verbunden. Der Erfindung liegt nun das Problem zugrunde, daß bei einem Defekt eines kleinen Thermoschalters während des Betriebs oder bereits bei der Herstellung das gesamte Statorpaket ersetzt werden muß, da die Art der unlösbaren Befestigung eine Reparatur fast gänzlich ausschließt. Dies soll vermieden werden. DOLLAR A Dieses Problem wird durch das Merkmal der extern, d. h. getrennt vom Statorpaket, durchgeführten Anbringung gelöst. Auf diese Weise wird bei einer Reparatur der technische Aufwand stark reduziert, wenn nicht erst überhaupt ermöglicht sowie bei der Fertigung die Ausschußquote gesenkt, da die Bauteile nun immer wieder und ohne physikalische Zerstörung voneinander getrennt und ausgetauscht werden können. Daraus entstehen auch erhebliche Kostenvorteile. DOLLAR A Das Anwendungsgebiet betrifft prinzipiell alle Elektromotoren, speziell aber z. B. die eng in einem Rohr bauenden wie z. B. in einem Innenvibrator, Markise oder ähnlichem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul für alle Elektromotoren, insbesondere für die, die auf Grund ihrer Bauweise und Einsatzart Schutz gegen zu hohe Betriebs- Temperaturen benötigen. Das Modul dient jedoch nicht nur der Überwachung, sonder gleichzeitig auch als Abschalt-Sicherung im Sinne einer Stromkreisunterbrechung.

Typisch für die oben genannte Motorenbauweise sind diejenigen Motoren, deren zu erbringende Leistung und das auf Grund ihres Einsatzes vom Durchmesser her sehr geringe Einbaumaß eine verhältnismäßig große Länge des Motors erforderlich machen.

Ein typischer Anwendungsfall sind die leistungsstarken Motoren für den Rolladenbau oder für die Innenvibratoren in der Betonindustrie. Auf Grund ihres ungünstigen Durchmesser-Längenverhältnisses werden diese sehr heiß und neigen zum Durchbrennen. Letztere für die Betonverdichtung sind besonders betroffen, da sie durch hohe Drehzahl und angebauter Unwucht besonders beansprucht werden und auch deshalb zu erhöhter Temperatur neigen.

Insbesondere wenn man diesen Motoren das Kühlmedium (Beton) entzieht oder sie unbeabsichtigt nicht ausschaltet und sie somit nur an der Luft laufen läßt, treten zwangsweise große Temperaturprobleme auf. Ohne Abschaltung ist immer ein Verbrennen des Statorpaketes die Folge und dies bedeutet eine kostenintensive Reparatur.

Als Stand der Technik behilft man sich bei einer heute gängigen Lösung dieser Temperaturprobleme manchmal mit dem Einbau von Statorpaketen nach der Isolierklasse H, die vorrübergehend einer Temperatur von 180°Celsius standhalten.

Eine andere, weiter verbreitete Lösungsmethode ist es, den Stromkreis mittels aus Temperaturüber­ wachung und Sicherung kombinierter Bauteile zu unterbrechen und damit größere Schäden zu vermeiden. Wichtig ist es, eine derartige Abschaltung allpolig vorzusehen, um dem gefürchteten Zweiphasenlauf vorzubeugen. Sollte es nämlich nur eine Sicherung geben, können auch die restlichen beiden Phasen den Motor antreiben. Selbst bei einem Abschalten der zweiten Phase ist dies durch Toleranzfehler möglich. Nur wenn alle 3 Phasen überwacht und unterbrochen werden, ist 100%ige Sicherheit gegeben, um einem Folgedefekt durch das Zuleitungskabel vorzubeugen, der zu einen plötzlichen Temperaturanstieg der gesamten Einheit führen kann.

Die heute gängige Methode zur Herstellung dieses Überwachungs- und Sicherungs-Systems ist es, einen oder mehrere Temperaturschalter, die eine Kombination aus Überwachung und Sicherung darstellen, in den durch den Betrieb am heißesten werdenden Teil des Statorpakets, den Wickelkopf einzuflechten und mit heißem, flüssigem Kunststoff, mit einzuspritzen. Diese Art der "Befestigung" ist für die Bauteile schon vor der Inbetriebnahme eine große physikalische Beanspruchung. Die durch ihre "Kleinheit" geringe Robustheit der Temperaturschalter ist somit ein immenser Nachteil bei dieser Art der Herstellung des Statorpakets, da sie bereits beim Einbau zu großen Ausschußquoten führt und, da eine Nachbesserung nicht möglich ist, eine erhebliche Verteuerung des einzelnen, funktionsfähigen Endprodukts "Statorpaket" und damit des gesamten Motors bedeutet.

