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E L E K T R 0 M 0 T 0 R
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Die Erfindung bstrifft einen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Anspruches 1.
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Eine häufige Schadensursache bei einem Elektromotor ist ein Kurzschluß
in einem Anker oder einer Feldwicklung, wodurch ein überhöhter 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.
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Heutzutage sind viele kleine Elektromotoren für die verschiedensten
Zusatzfunktionen in Kraftfahrzeugen eingebaut, so zum Beispiel für das automatische
Anheben und Absenken von Fsnstern, das Verstellen der Sitze, für die Scheibenwaschanlage
sowie für die Scheiben- und Scheinwerfer-Wischer. Derartige Motoren sind im allgemeinen
Gleichstrom-Dauermagnet-Motoren, die mit 12V oder 24V betrieben werden. Solchen
Motoren ist normalerweise ein Getriebe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis nachgeschaltet,
und sie müssen - obwohl sie nur für kurze Zeitspannen eingeschaltet sind - während
dieser Kurzzeiten eine erhebliche Leistung erbringen. Da derartige Motoren haufig
falsch bedient werden und dadurch abgedrosselt (mechanisch überbelastet) werden
können, besteht die Gefahr einer elektrischen Störung oder einer Überlastung, wodurch
ein Überhitzen des Motors verursacht wird.
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Solche Motoren werden bisher unter anderem durch einen auf Wärme ansprechenden
Schalter, ähnlich dem in der GB-PS 903,807 beschriebenen, geschützt, welcher an
der Außenseite des Motors festgelegt und in den Motor-Stromkreis derart eingeschaltet
ist, daß er den Stromkreis unterbricht, sobald eine thermisch empfindliche Schaltbetätigungseinrichtung
auf eine Überhitzung anspricht.
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Ein derartiger Schutz ist zwar grundsätzlich nützlich, er hat jedoch
einen Nachteil: aufgrund des schlechten Wärmeflusses zwischen Motor und Betätigungseinrichtung,
muß letztere hauptsächlich auf die Selbsterwärmungswirkung reagieren, die infolge
gesteigerten Stromflusses entsteht, um auf eine Überhitzung des Motors anzusprechen
(d.h. der Motor setzt aus oder wird überhitzt) . Weiterhin muß die Betätigungseinrichtung
innerhalb eines Schwankungsbereiches der Umgebungstemperatur von -4o 0C bis + 80
0C arbeiten. Dies verursacht Schwierigkeiten , den Motor einerseits bei niedrigen
Umgebungstemperaturen zu schützen, während er andererseits bei hohen Umgebungstemperaturen
sein volles Drehmoment abgeben können soll (mit entsprechend hoher Stromaufnahme)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit den Einrichtungen des
Oberbegriffes des Anspruches 1 zur Verfügung zu stellen, der auch in einem weiten
Umgebungstemperaturbereich betrieben und zugleich vor thermischer Überbelastung
zuverlässig geschützt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Hinzufügen der;
Merkmale des Anspruches 1 zu denjenigen des Oberbegriffes.
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Die Erfindung basiert auf dem Konzept des Festlegens einer thermo-sensiblen
Steuereinrichtung innerhalb eines Motors, in gut wärmeleitfähiger Verbindung mit
einem Motorteil, dessen Temperatur von dem Erhitzungszustand des Motors abhängt,
wobei
von diesem Motorteil zur Einrichtung geleitete Wärme erheblich
zur Erwärmung der Einrichtung bei Überhitzung des Motors beiträgt und der Beitrag
der Selbsterwärmung aufgrund des durch die; Einrichtung fließenden Stromes infolgedessen
geringer ist.
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Die erfindungsgemäß in einem Elektromotor vorgesehene, auf Wärme ansprechende
Stromsteuerungseinrichtung ist in einen Stromkreis mit den Motorwicklungen zu diesen
in Reihe und weist eine auf Wärme ansprechende Betätigungseinrichtung auf, die direkt
mit einem Elektroanschluß der Einrichtung verbunden ist, der wiederum direkt mit
einem Motorteil verbunden ist, der in den Motorstromkreis eingeschaltet ist, wobei
die Temperatur dieses Motorteils auf eine Überhitzung des Motors reagiert und zwischen
der Betätigungseinrichtung der Stromsteuerungs:inrichtung und dem Motorteil eine
gute und direkte Wärmeleitung besteht, so daß der Wärmefluß von diesem Motorteil
erheblich zur Erwärmung der Stromsteuerungseinrichtung bei Überhitzung des Motors
beiträgt.
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Da bei Überhitzung des Motors der Wärmefluß vom Motorteil in bedeutsamer
Weise zur Erwärmung der Stromsteuerungseinrichtung beiträgt, wird die Abhängigkeit
der Zuverlässigkeit dieser Einrichtung in bezug auf eine Betätigung bei Selbsterwärmung
durch hindurchfließenden elektrischen Strom verringert. Somit können die besonderen
Merkmale dieser Einrichtung denen des Motors derart angepaßt werden, daß letzterer
bei niedrigen Temperaturen vollkommen geschützt ist, während er unter normalen Betriebsbedingungen
beihohen Umgebungstemperaturen sein volles Drehmoment entwickeln kann und infolgedessen
ein hoher Strom durch die Wicklungen und die Stromsteuerungseinrichtung fließen
kann, ohne daß letztere betätigt wird.
