DE3742151A1 - Elektrogeraet mit ueberhitzungsschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrogerät der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Bei Elektrogeräten, insbesondere bei Elektromotoren besteht die ständige Gefahr, daß infolge eines Fehlers oder Schadens in der Ansteuerschaltung, der Mo­ torwicklung, durch eine zu große angetriebene Last, blockieren­ de Lager o. ä. eine übermäßige Erwärmung des Motors aufgrund eines dadurch ausgelösten unzulässig hohen Stromes auftritt. Diese Erwärmung kann dazu führen, daß die Motorumgebung, z. B. ein Gerät, in das der Motor eingebaut ist, Schaden erleidet. Darüberhinaus besteht die noch weitaus größere Gefahr, daß von der übermäßigen Motorerwärmung ein Gerätebrand mit entsprechen­ den Folgen ausgelöst werden kann. Es ist deshalb wichtig, daß eine temperaturabhängige Sicherungseinrichtung im Ansteuer­ stromkreis des Motors angeordnet ist, die bei Überschreiten einer kritischen Temperatur den Stromkreis unterbricht.

Üblicherweise werden als Sicherungseinrichtungen in den Strom­ kreisen der Ansteuerschaltungen Schmelzsicherungen angeordnet, die bei Überschreiten einer kritischen Temperatur schmelzen, wodurch eine Leitungsverbindung und damit der Stromkreis auf­ getrennt wird. Bei Schmelzsicherungen besteht jedoch immer eine Restunsicherheit, weil unter ungünstigen Umständen die ge­ schmolzenen Überreste eine Weiterleitung des Stromes, möglicher­ weise sogar unter Funken- oder Lichtbogenentwicklung, ermög­ lichen. Um dieses Risiko auszuschalten, werden teilweise Siche­ rungseinrichtungen verwendet, die aus einer unter Federspannung im Stromkreis eingebauten Kontaktbrücke bestehen. Übermäßige Er­ wärmung bewirkt, daß die Kontaktbrücke an einem Ende freigege­ ben und unter der Wirkung der vorgespannten Feder aus der Lei­ tungsverbindung herausgelöst wird. Die Wirksamkeit dieser Sicherungseinrichtung ist von der zuverlässigen Federfunktion abhängig, die unter Umständen durch die erhöhte Temperatur be­ einträchtigt sein kann. Bei infolge unzureichender Federfunk­ tion nicht ausreichend großer Luftstrecke in der Leitungsver­ bindung kann nämlich wiederum ein brandauslösender Lichtbogen entstehen. Beiden bekannten Sicherungsmaßnahmen ist zudem der Nachteil gemeinsam, daß zusätzliche Teile im Schaltungsaufbau verwendet werden müssen, die einen unerwünschten Kostenfaktor darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrogerät der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln derart auszu­ gestalten, daß eine Gefährdung der Umgebung durch Über­ mäßige Erwärmung verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß eine sichere Unterbrechung des Stromkreises bei Überschreiten einer kritischen Temperatur gewährleistet ist, weil das im Motor vorhandene Magnetfeld unter allen Um­ ständen eine Entfernung des ferromagnetische Eigenschaften oder Bestandteile aufweisenden Bauteils bewirkt. Die Lösung ist darüberhinaus ohne zusätzliche Kosten für den Schaltungsaufbau realisierbar, weil kein zusätzliches Bauteil benötigt wird. Weiterhin kann die Sicherungsmaßnahme bereits vom Geräteherstel­ ler - unabhängig von einer externen Beschaltung - eingebaut werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Elektromotors,

Fig. 2 eine Einzelheit des Motors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Variante der Einzelheit gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine weitere Variante.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Elektrogerätes, beispielsweise eines Gleichstrom-Außen­ läufermotors, der einen Rotor 1 mit einem glockenförmigen Ge­ häuse 2 und darin angeordneten ringförmigen Permanentmagneten 3, 4 aufweist. Der Stator 5 des Motors besteht aus einem Flanschteil 6, mit dessen Hilfe eine Befestigung des Motors in einem Gerät möglich ist, einem mit dem Flanschteil 6 ver­ bundenen Nabenkörper 7, der das Blechpaket 8 des Stators trägt, sowie der auf dem Blechpaket angeordneten Motorwicklung 9. Außerdem ist auf dem Flanschteil 6 des Stators 5 in bekannter Weise eine Isolierstoff-Leiterplatte 10 befestigt, auf der nach Art einer gedruckten oder geätzten Leiterplatte Leiterbahnen angeordnet und mindestens einen Teil der Ansteuerschaltung des Motors bildende (nicht näher dargestellte) Schaltungselemente aufgelötet sind.