Fig. 1 zeigt exemplarisch die bisher angewendete Ausführungsform. Das Gehäuse 1 enthält die Motorteile, das unbewegliche Statorpaket 3, den sich drehenden Motorläufer 4, das auf Grund des langen Motorläufers erforderliche Führungslager 5, das für den Strom von Außen notwendige, elektrische Anschlußteil 2a und das Gehäuseoberteil 2, mit dem das Gehäuse wieder durch eine Gewindeverbindung verschlossen wird. Im Statorpaket 3 sind ein bis drei Stück Thermoschalter 3a direkt im Draht eingewickelt oder in Kunststoff eingespritzt. Die Verbindungsleitung zum elektrischen Anschluß von Außen (nicht dargestellt) wird über das Anschlußteil 2a angesteckt oder gleich direkt zum Statorpaket 3 geführt, um dort Wicklung und damit auch die dort integrierten Thermoschalter mit Strom zu "versorgen".

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt nun das Problem zugrunde, daß bei einem Defekt des kleinen Thermoschalters 3a während des Betriebs oder bereits bei der Herstellung das gesamte Statorpaket 3 ersetzt werden muß, da durch die Art der Befestigung (Einwickeln oder Einspritzen) eine Reparatur fast gänzlich ausschließt. Dies soll vermieden werden.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale der extern, d. h. getrennt vom Statorpaket 3 durchgeführten Anbringung gelöst. Auf diese Weise werden bei einer nötigen Reparatur der technische Aufwand stark reduziert sowie bei der Produktion die Ausschußquote gesenkt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Eine Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, daß durch die spezielle Bauart der Erfindung deren Einsatz in geringfügig an die Abmessungen verschiedener Elektromotore angepassten Form bei all diesen möglich ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Eine Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es, daß durch die Wahl des richtigen Temperaturunterschieds Δt zwischen der Temperatur im Wickelkopf des Statorpakets 3 und dem Temperaturschalter 6a (der standardmäßig in verschiedenen "Temperaturschaltstufen" angeboten wird), welches den Wärmeübertragungsverlusten auf dieser Strecke entspricht, quasi eine nachträgliche Einstellung der Empfindlichkeit ermöglicht und somit eine sichere Abschaltung gewährleistet wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 angegeben. Eine Weiterbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht es, daß man aufgrund des Fehlens von beweglichen Teilen davon ausgehen darf, daß das Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 keinerlei Verschleiß unterliegt und somit über eine ausgesprochen lange Lebensdauer verfügen dürfte. Auch befindet es sich selbst und insbesondere die empfindlichen Temperaturschalter 6b sich nicht direkt am Ort der größten Temperaturen, die es ja nur überwacht und nicht selbst ausgehalten werden sollen, und ist damit einer wesentlich geringeren Beanspruchung unterworfen, welches auch wiederum der langen Lebensdauer zu Gute kommt. Die zu überwachende Temperatur wird quasi über die Kontaktfläche 3c herangeführt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 angegeben. Eine Weiterbildung nach Patentanspruch 5 ermöglicht es, daß auch nach dem erstmaligen Zusammenbau des Statorpakets 3, des Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6, des Gehäuses 1 und des Gehäuseoberteils 2 die Bauteile immer wieder und ohne physikalische Zerstörung getrennt und ausgetauscht werden können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben. Eine Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es, nicht nur den technischen Aufwand bei Produktion und Reparatur zu minimieren, sondern natürlich auch die enormen Kosten.

• 1. wird bei der Produktion der Statorpakete 3, wie in der Beschreibung aufgezeigt, die ansonsten durch die Thermoschalter 3a verursachte, hohe Ausschußquote zu 100% reduziert und muß kostenmäßig nicht mehr in diesem Umfang auf das Einzelteil umgelegt werden.
• 2. wird die Produktion überhaupt günstiger, da der Extra-Arbeitsgang der Anbringung der Thermo- Schalter 3a am Statorpaket 3 generell entfällt.
• 3. dieser Extra-Arbeitsgang teurer ist als die Herstellung des Temperaturüberwachungs- und Sicherungs- Moduls 6.
• 4. bei einem späteren Defekt der Thermo-Schalters nicht mehr das komplette teure Statorpaket 3 sondern nur noch das billige Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 ausgetauscht werden muß.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 7 angegeben. In der Praxis möchten einige Anwender, vor allem im Betonbereich, die durch die Thermo-Schalter verursachten Ruhepausen wegen der dadurch entstehenden Arbeitsverzögerungen ganz umgehen. Sie riskieren zwar das unerwünschte Durchbrennen, ziehen aber diese Alternative auf Grund der Arbeitsblauf-Vorteile vor. Eine Weiterbildung nach Patentanspruch 7 ermöglicht es deshalb, daß ohne großen Wechsel- oder sogar konstruktiven Aufwand das auf Temperatur reagierende Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 durch ein "Blindmodul" ersetzt wird, das gemäß Stromlaufplan Fig. 5b keine Temperaturregelung mehr hat und den Kontakt zwischen Statorpaket 3 und externem Stromanschluß direkt herstellt. Auf diese Weise ist Dauerbetrieb bis zum Durchbrennen möglich, ohne daß die Abkühlzeiten wirksam werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 8 angegeben. Eine Weiterbildung nach Patentanspruch 8 ermöglicht es, daß keine zusätzliche Dichtung zwischen Gehäuse 1 und Gehäuseoberteil 2 mehr nötig ist, da in dem zwischen beiden liegenden Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 ein O-Ring als Dichtung zum Ölraum des Motors hin vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in mehreren Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Fig. 2 zeigt die Verdrahtung innerhalb des Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6. Das Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 besteht aus einem flachen Kunststoffspritzteil in dem die Temperaturschalter 6b und die Klemmkontakte 6a an der Oberfläche eingebettet sind. Zu beachten ist, das der Klemmkontakt 6a für seine einwandfreie Funktion einen Freiraum 6c haben muß.

