DE2754939A1

DE2754939A1 - Ueberhitzungsschutzvorrichtung fuer motoren

Info

Publication number: DE2754939A1
Application number: DE19772754939
Authority: DE
Inventors: Richard Antony Phillips; John Crawshaw Taylor
Original assignee: Otter Controls Ltd
Current assignee: Otter Controls Ltd
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1978-06-15
Also published as: GB1594334A; JPS5391358A

Description

Difil Ing Heinz Lesser. Dipt-Ing Otto Flügel. Patentanwälte D-8 München 81. Cosimastraße fa1 OTTER CONTROLS LIMITED

Otters OIe

Buxton. Derbyshire SK17 6LA England L 11.194/Fl/ost

überhitzungsschutzvorrichtung für Motoren

Die Erfindung betrifft eine Überhitzungsschutzvorrichtung für Elektromotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 .

Eine häufige Schadensursache bei einem Elektromotor ist ein Kurzschluß an einem Anker oder einer Feldwicklung, wodurch überschüssiger Stromfluß verursacht wird, was wiederum eine überhitzung des Motors zur Folge hat. Der Motor kann dadurch derart beschädigt werden, daß er nicht mehr reparierbar ist.

Heutzutage sind viele kleine Elektromotoren für die verschiedensten Zusatzfunktionen in Kraftfahrzeugen eingebaut, so zum Beispiel für das automatische Anheben und Absenken von Fenstern, das Verstellen der Sitze und für die Scheinwerfer-Wischer. Derartigen Motoren ist normalerweise ein Getriebe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis nachgeschaltet, und sie müssen, obwohl sie nur kurze Zeitspannen eingeschaltet sind, doch während dieser Kurzzeiten eine erhebliche Leistung erbringen. Es besteht daher die Gefahr einer elektrischen Störung oder Überlastung, wodurch ein Überhitzen des Motors verursacht wird.

Solche Motoren werden bisher unter anderem durch einen auf Wärme ansprechenden Schalter, ähnlich dem in der GB-PS 903,007 beschriebenen, geschützt, welcher an der Außenseite des Motors

80982W0868

Γ) 1111 lug Hem/ L tissui Dipt -Ing OtIo Flügel. Patentanwälte OU München 81 Cosimastraße 81

-A-OTTER LONTKOLS LIMITED 2 7 5 A 9 3 Q

festgelegt und in den Motor-Stromkreis derart eingeschaltet ist, daß er den Stromkreis unterbricht, sobald eine thermisch empfindliche Schaltbetätigungsvorrichtung eine Überhitzung aufdeckt.

Während eine solche Schutzvorrichtung den Vorteil hat, daß sie verhältnismäßig billig ist, ist sie jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß ihre Empfindlichkeit einer Überhitzung gegenüber nicht sehr groß ist, und zwar aufgrund des schlechten Wärmeflusses zwischen Motor und Betätigungsvorrichtung. Weiterhin muß die Betätigungsvorrichtung innerhalb eines Schwankungsbereiches der Umgebungstemperatur von - 30 C bis + 70 C arbeiten, der die Temperatur der Außenseite des Motors beeinflussen und die Empfindlichkeit der Betätigungsvorrichtung gegenüber einer Überhitzung des Motors verringern kann.

Mit der Erfindung soll eine Schutzvorrichtung der eingangs genannten Art geschaffen werden, die bei einfachem, raumsparenden Aufbau empfindlicher und zuverlässiger arbeitet.

Das wird erfindungsgemäß erreicht durch Hinzufügen der Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 zu denen des Oberbegriffes.

Die Erfindung basiert auf dem Konzept des Festlegens eines auf Wärme ansprechenden elektrischen Schalters oder einer Strombegrenzervorrichtung innerhalb eines Motors, in guter thermischer Verbindung mit einem Bürstenhalter des Motors, wobei die Bürste eine der Wärmequellen bei Überhitzung darstellt.