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Der vorerwähnte Metorteil kann eine Dämpfungswicklung oder eine andere
Impedanz sein, die an den Ankerwicklungsstrom angeschlossen ist. Mit zunehmendem
Stromfluß in der Ankerwicklung und Überhitzung der Widlung erwärmt sich auch die
Impedanz
aufgrund des vermehrten, sie durchfließenden Stromes, und
Wärme wird zur Stromsteuerungseinrichtung geleitet, um den Stromfluß zu steuern.
Vorzugsweise kann die Einrichtung nahe der Impedanz angeordnet werden, um darüberhinaus
Strahlungs-und/oder Konvektionswärme aufzunehmen.
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In bevorzugter Ausführung ist der vorerwähnte Motorteil ein Metallteil,
der wenigstens Teil des Bürstenhalters bildet, vorzugsweise eine Manschette zum
Halten der Bürste oder ein elektrisch leitender Nebenschlußdraht , der die Bürste
mit der die Bürste haltenden Manschette elektrisch verbindet Da die Bürste eine
der Wärmequellen bei Überhitzung dantelltO spricht die Stromsteuerungseinrichtung
nicht nur auf vermehrten Stromfluß durch den Bürstenhalter, sondern auch auf an
der Bürste auftretende Wärme an, die thermisch über den Bürsten halter zu der Einrichtung
geleitet wird Die Stromsteuerungseinrichtung ist vorzugsweise selbsttätig rückstellbar,
die Einrichtung kann einen PTC-Widerstand (PTC positiver Temperaturkoeffizient)
als Betätigungseinrichtung aufweisen, dessen Widerstandswert ab einer bestimmten
Temperatur stark zunimmt.
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In alternativer Ausführung kann die Stromsteuerungseinrichtung ein
Schalter sein, ähnlich dem in der CB-PS 903,807 offenbarten, dh. ein Schalter mit
zwei Schalteranschlußteilen, die in einen Isolierblock eingebettet sind, wobei ein
Anschluß einen feststehenden Schaltkontakt und der andere einen Bimetallschalter-Schnappbetätigungsteil
aufnimmt.
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Die erfindungsgemäße Stromsteuerungseinricht'ung kann eine höhere
Betriebstemperatur aufweisen und auch einen niedrigeren elektrischen Widerstand
als die vorbeschriebene, in bekannter Weise angewandte Stromsteuerungseinrichtung
für den Schutz
ähnlicher Motoren, da sie im Betrieb nicht allein
auf Selbsterhitzung durch elektrischen Stromfluß angewiesen ist. So kann erfindungsgemäß
die Betriebstemperatur beispielsweise 1500C betragen, im Gegensatz zu 1250C bei
der bekannten Einrichtung.
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nies gestattet einen höheren Stromfluß durch die Einrichtung und auf
diese Weise ein höheres, vom Motor entwickeltes Drehmoment.
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Die Erfindung ermöglicht eine enge Anpassung der besonderen Merkmale
der Stromsteuerungseinrichtung an den Motor, um sicherzustellen, daß der Motor unter
allen Bedingungen in geeigneter Weise geschützt wird, während er unter allen Bedingungen
sein volles Drehmoment entfalten kann. Im Zusammenhang mit bekannten Stromsteuerungseinrichtungen
ist es vorgekommen, daß die Einrichtung bei Abstellen auf zufriedenstellenden Schutz
für den Bereich niedriger Umgebungstemperaturen im Bereich hoher Umgebungstemperaturen
den Strom zu den Wicklungen bereits bei einer niedrigen Wicklungstemperatur gesteuert
hat, und daher nur ein niedriges Drehmoment zur Verfügung gestellt werden konnte.
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Der Motor muß unter einer Vielzahl von unterschiedlichen Bedingungen
arbeiten, zunächst kann die Versorgungsspannung e-iner 12V-Batterie z.B. von 14V
bis 10V variieren. Die Umgebungstemperatur kann zwischen - 400C und + 80°C schwanken.
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Abhängig von der Art des im Motor verwendeten Isoliermaterials, können
die Motorwidlungen eine maximale Temperatur von 1ß00C und sogar bis 4000C aufweisen,
obwohl für solch hohe Temperaturen geeignetes Material verhältnismäßig teuer ist.
So kann das Kupfer in den Motorwicliungen einen Temperaturbereich von - 400C bis
+ 4000C aushalten. Ein derartiger Temperaturunterschied verursacht eine starke Veränderung
des Widerstandswertes des Kupfers in den Wicklungen, so verdoppelt sich beispielsweise
der Widerstandswert innerhalb einer Temperaturschwankung
zwischen
- 30°C und + 1800C.