Im glockenförmigen Gehäuse 2 des Rotors 1 ist eine Motorwelle 11 - z. B. durch Preßsitz - befestigt, die durch den Naben­ körper 7 des Stators 5 hindurchführt, in diesem drehbar ge­ lagert ist und auf der Unterseite des Flanschteiles 6 für eine Abnahme der Drehbewegung des Rotors 1 hervortritt. Der nähere Aufbau von Rotor 1 und Stator 5 sowie deren Gestaltung sind für die Wirkungsweise der Erfindung nicht von Bedeutung, weshalb der besseren Klarheit wegen auf eine weitergehende Er­ läuterung verzichtet ist. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung nicht nur bei kollektorlosen Gleich­ strom-Außenläufermotoren sondern auch bei jeder anderen Art von Motoren anwendbar ist, sofern nur Rotor oder Stator per­ manentmagnetische Bauteile aufweisen.

Der Motor der Fig. 1 wird in bekannter Weise derart angesteuert, daß von der Wicklung 9 ein Magnetfeld erzeugt wird, welches mit den Permanentmagneten 3, 4 mit einer in Drehrichtung wirkenden Kraftkomponente zusammenwirkt. Die hierfür erforderliche Um­ schaltung des über eine Leitung 12 zugeführten Betriebsstromes auf die Wicklungsspulen des Stators 5 wird von den auf der Lei­ terplatte 10 angeordneten (nicht dargestellten) Schaltungsele­ menten bewirkt.

Auf der Leiterplatte 10 ist im Wirkungsbereich des Magnetfeldes der Permanentmagnete 3, 4 auf der den Permanentmagneten 3, 4 zugewandten Seite ein Bauteil 13 angeordnet, das entweder ferromagnetische Eigenschaften aufweist oder mit ferromagne­ tischen Bestandteilen versehen ist. Diese Bauteil liegt im An­ steuer-Stromkreis der Statorwicklung und stellt ein Bestandteil der Ansteuerschaltung dar. Das Bauteil 13 wird zweckmäßigerwei­ se in einem Leitungszug der Ansteuerschaltung angeordnet, der vom Wicklungsstrom unmittelbar durchflossen wird, damit ein Ansteigen des Wicklungsstromes sich auch direkt auf das Bauteil 13 auswirkt. Bei dem Bauteil 13 kann es sich beispielsweise um einen Widerstand 14 handeln, der mit ferromagnetischen Blech­ kappen 15 versehen ist (Fig. 2). Es kann aber auch ein Transis­ tor 16 mit ferromagnetischem Gehäuse (Fig. 3), eine Diode oder Zehner-Diode mit ferromagnetischen Bestandteilen oder jede andere Art elektrischer Bauteile sein, die sich bei erhöhtem Motorstrom stark erwärmt und ferromagnetische Bestandteile in einem solchen Umfang aufweist, daß sie vom Magnetfeld der Per­ manentmagnete 3, 4 angezogen werden.

Die Wirkungsweise ist folgende: Tritt infolge einer Überlastung des Motors, unzulässig hoher Lagerreibung oder anderer Ein­ flüsse eine starke Zunahme des Motorstromes ein, so werden sich die Motorwicklung 9, aber auch Bauelemente der Schaltungsan­ ordnung auf der Leiterplatte 10 erwärmen. Hierzu gehört auch das Bauteil 13. Bei Überschreiten eines kritischen Temperatur­ wertes wird infolge der Erwärmung des Bauteiles 13 das Lot, mit dem das Bauteil 13 auf der Leiterplatte 10 befestigt ist, erweichen, bis schließlich die anziehende Kraft des Magnet­ feldes der Permanentmagnete 3, 4 die Haltekraft des weich ge­ wordenen Lotes überwiegt. Das Bauteil 13 wird daraufhin von der Leiterplatte 10 "abgerissen" und von dem ihm gegenüberliegenden Permanentmagneten 3, 4 angezogen werden, so daß die Leitungs­ verbindung aufgetrennt und darüberhinaus ein großer Abstand zwischen der Leiterplatte 10 und dem Bauteil 13 dauerhaft her­ gestellt ist. Die Stromzufuhr zu der Wicklung 9 ist dadurch unterbrochen und die Gefahr eines weitergehenden Schadens durch die unzulässig hohe Erwärmung behoben.

Um ein zuverlässiges "Ablöten" des Bauteils 13 zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, wenn die Anschlußkontakte des Bauteils 13 - im Falle der Fig. 2 die Blechkappen 15 und im Falle der Fig. 3 die Anschlußdrähte 17 - nicht in Bohrungen der Leiterplatte 10 eingesetzt sondern lediglich auf die Oberfläche der gedruckten oder geätztenLeiterbahnen 18 aufgelötet sind. Da die Schmelz­ temperatur des Lotes in engen Grenzen liegt, kann somit eine recht zuverlässige Grenztemperatur eingehalten werden. Durch besonders präzise Lötverfahren läßt sich auch eine Toleranz kleinhalten. Daneben ist es im Sinne der Erfindung denkbar, andere Bindemittel zur leitenden Befestigung des Bauteils 13 zu verwenden, die eine niedrigere oder höhere Erweichungstempe­ ratur aufweisen.

