DE3742151C2 - Elektrogerät mit Überhitzungsschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrogerät mit einer eine Schaltung tragenden Leiterplatte.

Bei Elektrogeräten, insbesondere bei Elektromotoren besteht die ständige Gefahr, daß infolge eines Fehlers oder Schadens in der Ansteuerschaltung oder der Motor­ wicklung, oder auch durch eine zu große angetriebene Last, blockierende Lager o. ä. eine übermäßige Erwärmung des Motors aufgrund eines dadurch ausgelösten un­ zulässig hohen Stromes auftritt.

Diese Erwärmung kann dazu führen, daß die Motorumgebung, z. B. ein Gerät, in das der Motor eingebaut ist, Schaden erleidet. Darüber hinaus besteht die noch weitaus größere Gefahr, daß von der übermäßigen Motorerwärmung ein Gerätebrand mit entsprechenden Folgen ausgelöst werden kann. Es ist deshalb wichtig, daß eine temperaturabhängige Sicherungseinrichtung im Ansteuerstromkreis des Motors an­ geordnet ist, die bei überschreiten einer kritischen Temperatur den Stromkreis unter­ bricht.

Üblicherweise werden als Sicherungseinrichtungen in den Stromkreisen der Ansteu­ erschaltungen Schmelzsicherungen angeordnet, die bei Überschreiten einer kriti­ schen Temperatur schmelzen, wodurch eine Leitungsverbindung und damit der Stromkreis aufgetrennt wird.

Bei Schmelzsicherungen besteht jedoch immer eine Restunsicherheit, weil unter un­ günstigen Umständen die geschmolzenen Überreste eine Weiterleitung des Stromes, möglicherweise sogar unter Funken- oder Lichtbogenentwicklung, ermöglichen. Um dieses Risiko auszuschalten, werden teilweise Sicherungseinrichtungen verwendet, die aus einer unter Federspannung im Stromkreis eingebauten Kontaktbrücke beste­ hen. Übermäßige Erwärmung bewirkt, daß die Kontaktbrücke an einem Ende freige­ geben und unter der Wirkung der vorgespannten Feder aus der Leitungsverbindung herausgelöst wird. Die Wirksamkeit dieser Sicherungseinrichtung ist von der zuver­ lässigen Federfunktion abhängig, die unter Umständen durch die erhöhte Tempera­ tur beeinträchtigt sein kann. Bei infolge unzureichender Federfunktion nicht ausrei­ chend großer Luftstrecke in der Leitungsverbindung kann nämlich wiederum ein brandauslösender Lichtbogen entstehen. Aus der US PS 4,486,804 ist ein Elektroge­ rät der zuletzt genannten Art bekannt, wobei zusätzliche Teile im Schaltungsaufbau verwendet werden müssen, die einen unerwünschten Kostenfaktor darstellen. Außerdem ist ein zusätzlicher Montageaufwand erforderlich, denn die hier vorhande­ nen Bauelemente müssen mit einer besonderen Feder zusammen konstruiert sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrogerät der eingangs genannten Art bei einfacher Montage und mit einfachen Mitteln derart auszugestalten, daß eine Gefährdung der Umgebung durch übermäßige Erwärmung funktionssicher verhindert wird.

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

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß eine sichere Unterbre­ chung des Stromkreises bei Überschreiten einer kritischen Temperatur gewährleistet ist, weil das im Motor vorhandene Magnetfeld unter allen Umständen eine Entfer­ nung des ferromagnetische Eigenschaften oder Bestandteile aufweisenden Bauteils bewirkt. Die Lösung ist darüber hinaus ohne zusätzliche Kosten für den Schaltungs­ aufbau realisierbar, weil kein zusätzliches Bauteil benötigt wird. Weiterhin kann die Sicherungsmaßnahme bereits vom Gerätehersteller - unabhängüg 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 geätzten Leiterbahnen 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 (11)

1. Elektrogerät mit einer eine Schaltung tragenden Leiterplatte, bei dem ein permanentes Magnetfeld im Bereich dieser Leiterplatte präsent ist, wobei im Wirkungsbereich des Magnetfelds, vorzugsweise von permanent­ magnetischen Rotor- oder Statorteilen eines Elektromotors, auf der die­ sem zugewandten Seite der Leiterplatte (10) ein elektrisch leitfähiges Bauteil (13) angeordnet ist, das ferromagnetische Eigenschaften oder Bestandteile (15) aufweist und das mit seinen Anschlußkontakten durch ein oberhalb einer Grenztemperatur schmelzendes Bindemittel im Strom­ kreis der Ansteuerschaltung leitend befestigt ist.

2. Elektrogerät nach Anspruch 1, bei dem ein das permanente Magnetfeld erzeugender Elektromotor vor­ gesehen ist.

3. Elektrogerät nach Anspruch 2, bei dem das elektrisch leitfähige Bauteil (13) im Wirkungsbereich des permanentmagnetischen Rotors oder Stators liegt.

4. Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das elektrisch leitfähige Bauteil (13) ein sich bei unzulässig ho­ hem Strom über die Grenztemperatur hinaus erwärmendes Schaltungs­ element mit ferromagnetischen Eigenschaften oder Bestandteilen ist.

5. Elektrogerät nach Anspruch 4, bei dem die Anschlußkontakte des Schaltungselements (13) auf der Oberfläche der Leiterplatte (10) befestigt sind.

6. Elektrogerät nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Schaltungselement (13) mit einem Gehäuse oder Gehäuse­ bestandteilen aus ferromagnetischem Material versehen ist.

7. Elektrogerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem das Schaltungselement ein Widerstand (14) mit ferromagneti­ schen Eigenschaften oder Bestandteilen (15) ist.

8. Elektrogerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem das Schaltungselement (13) eine Diode mit ferromagnetischen Eigenschaften oder Bestandteilen ist.

9. Elektrogerät nach Anspruch 3, bei dem mindestens ein sich bei unzulässig hohem Strom erwärmendes Schaltungselement (19, 20) derart in unmittelbarer Nähe zu den Befesti­ gungspunkten (21, 22) des elektrisch leitfähigen, ferromagnetischen Bauteils (13) angeordnet ist, dass das Bindemittel durch die Wärmeab­ gabe des über die Grenztemperatur hinaus erwärmten mindestens einen Schaltungselementes (19, 20) schmelzbar ist.

10. Elektrogerät nach Anspruch 9, bei dem das elektrisch leitfähige Bauteil (13) eine ferromagnetische Drahtbrücke (23) ist.

11. Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zur leitenden Befestigung der Schaltungselemente der Motor-Ansteuerschaltung auf der Leiterplatte (10) dienende Lot Binde­ mittel zur Befestigung des Bauteils (13) ist.