Die erfindungsgemäö vorgesehene kombinierte Bürstenhalte- und Überhitzungsschutzvorrichtung weist ein Metallteil zum Halten einer Bürste auf, wobei die Anordnung derart erfolgt, daß ein guter thermischer und elektrischer Kontakt mit der Bürste gewährleistet ist und ist mit einer thermisch empfindlichen Stromsteuerungsvorrichtung versehen, die den zum Metallteil fließenden Strom begrenzt, wenn sich im Betrieb des Motors eine Über-

809824/0868

Di|'i liKj Hunz Lesser Dipi Ing OtIu Flügel. Halenlanwtfltu 0-8 München 81 Cosimastiiilte 81

UTTER CONTROLS LIMITED

hitzung ergibt. Die Stromsteuerungsvorrichtung weist erfindungsgemäß ein auf Wärme reagierendes Betätigungselement auf, das in direkter thermischer Verbindung mit dem lietallteil festgelegt ist.

üer Meta 11 teil bildet vorzugsweise wenigstens einen Teil einer Manschette zum Halten der Bürste. Der Metallteil kann auch die gesamte Manschette bilden oder einen Teil eines U-förmigen Abschnittes, wobei ein weiterer Teil den Rest der Wandung der Manschette bildet.

Die Manschette weist in bevorzugter Ausführung zwei Metallteile auf, nämlich einen Teil zum Halten der Bürste, wie vorstehend dargelegt und einen anderen, einen Motor-Strom-Eingangskontakt zur Verbindung mit einer Energiequelle bildenden Teil, wobei die Stromsteuerungsvorrichtung derart angeordnet ist, daß sie den Stromfluß zwischen den beiden Teilen steuert.

Die Stromsteuerungsvorrichtung kann ein auf Wärme reagierendes Element in Form eines PTC-(positiven Temperutur-Koeffizient-) Widerstandes aufweisen, dessen Widerstandswert bei einer bestimmten Temperatur stark ansteigt. Ein derartiger Widerstand kann auch die Form einer zwischen zwei Metallteilen in Sandwichart eingebetteten Platte aufweisen.

In alternativer Ausführung kann die Stromsteuerungsvorrichtung einen Schalter mit einer auf Wärme reagierenden Bimetall-Schnapp-üetätigungsvorrichtung aufweisen, vorzugsweise der in der UT-OS 24 56 062 beschriebenen Art, wobei der bewegliche Kontakt des Schalters festgelegt wird. Die Betätigungsvorrichtung kann unter Wahrung einer guten thermischen Verbindung am Metallteil zum Halten der Bürste angeschweißt oder aufgelötet oder auf eine andere geeignete Weise festgelegt werden. Der ortsfeste Kontakt eines derartigen Schaltars ist am Metallteil festgelegt, in welchem der Energiezuführungsanschluß ausgebildet

809824/0868

Dipl lrii| Hein/ l.bssui ΟιμΙ-Ing Olio Fluyel. P;ileiiiiiiiw<ilic O ■ U München 81. Cosimaslraße 81

-ü-OTTER CONTROLS LIMITtU 27 5 Λ 9 3

ist. LJiθ beiden Metallteile sind über eine Isolier-Zwischenschicht miteinander verbunden.

Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert.

Es zeigen: -

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines Elektromotors mit den Merkmalen der Erfindung»

Fig. 2 eine Oraufsicht auf eine auf Wärme ansprechende Schalter-Betätigungsvorrichtung, wie sie in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel Verwendung findeti

Fig. 3 eine Schnittdarstellung nach der Linie I1I-III der Fig.1

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Metallplatte zur Bildung eines Anschlußteiles der Kombination nach Fig.1i

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Metallplatte zur Bildung eines Bürstenhalterungsteils der Kombination nach Fig. 1i

Fig. C eine perspektivische Ansicht und

Fig. 7 eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung eines weiteren Ausführungsbeispieles für den Einsatz bei einem etwas größeren Motor» und

Fig. ü eine perspektivische Ansicht und

Fig. 9 eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung eines letzten Ausführungsbeispieles , unter Verwendung eines PTC-Widerstandes als das auf Wärme ansprechende Element.