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Diese Variablen der Betriebsspannung und der Umgebungstemperatur sowie
der Nebeneffekt der Veränderung des Widerstandswertes des Kupfers, wodurch wechselnde
Ströme für jede Spannung auftreten, machen es schwer, die Stromsteuerungseinrichtung
an die Charakteristika des Motors anzupassen.
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Da ein in einem Kraftfahrzeug angeordneter Elektromotor üblicherweise
ohne den Einsatz von Werkzeugen nicht zugänglich ish werden in der Praxis selbsttätig
rückstellfähige Stromsteuerungs; einrichtung eingesetzt, so daß nach Abkühlen der
Einrichtung der Motor wieder anläuft.
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Eine selbsttätig rückstellfähige Stromsteuerungseinrichtung kann schneller
abkühlen-als die Motorwicklungen, insbesondere dort, wo die Einrichtung durch die
Umgebungstemperatur beeinflußit wird. Bei - 400C kühlt die Einrichtung rasch ab
und stellt sich ebenso rasch zurück, wodurch es möglich wird, daß die Temperatur
in den Wicklungen weiter ansteigt. Es ergibt sich dadurch ein Regelvorgang, der
sich nach einigen Schaltwechselspielen dahin einpendeln muß, daß vor dem Hintergrund
der Einschalt- und damit Aufheizzeit und der Ausschalt- und Abkühlzeit die Wicklung
unterhalb der zulässigen Maximaltemperatur bleibt.
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Mit dem Trand zu kleinen Motoren in Kraftfahrzeugen mit 24V-Batterien,
ist es notwendig, die Aggregate bereits bei entsprechend geringen Motorströmen zu
schützen. Da die in der Strom steuerungseinrichtung erzeugte Wärme proportional
dem Quadrat des Stromwertes ist, muß bei diesen Motoren mit geringem Betriebsstrom
die Empfindlichkeit der Einrichtung erhöht und deren Wärmespeichervermögen auf ein
Minimum reduziert werden, damit eine dem durch sie hindurchfließenden Strom gegenüber
ausreichende Empfindlichkeit erreicht wird. Eine Verringerung
des
Wärmespeichervermögens der Einrichtung trägt zwar zur Stromempfindlichkeit bei,
beschleunigt aber andererseits in unangenehmer Weise eine schnelle Abkühlung.
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Die Stromsteuerungseinrichtung soll möglichst intensiv durch die Temperaturbedingungen
innerhalb des Motors beeinflußt werden, um bestmöglichen Schutz durch engen Kontakt
zu den thermischen Motorverhältnissen zu erreichen. Würde die Strom-Steuereinrichtung
weit abliegen, die thermischen Motorverhältnisse also nicht aufnehmen, so würde
die Einrichtung nur auf die Auswertung des Durchgangsstromes angewiesen sein. Da
der Motorstrom bei einer Änderung der Umgebungstemperatur von -300C bis + 1800C
in den Motorwicklungen halbiert wird, vermindert sich die Stromerwärmung in der
Einrichtung auf ein Viertel.
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Die Einrichtung könnte danach bei niedriger Umgebungstemperatur und
hohem Überlaststrom, wenn auch mit rascher Rückstellung Rückstellung arbeiten; bei
Erwärmung des Motors fiele aber der Strom ab, so daß die Einrichtung nicht arbeiten
könnte, wenn die Wicklungen den Gefahrenpunkt erreichen.
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Erfindungsgemäß wird bei der Anordnung der Stromsteuereinrichtung
innerhalb eines Motors in thermischer Verbindung mit einem Teil des Motors, vorzugsweise
einem Teil der Bürstenhalterung, die dort auftretende Wärme in die Stromsteuerungseinrichtung
geleitet.
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Weiterhin wird die Wärmespeicherfähigkeit der Stromsteuerungseinrichtung
durch diejenige des Bürstenhalters erhöht. Die Metallteile im Bürstenhalter sind
elektrisch nicht kritisch, und daher sind die Teile im Hinblick auf Größe und Material
derart gestaltet, daß sie den Charakteristika der Stromsteuerungseinrichtung genügen.
Die Bürste selbst kann im Hinblick auf Größe und Widerstandswert verändert werden,
um die Stromsteuerungseinrichtung zu ergänzen.
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Da die Stromsteuerungseinrichtung innerhalb des Motors und in guter
thermischer Verbindung mit einem Motorteil angeordnet ist, befindet sie sich in
viel engerem thermalen Kontakt mit dem größten Teil des Motors, insbesondere den
Motorwicklungen. Dies ist von Bedeutung bei der Verlangsamung des vorbeschriebenen
thermalen, zyklusartigen Ablaufes, da der Motor als Wärmereservoir wirkt und dem
Abkühlen der Stromsteuerungseinrichtung mit dessen geringer Wärmemasse entgegenwirkt.
Ein derartiges thermisches " Zyklieren " verursacht ein Anhalten und Anlaufen des
Motors, und wenn dies zu r-asch erfolgt, kann das mit dem Motor verbundene Getriebe
beschädigt werden.
