DE4411712A1 - Schutzeinrichtung gegen Wärmebelastung eines Elektrokleinmotors für hohe thermische Belastbarkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung gegen Wärmeüberlastung eines Elektro-Kleinmotors für hohe thermische Belastbarkeit, insbesondere ausgerüstet mit einem Stator aus Dauermagnetwerkstoff und einem eine elektrisch gespeiste Wicklung aufweisenden Rotor und eingesetzt als Kurzzeitläufer-Motor für Kraft­ fahrzeug-Ausrüstungsteile, die einen in den Motorspeisekreis eingeschalteten Unterbrecherkontakt aufweist, der durch ein Bimetallelement den Kontakt bei bestimmter Erwärmung - vorzugsweise schlagartig, z. B. nach Art einer Schnapp­ scheibe - öffnend betätigt ist, welches an einem ein- oder mehrteiligen Trag­ teil gehalten ist, wobei der Unterbrecherkontakt, das Bimetallelement und das Tragteil in elektrischer Reihenschaltung angeordnet sind sowie das Bimetall­ element und das Tragteil hinsichtlich des jeweiligen elektrischen Widerstandes und des jeweiligen Wärmespeichervermögens bestimmte Verhältnisse zueinander aufweisen und räumlich in etwa breitflächig paralleler überlappender Zuordnung zueinander angeordnet sind.

Elektrokleinmotoren der hier in Rede stehenden Art werden in großer Zahl für die verschiedensten Zusatzfunktionen in Kraftfahrzeugen eingebaut, so z. B. für das selbsttätige Anheben und Absenken von Fenstern, das Verstellen der Sitze, für Schiebedachverstellung, Verdeckantriebe, Antriebsmotoren für pneumatische und hydraulische Pumpen sowie Antennenantriebe. Diese als Gleichstrom-Dauer­ magnet-Motoren ausgebildeten Antriebe arbeiten mit einer Nenn-Betriebsspannung von 12 oder 24 Volt, ihnen ist normalerweise ein Getriebe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis nachgeschaltet. Obwohl sie zum Großteil nur für kurze Zeitspannen eingeschaltet sind, müssen sie während dieser Kurzzeiten erhebliche Leistungen erbringen. Da derartige Motoren in einer Normalbetriebsphase durch Blockierung des angetriebenen Gegenstandes innerhalb der vorgeschriebenen Weg­ strecke, durch zu häufiges Bedienen oder Falschbedienung der Einschalttaste mechanische Überlastung bis zum Stillstand erlangen, besteht die Gefahr einer Überhitzung des Motors, insbesondere dessen Rotorwicklung und dessen Kommutatorbürsten oder deren Bürstenführungen.

Für diese und ähnliche Einsatzzwecke derartiger Kleinmotoren besteht darüber hinaus die Forderung nach geringer Baugröße und kleinem Gewicht, weshalb die angeforderte Leistung nur bei einer Betriebsbelastung erbracht werden kann, die vorwiegend im Bereich zwischen P2 max. und der Kurzschluß- bzw. Still­ standsbelastung liegt, was vor allem für sogenannte Kurzzeitläufer-Motoren zutrifft. Weitere kritische Umstände für den Betrieb solcher Kleinmotoren in Kraftfahrzeugen besteht darin, daß Außentemperatur und Batteriespannung starken Abweichungen unterworfen sind. Anwendungstemperaturbereiche sind von -40°C bis +80°C und betriebsspannungsbereiche liegen zwischen 9 und 15 Volt bzw. zwischen 18 und 30 Volt. Zusätzlich müssen für den Blockierfall die Über­ deckungsverhältnisse Kohlebürsten zu Kollektorlamellen berückksichtigt werden, die z. B. bei einem typischen Fensterhebermotor mit 10nutigem Anker bei Über­ deckungsverhältnissen von 2 Lamellen einen Gesamtwiderstand von 0,479 Ohm er­ geben und bei 4 Lamellen Überdeckung einen Widerstandswert von 0,385 Ohm. Daraus ergibt sich bereits bei einer konstanten Betriebsspannung von z. B. 13 Volt und einer Umgebungstemperatur von +25°C, daß entsprechend den bei der Blockierung gegebenen Überdeckungsverhältnissen Anfangsblockierströme von 27,1 A bei 2 Lamellen und 33,7 A bei 4 Lamellen gegeben sind. Durch die parziell überbrückten Wicklungsteile bei 4 Lamellen Überdeckung ergeben sich auf Grund des niedrigeren Ankerwiderstandes und der geringeren im Stromkreis liegenden Massen höhere Temperaturänderungs-Geschwindigkeiten und daraus kürzere Zeitkonstanten.