809824/0868

Dipl Itirj Heinz lesser Dipl -Ing Otto Flügel. Patentanwälte DH München 81. Co&iinastialle fil

-7-OTTER CONTROLS LIMITED 27 54939

In den Zeichnungen ist mit der Bezugsziffer 2 ein Plastikkörper eines Elektromotors bezeichnet. Der Plastikkörper 2 weist ein mittiges Lager 4 zur Aufnahme einer Achse des Motor-Rotors auf. An den einander diametral gegenüberliegenden Seiten des Lagers 4 sind Bürsten festgelegt, von denen eine mit 6 veranschaulicht ist und die an den Kollektor des Rotors angreifen. Die Bürsten 6 sind in die Bürstenhalter bildenden Manschetten β angeordnet, und radial auf den Rotor zu durch auf Zapfen 12 gelagerte Federn 1o vorgespannt, die durch in den Manschetten Ö ausgebildete Schlitze 14 (Fig. 3) verlaufen. Erhabene Anschläge 16 für die Federn 10 können einstückig mit den Manschetten β ausgebildet werden, wie dies auf der rechten Seite der Fig. 1 dargestellt ist, oder einzeln, wie auf der linken Seite dargestellt.

Die auf der rechten Seite der Fig. 1 gezeigte Bürstenhalter-Anordnung ist aus zwei Metallteilen gebildet, von denen der untere im allgemeinen die Form einer Platte mit einem gebogenen Anschluß 1B aufweist und von denen der obere im allgemeinen die Form einer Platte mit einer nach oben abragend U-förmigen Aufwölbung versehen ist, die einen Teil der Manschette θ definiert. Diese Teile werden durch einen Niet 20 in Vorderseite-an-Vorderseite-Uerührung am Körper 2 gehalten, wodurch ein ständiger leitender Kontakt zwishen dem Anschluß 1Θ und der rechten Bürste gebildet wird.

Die linke Bürstenhalter-Anordnung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Sie weist einen oberen Teil 22 auf - wie Fig. 5 erkennen laut - der durch Abbiegen einer Platte gebildet wird, und umfaßt einen unteren Teil 24, der durch Abbiegen einer Platte gemäß Fig. 4 entsteht. Der obere Teil 22 weist einen Abschnitt eines umgekehrt U-förmigen Teils auf, der, wie bei der rechten Bürstenhalterung einen Teil der Manschette θ definiert, und ist mit einem nach oben abragenden Trägervorsprung 2ü versehen. Der untere Teil 24 weist einen nach unten abragenden Anschluß 2ti und einen nach ohen abragenden Vorsprung 30 auf, an

809824/0868

Oipl Ing Heini I t-ssur Dipl-Ing Otio Flügel. Patentanwälte D 8 München 81. Cosimastraße 81

-8-OTTtR CONTROLS LIMITED 2 7 5 A 9 3 9

dem ein erstes elektrisches Kontaktstück 32 festgelegt ist.

Am Trägervorsprung 26 ist eine auf Wärme reagierende Bimetall-Schnapp-Betätigungsvorrichtung 34 festgelegt, die im Einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Betätigungsvorrichtung ist derart gestaltet, wie sie im GB-Patent Nr. 53847/74 beschrieben und beansprucht ist, und weist eine schalenförmige Konfiguration sowie eine mittige Zunge 36 auf, deren freies Ende am Trägervorsprung 26 angeschweißt ist. An der Umfangsflache der Betätigungsvorrichtung, gegenüber dem freien Ende der Zunge, ist ein zweites elektrisches Kontaktstück 30 festgelegt, das zur Bildung eines Kontaktes an dem ersten elektrischen feststehenden Kontaktstück 32 angreift. Die Betätigungsvorrichtung 34 und die Kontakte 32, 38 bilden zusammen einen thermisch empfindlichen elektrischen Schalter, der zwischen Anschluß 28 und Bürstenhalter 8 elektrisch in Reihe geschaltet ist.

Die Teile 22 und 24 sind unter Zwischenfügung einer Isolierschicht 40 aneinander festgelegt. Die Isolierung 40 besteht aus nylonverstärktem Kunststoff und weist kopfseitig abgeplattete Säulenvorsprünge 42 auf,die sich durch in den Teilen 22 und 24 ausgebildete öffnungen hindurch erstrecken und diese Teile damit zusammenhalten. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, wird die Manschette 8 durch die Teile 22 und 24 mit abdeckender Isolierung 40 gebildet.