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In bevorzugter Ausführung werden die Stromsteuerungseinrichtung und
der vorerwähnte Motorteil derart angeordnet» daß sie der Kühlwirkung des durch den
umlaufenden Anker entstehenden Luftstromes ausgesetzt sind. Dies bewirkt eine Verlangsarl,..ng
des Tem peraturanstiegs der Stromsteuerungseinrichtung» wodurch es dem Motor ermöglicht
wird, bei hohen Umgebungstemperaturen ein höheres Drehmoment zu entwickeln, bevor
die Einrichtung zu arbeiten beginnt. Darüberhinaus wird auch die Geschwindigkeit
des sich wiederholenden thermalen Ablaufes der Stromsteuerungseinrichtung herabgemindert.
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Da es erfindungsgemäß möglich ist, die besonderen Merkmale der Stromsteuerungseinrichtung
denjenigen des Motors verhältnismäßig eng anzupassen, ist es auch möglich» weniger
teueren Draht für die Motorwicklungen zu verwenden, da diese lJicAungen keinen gefährlicilen
Temperaturen ausgesetzt werden, und es können darüberhinaus billigere und weniger
starke Getriebe eingesetzt werden, da diese nicht so häufigem Anhalten und Anlaufen
unterzogen werden.
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Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
im Zusammenhang mit den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen,
auf die besonderer Bezug genommen
wird und deren nachfolgende Beschreibung
die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: -Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Dauermagnet-Gleichstrommotor
für einen Rückfensterwischer, mit einer Stromsteuerungseinrichtung, die mit einem
im Motor angeordneten Bürstenhalter verbunden ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine
Stromsteuerungseinrichtung, die mit einem an einem Rahmenteil eines Scheibenwischer-Motors
festgelegten Bürstenhalter verbunden ist; Fig. 3 und 4 Draufsichten auf ein Rahmenteil
für einen Scheibenwischer-Motor mit festgelegten Bürstenhaltern, wobei eine Stromsteuerungseinrichtung
auf unterschiedliche Weise mit einem Bürstenhalter verbunden ist; Fig. 5 eine Draufsicht
auf eine mit einem Bürstenhalter eines Motors für eine Waschanlagenpumpe verbundene
Stromsteuerungseinrichtungl Fig. 6 eine Seitenansicht eines Festlegerahmens für
Bürsten eines Motors, wobei eine Stromsteuerungseinrichtung mit einer Dämpfungsspule
verbunden ist; Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Dämpfungsspulenanordnung an einem
Festlegerahmen für Bürsten eines Motors, wobei eine Stromsteuerungseinrichtung mit
einer Spule verbunden ist;
Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Stromsteuerungseinrichtung,
die mit einer Dämpfungswicllung verbunden ist, welche an einem Festlegerahmen für
Bürsten eines Elektromotors gehalten ist; Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Stromsteuerungseinrichtung,
die mit einer Oämpfungswicklung verbunden ist, welche am Festlegerahmen für Bürsten
eines Ventilatormotors angeordnet ist; FiL. 10 eine graphische Darstellung der Temperatur
der MotorwicZungen in Bezug auf die Zeit für verschiedene Anordnungen des Überhitzungsschutzes
bei Abdrosseln des Motors; Fig. 11 eine graphische Darstellung der Temperatur verschiedener
Motorteile bzw. -bereiche bei Überlastung in Abhängigkeit von der Zeit; Fig. 12
eine graphische Darstellung der Temperatur über der Zeit an verschiedenen Punkten
in einem Motor in Bezug auf zwei verschiedene Ausführungen des Überhitzungsschutzes'
und Fig. 13 eine Vergleichstabelle des erfindungsgemäß maximal erreichbaren Stromes
für den Motor nach Fig. 12 und einer Überhitzungsschutzanordnung gemäß dem Stand
der Technik.
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In Fig. 1 ist ein Motor dargestellt, der als Rückfensterwischer-Motor
eingesetzt wird. Dieser Motor weist einen Anker 2 auf, der von einem Dauermagneten
4 umfaßt ist. Zwei einander diametral gegenüberliegende Bürstenhalter 6 führen Bürsten
8, die den Kommutator 10 des Ankers berühren. Der Bürstenhalter 6 weist einen geformten
Kupferteil auf, an dessen einem Ende eine Manschette 12 angeordnet ist, die die
Bürste 8 umfaßt.
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Die Bürste 5 ist durch eine Feder 14 gegen den Kommutator 10 vorgespannt.
Der Bürstenhalter ist bei 16 zwischen zwei thermisch isolierenden Unterlegscheiben
18 festgelegt. Am anderen Ende des Bürstenhalters ist eine Stromsteuerungseinrichtung
in Form eines sich automatisch rückstellenden, auf Wärme reagierenden Bimetall-Schnappschalters
20 festgelegt. Der Schalter 20, der bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen
in Einsatz kommt, weist zwei elektrische Anschlußteiie 22, 24 auf, die in einem
Körper auf thermisch isolierendem Kunststoff 26 eingebettet sind, wobei ein Anschluß
24 einen auf Wärme ansprechenden Bimetall-Schnapp-Betätigungsteil 28 festlegt, wie
er in der GB-PS 657 434 beschrieben ist; dies ist ein im wesentlichen rechteckiges
Bimetallblech mit einer mittig angeordneten Zunge, die zwischen zwei äußeren Schenkeln
angeordnet ist, deren dem freien Ende der Zunge benachbarte Enden durch einen gesickten
Brücken- bzw. Stegteil verbunden sind. Das freie Ende der Zunge trägt einen beweglichen
elektrischen Kontakt, und der gesickte Brückenteil ist an den Anschlußteil 24 angeschweißt.