Über den Verwendungstemperaturbereich von -40°C bis +80°C ergeben sich dann bei Betriebsspannungen von 13 Volt und durch die unterschiedlichen Über­ deckungsverhältnisse am Kollektor sowie die Widerstandsveränderungen über den Temperaturgradienten der Kupferwicklung Blockierströme von 36,7 bis 45,6 A bei einer Umgebungstemperatur von -40°C und von 27,1 bis 33,7 A bei einer Umgebungstemperatur von +25°C und von 22,7 bis 28,5 A bei einer Umgebungs­ temperatur von +80°C.

Für die Schutzeinrichtung ergeben sich dadurch im obigen Beispiel folgende Forderungen für den Blockierfall:
Bei Umgebungstemperatur +25°C: Ein Anfangsblockierstrom bei 13 V von 27,1 bis 33,7 A in einer Zeit von größer 4 Sek/kleiner 10 Sek. abzuschalten. Einen Anfangsblockierstrom bei 9 V von 18,3-23,4 A in einer Zeit kleiner 30 Sek. abzuschalten, d. h. innerhalb der Zeitkonstante des Motors bezogen auf den Betriebsfall bevor die zulässigen Grenztemperaturen der Wicklung bzw. der Kohlebürsten erreicht werden.

Bei -40°C Umgebungstemperatur muß ein Anfangsblockierstrom bei 15 V von 42,3 bis 52,6 A in Zeiten kleiner 12 Sek. abgeschaltet werden.

Bei 9 Volt muß ein Anfangsblockierstrom von 25,4 bis 31,6 A in Zeiten kleiner 45 Sek. abgeschaltet werden.

Bei +80°C Umgebungstemperatur muß ein Anfangsblockierstrom bei 15 V von 26,4 bis 32,4 A in Zeiten größer 2 Sek. abgeschaltet werden, um noch ausreichend lange Betriebszeit bei Schwergängigkeit der Fensterheber-Anlage zur Verfügung stellen zu können.

Die Schutzeinrichtung muß also im gesamten Umgebungstemperaturbereich und Betriebsspannungsbereich Ströme von 15,7 bis 52,6 A im Blockierfalle als Schaltströme beherrschen und gleichzeitig ausreichend lange Betriebszeiten im Schwerlastbetrieb nahe dem Kurzschlußmoment zur Verfügung stellen.

Vorstehende Umstände führen dazu, daß ein thermisch nicht geschützter Motor dieser Art im Kurzschlußbetrieb nur etwa 20-30 Sek. betrieben kann, ohne Schaden an der Wicklung oder sonstigen Bauteilen zu nehmen, da Wicklungs­ temperaturen von z. B. größer 300°C oder Kohlebürsten-Temperaturen von größer 200°C zur Zerstörung führen. Mit herkömmlichen Schutzeinrichtungen nach dem bekannten Prinzip von Thermoschaltern lassen sich die Kurzschluß-Betriebszeiten vergrößern, jedoch kann der gesamte Betriebstemperaturbereich und der gesamte Betriebsspannungsbereich nur unzureichend abgedeckt werden. Es müssen hier Kompromisse eingegangen werden hinsichtlich der zulässigen Betriebszeit im Schwerlastbetrieb bei +80°C oder bei der Absicherung des Blockierfalles bei der tiefsten Umgebungstemperatur von -40°C und Unterspannungen von 9-11 V. Es werden vorwiegend Kompromisse gewählt, die über eine höhere thermische Empfindlichkeit und höhere Stromempfindlichkeit sehr kurze Betriebszeiten im Schwerlastbetrieb bei den hohen Umgebungstemperaturen zulassen, um eine Kurzschlußfestigkeit im tiefen Umgebungstemperaturbereich bei -40°C und Unter­ spannung sicherzustellen. Die Motoren sind dann im Regelfall hinsichtlich ihres nutzbaren Momentes bei Raumtemperatur und erhöhten Umgebungstemperaturen eingeschränkt verwendbar (overprotected).