Die linke Bürstenhalter-Anordnung ist mit Hilfe eines öffnungen 46 und 48 im oberen bzw. unteren Teil durchgreifenden Nieten 44 am Körper 2 befestigt. Die öffnung 46 im unteren Teil 24 ist größer als die Öffnung 48 im oberen Teil 22, um zu verhindern, daß der IJiet 44 den unteren Teil 24 berührt.

Die Betätigungsvorrichtung 34 steht in guter thermischer Verbindung mit dem Bürstenhalter B, und zwar aufgrund der Wärmeleitfähigkeit entlang des Teils 22 über den Festlegevorsprung 26.

809824/0868

Di(il -liiij Menu I «sser Di(>l Inij OtIo Flügel. Palenlanwalte U U Miincheii BI Cosimastrüße 81

-9-QTTER COiUROLS LIMITED 2754939

Sollte nun der Elektromotor überlastet sein oder sollte sich eine Störung anderer Art einstellen, zum Beispiel in den Ankerwicklungen» wodurch eine Überhitzung des Motors verursacht wird, so wirkt der Bürstenhalter β als Wärmequelle. Der Bürstenhalter Ö nimmt in der Tat einen Großteil der Energie auf, die am Übergang zwischen Kohlebürste und Anker abgeleitet wird. Diese Hitze wird am oberen Teil 22 entlanggeleitet und erhitzt rasch die Betätigungsvorrichtung 34. Es erfolgt zugleich - aufgrund der Tatsache, daß überschüssiger Strom in den Motor fließt -eine Selbst-Erhitzung der Betätigungsvorrichtung 34 durch den sie durchfließenden Strom. Sobald die Betätigungsvorrichtung 34 ihre Betriebstemperatur erreicht hat, schnappt sie in eine gegensinnig schalenförmige Konfiguration um, wodurch sich das bewegliche zweite Kontaktstück 3Ü vom ortsfesten ersten Kontaktstück 32 löst und den Stromfluß zum Motor unterbricht) dadurch wird der Motor vor weiterem Schaden bewahrt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausfuhr,ngsbeispiel. bei welchem die Anschlüsse an Bolzen 50 vorgesehen sind. Eine Bürstenhalter-Anordnung weist wiederum obere und untere Teile und 24 auf, dia durch eine Isolierung 40 voneinander getrennt sind.

Der obere Teil 22 weist eine den Bürstenhalter definierende iianschette ΰ auf, die durch dreifaches Abkrüpfen eines entsprechend breit und lang ausgeformten Blechabschnittes des Teiles 22 gebildet ist. Die Betätigungsvorrichtung 34 ist am oberen Teil 22 angeschweißt, um auf diese Weise in guter wärmeleitender Verbindung mit dem Bürstenhalter θ zu stehen, und das an ihr festgelegte zweite Kontaktstück 3d ist derart angeordnet, daß es das erste Kontaktstück 32 berührt, das am unteren Teil festgelegt ist. Isolierrohre 52 sind durch in den Teilen 22 und 40 ausgerichtet angeordnete öffnungen geführt und umgeben Nieten 43, die die Anordnung zusammenhalten.

809824/0868

Pi[Il liiy Hein/ lessor Dipllnij Otto Finget. Patentanwälte D 8 München 81 CosimastiaHe 81

-10-UTTER CONTROLS LIMITEU 2754939

UiesöS Ausführungsbeispiel arbeitet auf die gleiche Weise wie das vorbeschriebene, es stellt jedoch einen größeren Schutz für die Üimetall-Betätigungsvorrichtung zur Verfügung.