Der andere Schalter-Anschlußteil 22 trägt einen ortsfesten elektrischen Kontakt
(nicht gezeigt).
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Da eine gute und direkte Wärmeleitung zwischen dem Betätigungsteil
28 und dem Bürstenhalter 6 besteht, reagiert der Schalter auf an der Bürste auftretende
Wärme und auf bei Überhitzung durch den Schalter fließenden überhöhten Strom. Der
Schalter und der Bürstenhalter sind derart angeordnet, Ç ß sie einem kühlenden kühlenden
Luftstrom ausgesetzt sind, der entsteht, wenn der Anker umläuft, wodurch eine zwangsläufige
Kühlwirkung hervorgerufen wird. Wenn der Motor überhitzt wird und die Temperatur
des Schalters ausreichend hoch ansteigt, um den Motor abzuschalten, dient die Wärmemasse
des Motors, nahe dem der Schalter und der Bürstenhalter angeordnet sind, als Wärmereservoir
und verlangsamt so die Abkühlung, so daß der Schalter nach einem verhältnismäßig
langen Zeitraum wieder neu betätigbar ist.
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Fig. 10 gibt einen Anhalt für den Betrieb vorliegender Erfindung,
bei abgedrosseltem (nach überla-stetem) Motor. Ein Motor und ein Bürstenhalter gemäß
Fig. 1 und 2 wurden bei Zimmertemperatur (+200£) mit einer 13V-Versorgung getestet.
Die Temperatur der Motorwicklungen wurde in Intervallen für drei verschiedene Anordnungen
eines Überhitzungsschutzes bei Überlastungszustand gemessen. Der durch Linie 1 gezeigte
Zustand bezieht sich auf die Anordnung nach Fig. 1, bei welcher der Anschluß 24
des Schalters direkt am Bürstenhalter festgelegt ist. Linie 2 betrifft eine ähnliche
Anordnung, bei der jedoch der ortsfeste Anschlußkontakt 22 des elektrischen Schalters
direkt am Bürstenhalter festgelegt ist. Linie 3 bezieht sich auf einen Schalter,
der im Inneren des Motors angeordnet ist, jedoch nicht in unmittelbarem thermischen
Kontakt mit dem Bürstenhalter. Der eingesetzte Schalter-Betätigungsteil hatte eine
obere Grenzwerttemperatur (Stromkreisunterbrechung) von 1510C und eine untere Grenzwerttemperatur
(Wiedereinschalten des Stromkreises) von 1030C, d.h. ein Unterschied von 460C.
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Aus der Linie 1 ist ersichtlich, daß die erste Unterbrechung des Schalters
nach Einschalten des Motors bei 2000C erfolgte, und zwar nach 270 Sek., bei Überlastungszustand.
Der Motor kühlte dann 55 Sek. lang ab, bis eine Temperatur erreicht war, bei welcher
der Betätigungsteil automatisch zurückgestellt wurde und der Motor neu gestartet
wurde. Nach einer Reihe von Zyklen stabilisierte sich der Schalter in einem Zyklus
mit einem Unterbrechungszeitraum von 40 Sek, während dem der Motor eingeschaltet
ist und einem Wiederherstellungszeitraum von 160 SeK während welchem der Motor abgeschaltet
ist, das sind 18 Zyklen pro Stunde. Diese Größenordnung reicht aus, um das. mit
dem Motor verbundene Getriebe nicht zu beschädigen. Es ist ersichtlich, daß die
Temperatur des Motors zwischen etwa 1700C und 2300C hin und her pendelte.
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Wie aus Linie 2 hervorgeht - der Bürstenhalter ist mit dem Anschluß
22 verbunden - erfolgte die erste Unterbrechung nach 355 Sek.,bei 2200C. Daraufhin
kühlte der Motor 33 Sek. lang ab, bis die Wiedereinsetzungstemperatur des Betätigungsteils
bei einer Motortemperatur von 1900C erreicht war. Nach der StabiLisierung lief der
Motor mit 25 Schwingungen pro Stunde, und zwar mit einer Unterbrechungsdauer von
28 Sek. und einer Wiedereinsetzungsdauer von 115 Sek. Dies liegt klar unter der
aus Linie 1 ersichtlichen Anordnung.