Bekannte Schutzeinrichtungen, die einer Überhitzung bei Fehlbetrieb oder bei mechanisch behindertem Betrieb entgegenwirken, arbeiten mit temperatur- und stromabhängigen Schaltgliedern, hier vor allem Bimetallelementen (hier auch für Trimetalle etc. zu lesen), die auf Grund von in Parallelanordnung miteinan­ der verbundener Metallschichten unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Erwärmung eine Formänderung annehmen, die im Rahmen dieser Schutzeinrich­ tung zur Betätigung eines Unterbrecherkontaktes ausgenutzt werden. Solche Bimetallelemente und deren Einsatzmöglichkeit im vorliegenden Falle sind bekannt. Solche Bimetalle reagieren auf jedwede Erwärmung, auf die Umgebungs­ temperatur (Außentemperatur) sowie auch auf die Eigenerwärmung auf Grund von Stromdurchfluß (sogenannte Stromwärme I² _R). Sie reagieren ebenfalls auf Umgebungstemperaturanstieg am Einbauort der Schutzeinrichtung durch Wärmeent­ wicklung der überlasteten Bauteile, die über die Zeitkonstante des Motors als Rückführwärme wirkt und die Haltezeiten verkürzt und die Pausezeiten ver­ längert bis ein thermischer Gleichgewichtszustand erreicht wird. Wärmezufuhr bzw. die Behinderung von Wärmeabfluß kann darüber hinaus durch wärmeleitend angeschlossene und/oder in wärmestrahlender Zuordnung angeordnete Bauteile erfolgen, die insoweit als Wärmespeicher dienen.

In einer ersten Vorstellung bekannter Art wird dem Bimetallelement durch wärmeleitende Verbindung mit einer Bürste bzw. deren dann metallischem Köcher Wärme zugeführt, deren Größenordnung der Betriebserwärmung der Ankerwicklung des Motors entspricht und die somit bei hoher Wärmebelastung des Motors, beispielsweise im Kurzschlußfall, dem Bimetallelement Wärme zuführt, wenn dessen vorhergehend in der Einschaltphase, insbesondere in der Phase der ge­ öffneten Kontakte nach gezieltem Einschalten des Motors, erzeugte Stromwärme absinkt, so daß ein schnelles Zurückkehren des Bimetallelementes in die Ein­ schaltstellung des Unterbrecherkontaktes und damit die erneute Strombe­ aufschlagung des Motors verzögert wird. Als Beispiel hierfür wird auf die DE-PS 28 11 503 verwiesen.

Weitere Vorstellungen schließen eine Wärmezufuhr von einem Wärmespeicher auf das Bimetallelement nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Wärmeleitung, sondern auch unter demjenigen der Wärmestrahlung bis hin zur Wärmeströmung ein. So arbeitet bspw. eine bekannte Schutzeinrichtung - EP 0 226 663 A1 - mit Abstandselementen aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), die im vorgenannten Sinne auf ein Bimetallelement einwirken sollen, zu dessen Breitfläche jedoch eher senkrecht verlaufen, so daß der Wärmestrahlungs­ einfluß eher als gering anzusehen ist. Im Rahmen der EP 0 104 809 B1 ist bspw. die Anordnung eines gewendelten Heizelementes bekannt geworden, das sich mehr oder weniger parallel zu einem Bimetallelement erstreckt und das - auch wegen der dortigen Erwähnung des Abstandseinflusses zwischen Heizelement und Bimetallelement - eine Erwärmung des Bimetallelementes in erster Linie durch Wärmestrahlung bewirken dürfte.

In der GB-PS 936801 ist erwähnt, daß ein zu einem Bimetallelement parallel verlaufender elektrischer Anschluß gezielt widerstandsbehaftet und damit wärmespeichernd ausgebildet ist und somit als Heizelement für das Bimetall­ element dient. Dies soll über einen verlängerten Abschnitt geschehen, der zumindest einen Teilbereich des Bimetallelementes übergreift und mit diesem in innigem Kontakt steht. Daraus läßt sich eher die Vorstellung eines Wärmetrans­ fers durch Wärmeleitung und weniger durch Wärmestrahlung entnehmen.

Zu den Bimetallelementen der hier in Rede stehenden Art wird auf die DE-OS 34 01 968 einschließlich der dort zum Stand der Technik gemachten Ausführungen und zu den auch hier relevanten Einsatzzwecken verwiesen.