Eine andere Variante ist in Fig. 4 dargestellt, gemäß der auf der Leiterplatte 10 im Motor-Ansteuerschaltkreis zwei normale - d. h. keine ferromagnetischen Bestandteile aufweisende - Widerstände 19, 20 aufgelötet sind. In die (möglichst körpernah an den Widerständen 19, 20 befindlichen) Lötpunkte 21, 22 zwischen den hintereinander geschalteten Widerständen 19, 20 ist eine ferromagnetische Drahtbrücke eingebettet. Eine die Grenztemperatur überschreitende Erwärmung des Motors bzw. der Widerstände 19, 20 hat auch hier zur Folge, daß die Lötpunkte 21, 22 erweichen. Die Drahtbrücke 23 wird daraufhin, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen das Bauteil 13, von den Permanentmagneten 3, 4 angezogen und damit aus den Löt­ punkten 21, 22 herausgelöst werden, so daß auch hier die Lei­ tungsverbindung aufgetrennt und die Stromzufuhr zu der Motor­ wicklung 9 unterbrochen ist.

Die beschriebene Leiterplatte 10 ist nicht auf eine ebene "Platte", wie sie üblicherweise Verwendung findet, beschränkt sondern sie kann unterschiedlichste und nichtebene Formen auf­ weisen. Ebenso ist die Erfindung nicht nur bei sogenannten gedruckten sondern bei auf verschiedenste Weise bestückten Leiterplatten anwendbar.

Claims (12)

1. Elektrogerät mit einer eine Schaltung tragende Leiterplatte, bei dem ein Magnetfeld im Bereich dieser Leiterplatte prä­ sent ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Wirkungsbereich des Magnetfelds auf der diesem zu­ gewandten Seite der Leiterplatte (10) ein elektrisch leit­ fähiges Bauteil (13) angeordnet ist, das ferromagnetische Eigenschaften oder Bestandteile (15) aufweist und das mit seinen Anschlußkontakten durch ein oberhalb einer Grenz­ temperatur schmelzendes Bindemittel im Stromkreis der An­ steuerschaltung leitend befestigt ist.

2. Elektrogerät nach Anspruch 1, bei dem ein das Magnetfeld erzeugender Elektromotor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Magnetfeld auf das elektrisch leitfähige Bauteil (13) wirkt.

3. Elektrogerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Bau­ teil (13) im Wirkungsbereich seines permanentmagnetischen Rotors oder Stators liegt.

4. Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als leitfähiges Bauteil (13) ein sich bei unzulässig hohem Strom über die Grenztempera­ tur hinaus erwärmendes Schaltungselement mit ferromagneti­ schen Eigenschaften oder Bestandteilen vorgesehen ist.

5. Elektrogerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte des Schal­ tungselements (13) auf der Oberfläche der Leiterplatte (10) befestigt sind.

6. Elektrogerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als elektrisch leitfähiges Bauteil ein Schaltungs­ element (13) mit einem Gehäuse oder Gehäusebestandteilen aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist.

7. Elektrogerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schaltungselement ein Widerstand (14) mit ferromagnetischen Eigenschaften oder Bestandteilen (15) vorgesehen ist.

8. Elektrogerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schaltungselement (13) eine Diode mit ferromagnetischen Eigenschaften oder Bestandteilen vorge­ sehen ist.

9. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein sich bei unzulässig hohem Strom erwärmen­ des Schaltungselement (19, 20) derart in unmittelbarer Nähe zu den Befestigungspunkten (21, 22) des elektrisch leitfähigen, im Stromkreis der Ansteuerschaltung liegen­ den ferromagnetischen Bauteils (13) angeordnet ist, daß das Bindemittel durch die Wärmeabgabe des über die Grenz­ temperatur hinaus erwärmten mindestens einen Schaltungs­ elementes (19, 20) schmelzbar ist.

10. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitfähiges Bauteil (13) eine ferromagne­ tische Drahtbrücke (23) vorgesehen ist.

11. Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das zur leitenden Befestigung der Schaltungselemente der Motor-Ansteuerschaltung auf der Leiterplatte (10) dienende Lot als Bindemittel zur Befesti­ gung des Bauteils (13) vorgesehen ist.

12. Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (13) in einem solchen Abstand von einem Magnetfeldträger (Rotor bzw. Stator 1, 5) angeordnet ist, daß der Stromkreis bei durch die magnetische Wirkung von der Leiterplatte (10) abge­ hobenem Bauteil (13) mit einem Sicherheitsabstand unter­ brochen ist.