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Aus Linie 3 geht hervor, daß die erste "Unterbrechung" bei 2060C nach
425 Sek. erfolgter der Motor kühlte dann über erden Zeitraum von 8 Sek. ab, bis
der Betätigungsteil zurückgestellt war. Nach seiner Stabilisierung arbeitete der
Motor abwechselnd mit einer Unterbrech-ungszeit von 12 Sek. und einer Wiedereinsetzungszeit
von 25 Sek., wodurch ein Zyklus von 97 Schwingungen pro Stunde auftrat. Dies liegt
deutlich unter den Linien 1 und 2.
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Fig. 11 ermittelt eine Angabe der Temperaturen, die bei über lastung
im Motor entstehen. Aus dieser Fig. geht hervor, daß die Temperatur des Bürstenhalters
in sehr enger Anlehnung an die Temperatur der Wicklungen ansteigt und daß bei einer
maximalen Wicklungstemperatur von 2500C die Temperatur des Bürstenhalters bei etwa
2000C liegt. Die Lufttemperatur ist weitaus niedriger, sie liegt bei etwa 1200C.
Daraus geht hervor, daß durch Verbinden der Stromsteuerungseinrichtung mit dem Bürstenhalter
die Finrichtung eine Temperatur aufweist, die näher an die eigentliche Temperatur
der Widmungen herankommt.
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Wenn die Einrichtung mit dem Bürstenhalter verbunden wird, Beeinflussen
die bei laufendem Motor vorhandene Kühl luft und die Speicherwärme des Motors die
Temperatur der Stromsteuerungseinrichtung, wodurch der zyklische thermische Ablauf
des Motors verlangsamt wird. Die Kühlluft setzt auch die Temperaturschwelle herauf,
bei der die Einrichtung zu arbeiten
beginnt. Diese Faktoren ermöglichen
einen viel besseren Schutz des Motors unter verschiedenen Bedingungen, die eintreten
können, wenn der Motor ein höheres Drehmoment abgeben soll als in bekannten Einrichtungen.
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In der graphischen Darstellung der Fig. 12 ist die Temperatur über
der Zeit angegeben, die an verschiedenen Punkten innerhalb eines überlasteten Motors
auftritt. Der getestete Motor war ein Scheibenwischer-Motor mit Wicklungen, die
einen Temperaturbereich von 240°C aufweisen. Die Darstellung veranschaulicht (Linien
"B") Kurven für den Motor mit erfindungsgemäß ausgebildeter Stromsteuerungseinrichtung
und Kurven (Linien "A") für den Einsatz einer Stromsteuerungseinrichtung nach dem
vorbeschriebenen Stand der Technik, d.h. diese Einrichtung ist nicht mit einem Teil
des Motors thermisch verbunden.
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Die eingesetzte Stromsteuerungseinrichtung ist ähnlich dem Schalter
gemäß Fig. 1 und hat eine Unterbrechungstemperatur von 151 1/20C sowie eine Wiedereinsetzungstemperatur
von 112 1/2°C, d.h. es besteht ein Unterschied von 39°C. Die Linien 1A und 1B zeigen
die Temperatur der Wicklungen für die beiden unterschiedlichen Anordnungen des Überhitzungsschutzes.
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Die maximal zuzugestehende Wicklungstemperatur liegt bei ungafähr
2400cm aus Linie 1A geht hervor, daß diese Temperatur bei Ausbildung der Stromsteuerungseinrichtung
in bekannter Weise ohne thermische Verbindung mit irgendeinem Teil des Motors tatsächlich
erreicht wird. Somit ist der Motor bei dieser Anordnung nicht gegen ein Überhitzen
geschützt. Bezüglich der Stromsteuerungseinrichtung, die thermisch mit dem Motor
verbunden angeordnet ist, zeigt die Linie 18, daß die Temperatur der Wicklung nach
220 Sek. auf etwa 2010C ansteigt, bei welchem Punkt die Stromsteuerungseinrichtung
betätigt wird.
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Daraufhin sinkt die Temperatur der Wicklung in etwa 60Sek. auf 1350C
ab. Bei diesem Punkt setzt der Betätigungsteil der
Stromsteuerungseinrichtung
wieder ein, und die Temperatur in den Wicklungen steigt in etwa 30 Sek. auf etwa
1000C.
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Nach einer Reihe von Zyklen stabilisiert sich der Schalter in einem
Zyklus mit einer Schwingungsfrequenz von 0,6 pro Minute.
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Die Linien 2A und 2D veranschaulichen die Temperatur des Bürstenhalters
für zwei unterschiedliche uberhitzungsschutzvorrichtungen. Es ist ersichtlich, daß
die Temperatur des Bürstenhalters eng derjenigen der Wicklungen jeder Überhitzungsschutzvorrichtung
folgt. Während des thermischen periodischen Betriebsverhaltens des Motors beträgt
die Temperatur des Bürsten halters etwa durchschnittlich 250C weniger als die Temperatur
der Wicklungen.
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Die Lufttemperatur innerhalb des Motorgehäuses ist durch die Linien
3A und 36 angegeben; die Temperatur während des thermischen Zyklus ist etwa 900C.