Fig. 3 zeigt die Erfindung in Seitenansicht mit seiner Verbindungsleitung 6e, die in der Regel über einen elektrischen Steckkontakt (ähnlich 2a) und einem Ein/Aus-Schalter (evtl. auch kombiniert) zum elektrischen Strom-Anschluß von Außen führt. Die angeformte Phase 6d dient zur Aufnahme des Dichtrings (vorzugsweise O-Ring). Diese Dichtung hat die Aufgabe, den Motorraum mit seiner Ölfüllung vom restlichen System abzudichten. Gleichzeitig ist die Möglichkeit des Eindringens von Fremdstoffen ausgeschlossen. Der Klemmkontakt 6a aus Fig. 2 ist über den Temperaturschalter 6b mit der Verbindungsleitung 6e verbunden. Der Anschluß des Statorpaketes ist somit geschlossen. Es sollte ein geringes Δt zwischen dem Schalttemperatur des Temperatur-Schalters 6b und der Temperatur im Inneren des Wickelkopfes am Statorpaket entstehen und es ist somit für die Auslegung der Schalttemperatur der Temperaturschalter entscheidend.

Fig. 4 zeigt die Erfindung in eingebautem Zustand. Im Gehäuse 1 sind diverse Motorteile, Statorpaket, Motorläufer 4, Führungslager 5 und das Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 eingebaut. Es ist mit dem Gehäuseoberteil 2 verschlossen. Die Temperaturschalter 6b sind im Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 so angebracht, daß sie einen direkten Berührungskontakt 3c zum Statorpaket 3 haben. Diese Kontaktfläche 3c sollte zum Temperaturschalter 6b hin möglichst frei sein und gut aufliegen. Von Bedeutung ist, daß das Statorpaket 3 sehr kurze Anschlußstifte 3b hat. Das Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6 baut so sehr kurz, daß es dann mit einer kurzen Drehbewegung an das Statorpaket 3 angeschlossen werden kann (dabei werden die Anschlußstifte 3b in die Klemmkontakte 6c gedrückt) und keinerlei Fixierung mehr bedarf.

Fig. 5a zeigt exemplarisch die Verdrahtung einer von 3 identischen Phasen im Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul 6. Der Strom fließt über die Verbindungsleitung 6e, über den Temperaturschalter 6b zum Klemmkontakt 6c und von dort aus zum Anschlußstift 3b des Statorpakets 3.

Fig. 5b zeigt die Möglichkeit der Nichtverwendung des Temperaturschalters 6b. Es ist sozusagen als Blindelement ausgebildet. Der Strom fließt hierbei über die Verbindungsleitung 6e direkt über die Klemmkontakte 6c zum Statorpaket 3.

Claims (8)

1. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul für Elektromotoren zur allphasigen, elektrischen Unterbrechung bei Temperaturüberhöhung, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturüberwachungs-Modul extern, d. h. getrennt vom Statorpaket des Elektromotors montiert ist.

2. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Einsatz und Nutzung auf Grund seiner Bauart für alle Elektromotor- Typen möglich ist.

3. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es je nach Bestückung die Wahl eines entsprechenden Temperatur­ unterschieds Δt (zwischen der für den Stator maximal erlaubten Temperatur und der Schalttemperatur des Temperaturschalters, entspricht den Wärmeübertragungsverlusten) und damit auch die nachträgliche Einstellung der Empfindlichkeit ermöglicht und somit eine sichere Temperaturschaltung gewährleistet.

4. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Fehlen jeglicher Verschleißteile eine hohe Lebensdauer zu erwarten ist und sich das Modul nicht selbst am Ort der größten Temperatur befindet, sondern diese über eine Kontaktfläche herangeführt wird.

5. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch seine Bauart eine einfache Austauschbarkeit gegeben ist, insbesondere nach Defekten oder für Servicearbeiten.

6. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die getrennte Bauweise der gesamte Motor, insbesondere das Statorpaket deutlich kostengünstiger als das bisher verwendete hergestellt werden kann.

7. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ohne konstruktive Veränderung der Einbauumgebung bei Bedarf schnell und unkompliziert durch ein "Blindelement", welches die Temperaturüberwachung und Abschaltung umgeht, ersetzt werden kann.

8. Temperaturüberwachungs- und Sicherungs-Modul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses eine Dichtung zum Ölraum des Gerätes beinhaltet.