Uie Fig. ö und 9 zeigen eine Anordnungnit einem PTC-Widerstand 56 als das auf Wärme reagierende Element. Eine federnde Unterlegscheibe 5Ü ist vorgesehen, um geeigneten üruck auf den Widerstand 56 auszuüben. Oberhalb und unterhalb dieses Paketes aus PTC-Widerstand und Unterlegscheibe sind die Teile 22 und 24 angeordnet, die die gleichen Bürstenhaltefunktionen und Anschlußfunktionen übernehmen, wie in den übrigen beiden Beispielen und deren Zwischenraum durch Isolierrührchen 52 definiert ist. Durch Anordnen der Feder-Unterlegscheibe 5Ü unter dem und nicht über dem Widerstand 56, wird die flache Manschettenbasis beibehalten, und der Widerstand 56 wird mit seiner in erster Linie die Wärme aufnehmenden Oberfläche 60 in guten thermischen Kontakt mit dem oberen Teil 22 gebracht.

Es ist ersichtlich, daß der PTC-Widerstand 56 zwischen Bürstenhalter ü und dessen zugehörigem Anschluß in Reihe geschaltet ist und auf diese Weise wirksam ist, den dem Motor zugeführten Strom zu begrenzen, wenn dessen Temperatur über einen Punkt hinaus ansteigt, ab welchem die Widerstandswert des PTC-Widerstands stark anwächst.

809824/0868

Claims

Dipl Ing Heinz Lesser. Dipl -!ng Otto Flügel. Patentanwälte D-8 München 81. Cosimastrafle 81 OTTER CONTROLS LIMITED Otters 1OIe Buxton, Derbyshire SK17 6LA England L 11.194/Fl/ost ANSPRÜCHE

1.J Uberhitzungsschutzvorrichtung für einen Motor mit einer "Bürstenhalterung und einer auf Wärme ansprechenden Stromsteuerungseinrichtung, welche bei Überhitzung des Motors die Stromzufuhr zu der Bürste begrenzt bzw. unterbricht, dadurch gekennzeichnet» daß die Stromsteuerungseinrichtung (32, 34, 38| 56) und die Bürstenhalterung (?*?. 24) eine Baueinheit bilden, bei welcher der Warme aufnehmende Teil (35i 60) der Stromsteuerungseinrichtung in thermisch direkter Verbindung mit einem die Bürste thermisch und elektrisch gut kontaktierenden Metallteil (22) der Bürstenhalterung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil (22) wenigstens einen Teil einer Manschette (6) zur Aufnahme der Bürste (6) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB die nur teilweise durch den Metallteil (22) gebildete Manschette (6) durch einen weiteren, gegen den ersten Metallteil und die Bürste beabstandet gehaltenen Metallteil (24) definiert ist, der einen Anschluß (2Θ) für den zuzuführenden Strom aufweist, und daß die Stromsteuerungseinrichtung (32, 34, 3Bi 56) derart angeordnet ist. daß sie den Stromfluß zwischen den beiden Metallteilen (22, 24) steuert.

809824/0868

C)ipl-In(| Heinz Lessei üipl-Ing OtIo Fliigel, Patenl.iiiwdllfe C)-H München 81. Cosimastiaße 81

~²~ 27S4939

OTTER CONTROLS LIMITED ' ^{H α J} ^

4. Vorrichtung nach einem dar vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuerungseinrichtung einen Widerstand (56) mit positivem Temparaturkoeffizienten aufweist, dessen Widerstandswert bei einem bestimmten Temperaturanstieg stark anwächst.

b. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (56) eine Platte umfaßt, die sandwichartig zwischen den beiden Metallteilen (22, 24) eingebettet ist, vorzugsweise unter Einlagern eines Federelementes (5Ö) zwischen der Platte und dem den Anschluß (28) aufweisenden Metallteil (24).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuerungseinrichtung einen Schalter und ein auf Wärme ansprechendes Bimetall-Schnapp-Betätigungselement (34,36) als Wärme aufnehmender Teil aufweist, welches das bewegliche Kontaktstück (3Q) des Schalters betätigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Metallteil (22) thermisch gut leitend festgelegte Betätigungselement an seinem der Befestigungsstelle unter Wärmeeinwirkung gegenüber beweglichen Bereich das bewegliche Kontaktstück (36) des Schalters trägt, dessen ortsfestes Kontaktstück (32) an dem den Anschluß (2Ü) aufweisenden Metallteil (24) gehalten ist, und daß zwischen den Metallteilen eine Isolierschicht 40 angeordnet ist.

80982*/0868