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Es wurde herausgefunden, daß es für den Schutz eines derartigen Motors
- insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen ( 300cm - mit der bekannten Anordnung
einer nicht thermisch mit dem Bürstenhalter verbundenen Stromsteuerungseinrichtung
notwendig ist, eine Stromsteuerungseinrichtung einzusetzen, die eine Schalterunterbrechungstemperatur
von 1300C hat, und mit einem Bimetall-Material hohen elektrischen Widerstandes versehen
ist, um eine ausreichende Selbsterwärmung im Betätigungsteil zu erzeugen. Eine derartige
Schutzvorrichtung arbeitet einer viel niedrigeren Motorwicklungs-Temperatur, und
zwar niedriger als 900C, und zwar bei normalen Umgebungstemperaturen von + 20°C
unter Abdrosselungsbedingungen.
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Dies heißt, daß der Motor nur ein wesentlich niedrigeres Drehmoment
erreichen konnte. Die Schwingungsfrequenz war stark angestiegen und lag bei etwa
drei Schwingungen pro Minute.
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Fig. 13 zeigt eine Tabelle, aus welcher die Verbesserung der Erfindung
gegenüber dem Stand der Technik hervorgeht. Im Hinblick auf den Motor gemäß Fig.
12, der mit einem 125°C-Schalter aus einem Material mit einem hohen elektrischen
Widerstand geschützt ist, welcher keine thermische Verbindung mit dem Bürstenhalter
hat, ist ersichtlich, daß der maximal durch die Wicklungen fließende Strom vor Betätigung
des Schalters von 82% des bei Drosselung auftretenden Stromes für niedrige Umgebungstemperaturen
bis zu 33% dieses Abbremsstromes für hohe Umgebungstemperaturen variiert. Bei einer
Einrichtung mit einer Betriebstemperatur von 1500C und aus einem Material mit niedrigerem
elektrischen Widerstand, die erfindungsgemäß mit einem Bürstenhalter verbunden ist,
liegt der Maximalstrom weit höher, und es geht aus der Tabelle hervor, daß bei hohen
Umgebungstemperaturen der Prozentsatz des Abbremsstromes 74% beträgt und bei niedrigen
Umgebungstemperaturen 147%.
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Das zweite Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt.
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Hier ist als Draufsicht ein Kunststoff-Festlegerahmen für einen Scheibenwischer-Motor
gezeigt. An dem Rahmen 30 sind drei Messing-Bürstenhalter 32 festgeelegt. Ein im
allgemeinen dem in Fig. 1 gezeigten Schalter ähnlicher Schalter 34 weist einen Anschluß
auf, an welchem der Schalter-Betätigungsteil 36 festgelegt ist, der direkt mit einem
Bürstenhalter 32 in Verbindung steht, um eine gute und direkte Wärmeleitung zwischem
dem Teil 36 und dem Bürstenhalter 32 zur Verfügung zu stellen.
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Bürsten 36 sind in Bürstenhaltern 32 angeordnet und durch Kupfer-Nebenschlußdrähte
40 - zum Beispiel in Form von verdrillten oder geflochtenen, gegebenenfalls umsponnenen
Kupferlitzen - zusätzlich mit den Bürstenhaltern elektrisch verbunden. Die Nebenschlußdrähte
40 bilden einen Teil der Bürstenhalter und sorgen für eie direkte Wärmeleitungsstrecke
zwischen Bürste und Schalter 34.
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Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist der Schalter-Betätigungsteil
nicht in einer Abdeckung umfaßt und ist in wirksamerer Weise der Kühlwirkung des
durch den umlaufenden Anker verursachten Luftstromes ausgesetzt.
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In der in Fig. 3 für einen Scheibenwischer-Motor gezeigten Anordnung
ist ein Kunststoffrahmen 41 vorgesehen. Ein Schalter 42, ähnlich dem der Fig. 1
und 2, ist am Bürstenhalter 44 durch einen elektrischen Leiter festgelegt, der einen
Kupferstreifen 46 mit einem Abschnitt 48 kleineren Querschnitts aufweist.
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Der Streifen 48 reagiert als Teil des Motors in einer Stromflußstrecke
aufgrund seiner Abmessungen auf ein Überhitzen des Motors durch entsprechend empfindliche
Änderung seiner Temperatur. Die Bürstenhalter 44 weisen Kunststoff-Seitenteile und
ein Messing-Oberteil 49 auf. Der Streifen 46 mit verringertem Querschnitt und der
Schalter sind derart angeordnet, daß sie der kühlenden Wirkung des Luftstromes,
der sich durch den umlaufenden Anker ergibt, ausgesetzt sind.
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Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist für einen Scheibenwischer-Motor
bestimmt und ist der in Fig. 3 dargestellten Anordnung sehr ähnlich. Bei dieser
Anordnung ist jedoch der Schalter 52 direkt am Messing-Oberteil 59 des am Rahmen
50 festgelegten Bürstenhalters 54 festgelegt und ist direkt mit dem Nebenschlußdraht
55 verbunden. Bei dieser Anordnung entsteht ein unmittElbarerer Wärmefluß von der
Bürste zum Schalter die Kühlwirkung des Luftstromes ist jedoch nicht so groß.
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In Fig. 5 ist ein Rahmen 60 gezeigt, an dem zwei längliche Messingstreifen
62 festgelegt sind, welche die Bürstenhalter bilden und an deren Enden Bürsten 64
vorgesehen sind. Die Anordnung ist für den Motor einer Waschanlagenpumpe bestimmt.
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Ein Schulter 66, ähnlich dem Schalt~r ~em~ß Fig. 1, weist
einen
Anschluß auf, mit dem der auf Wärme ansprechende Betätigungsteil verbunden ist,
der direkt an einem Ende eines Messing-Bürstenhalters 62 festgelegt ist; der andere
Anschluß des Schalters ist direkt mit einem Anschluß 68 des Motors verbunden.
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In Fig. 6 ist eine Anordnung veranschaulicht, bei welcher der Schalter
70 (ähnlich dem Schalter nach Fig. 1) seine Wärme von einer Dämpfungswidlung 72
abgeleitet erhält, die zwischen dem Schalter 70 und einer Bürste 74 in Reihe. geschaltet
ist. Der Anschluß des Schalters 70» mit welchem der Schalter-Betätigungsteil verbunden
ist, ist direkt an ein Ende der Wicklung 72 angeschlossen. Die Bürste 74 ist in
einem Kunststoff-Bürstenhalter 76 festgelegt und mit einem Anschluß 77 durch eine
Kupferlitze verbunden, wobei die Wicklung 72 ebenfalls mit dem Anschluß 77 verbunden
ist. Wenn der Anker läuft, verringert sich die Erwärmung der Spule 72 durch die
kühlenden Luftströme.
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Bei abgedrosseltem Motor wird jedoch die in der Spule 72 erzsugte
Wärme zum Anschluß des Schalters 70 geleitet, und es erfolgt zugleich eine Abstrahlung
und Konvektion von Wärme direkt zum Schalter, da letzterer nahe der Wicklung angeordnet
ist.
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Bei der in Fig. 7 für einen flachen Motor veranschaulichten 'Anordnung
weist ein Rahmen 80 für Bürsten 82 Kunststoff-Bürstenhalter 84 auf, von denen jeder
mit einem Messingeinsatz als Obsrteil versehen ist. Strom wird über Anschlüsse 87
durch Kupferlitzen 86 zu den Bürsten geleitet. An der Unterseite des Rahmens, gegenüber
den Bürstenhaltern sind zwei Dämpfungsspulen 88 vorgesehen, durch welche der Strom
zu den Bürsten geleitet wird. Die Spulen sind mit den Bürstenhalter-Anschlüs se
verbunden, und das andere Ende einer Spule ist an den Anschluß eines Schalters 89
(als Endansicht dargestellt und ähnlich dem Schalter der Fig. 1 ausgebildet) angeschlossen,
mit dem der auf Wärme ansprechende Betätigungsteil direkt verbunden ist.
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Bei dieser Anordnung leitet der Schalter seine Wärme hauptsächlich
von der in der Dämpfungswicklung erzeugten Wärme ab.
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Bei der in Fig. 8 gezeigten Anordnung sind an einem Kunststoffrahmen
90 Messingmanschetten 92 festgelegt,und ein Schalter 94 (ähnlich dem der Fig. 1)
ist zwischen einem Bürstenhalter 92 und einer Dämpfungswicklung 96, die über dem
Schalter 94 liegt, in Reihe geschaltet. Auf diese Weise wird vom Bürstenhalter und
auch von der Dämpfungswicklung 96 direkt Wärme zum SChalter 94 geleitet. Der Anschluß
98 des Betätigungsteiles des Schalters ist mit dem Bürstenhalter 4 verbunden.
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Bei der in Fig. 9 veranschaulichten Anordnung weist ein Kunststoffrahmen
100 für einen Ventilator-Kunststoff-Bürstenhalter 102 und Dämpfungsspulen 104 auf,
wobei ein Ende jeder Spule mit einem Anschluß 106 verbunden ist, von welchem eine
Kupferlitze 108 Strom zur Bürste leitet. Das andere Ende einer Spule 104 ist mit
einem Anschluß eines Schalters 110 (ähnlich dem Schalter nach Fig. 1) verbunden,
welcher derart angeordnet ist, daß er dem Luftstrom des umlaufenden Ankers 112 und
dem über dem Motor vorhandenen Luftstrom, der durch den vom Motor getriebenen Ventilator
erzeugt wird, ausgesetzt ist.
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Der andere Anschluß des Schalters, an welchem der Schalter-Betätigungsteil
festgelegt ist, ist direkt mit einem elektrischen Anschluß 114 verbunden. Der Anschluß
114 ist so bemessen, daß seine Temperatur einem Überhitzen des Motors gegenüber
empfindlich ist, um durch Erwärmung zur Betätigung des Schalters beizutragen.
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In allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Bimetall-Schnappschalter
durch eine PTC-Vorrichtung ersetzt werden.
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L e e r s e i t e