Schutzeinrichtung der in Rede stehenden Art nach dem Stand der Technik zeigen die Tendenz, daß bei steigendem Schaltstrom die Ausschaltdauer (Pausezeit) nach der ersten Abschaltung (wärmeüberlastbedingte Beendigung der durch normales Einschalten begonnenen Einschalt- bzw. Haltezeit) in dem darauf folgenden Schaltzyklus bei andauernder Überlastung kürzer wird. Erst bei anhaltender Blockierung ergibt sich eine geringfügige Erhöhung der Pausezeiten, so daß zunächst, durch die Wicklungserwärmung verursacht, ein ansteigendes Verhältnis bei der Einschaltdauer (ED) erreicht wird. Die Einschalt- bzw. Haltezeiten nehmen zu, die Pausenzeiten bleiben in den Folgeschaltzyklen näherungsweise konstant und nehmen dann geringfügig zu, wenn eine Rückführung im Regelkreis durch Anstieg der Umgebungstemperatur an der Schutzeinrichtung erreicht wird. Damit wächst das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschalt­ dauer, so daß eine wachsende Erwärmung in der Wicklung bzw. in der Kohlebürste auftritt. Ein lang anhaltender Störfall, besonders unter Berücksichtigung der Extremsituationen, niedrigste Umgebungstemperatur von -40°C und geringste Be­ triebsspannung von z. B. 9 V, schließt somit eine schädigende Überhitzungsgefahr nicht aus, wobei nur zur Verdeutlichung darauf hingewiesen werden darf, daß geräuscharm arbeitende und billig herzustellende Kohlebürstenführungen aus Kunststoff, regelmäßig aus Polyamid, mit einer Wärmebelastbarkeit von ca. 200°C bestehen.

Durch Verwendung von Schutzeinrichtungen höherer Stromempfindlichkeiten kann die Gefahr für die thermische Überlastung verringert werden, jedoch ergeben sich dann Einschränkungen in der Nutzungsdauer der Motoren bei den höchsten Verwendungstemperaturen von +80°C und kurzzeitigen Überlastungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mittels einer Schutzeinrichtung der in Rede stehenden Art erreichbare Schutzwirkung durch Begrenzung der Bürsten- und Wicklungstemperaturanstiege auch bei lang anhaltendem störungsbe­ dingtem Überlastzustand des Motors zu verbessern und gleichzeitig die Nutzungsdauer der Motoren im gesamten Verwendungstemperaturbereich und Betriebsspannungsbereich für den nutzbaren kurzzeitigen Überlastzustand zu verbessern.

Ausgehend von einer Schutzeinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Bemessung der Verhältnisse der elektrischen Widerstandswerte und der Wärmespeichervermögen von Bimetall­ element und zu diesem als großflächiger Wärmestrahler ausgebildeten und ange­ ordneten Tragteil der Art, daß die auf eine erste durch normales Einschalten des Motors und der ersten Wärmeüberlastungsabschaltung bestimmte Haltezeit bei anhaltender Überlastung und konstantem Strom die folgenden Schaltzyklen eine zunehmend kürzer werdende Einschaltdauer ergeben. Bei Blockierung des Motors ergeben sich trotz des abfallenden Blockierstromes nahezu konstante Einschalt­ dauern bis die Rückführung durch Umgebungstemperaturanstieg am Einbauort der Schutzeinrichtung wirksam wird und ein thermischer Gleichgewichtszustand bei einer geringen Einschaltdauer (ED) erreicht wird.

Erfindungsgemäß sind die Verhältnisse der Wärmespeicherfähigkeit - die hier vorgesehenen Widerstandsmaterialien liegen im Bereich der spezifischen Wärme­ kapazität von 0,095 kcal/kg grd. und 0,114 kcal/kg grd. und bei Wichten von 8.600 kp/m³ bis 7.900 kp/m³, so daß die Massen zumindest annähernd im Verhält­ nis zu ihrer Wärmespeicherfähigkeit vergleichbar sind. Die Wahl des Verhält­ nisses des elektrischen Widerstandes und der Masse von Tragteil als Wärme­ speicher zu elektrischem Widerstand und Masse des Bimetalls sind entscheidend dafür, daß man in dem auf die erste Haltezeit (erstes Einschaltintervall) folgenden Schaltzyklen bei anhaltender Überlast zunehmend kürzer werdende Ein­ schaltdauern bis zum Erreichen des thermischen Gleichgewichtes erhält und das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer zunimmt. Dieses Verhalten führt insbesondere dazu, daß sich ein eingeschwungener Gleichgewichtszustand ohne Überschwingen der Bürsten und der Wicklungstemperaturen erreichen läßt und zwar vorzugsweise derart, daß nach der ersten, möglichst langen Haltezeit, die folgende Pausenzeit kleiner bis gleich 15 Sek. beträgt und die zweite Haltezeit nicht kleiner 0,7 Sek. liegt. Die Begrenzung der Ausschaltdauer in diesem Umfange empfiehlt sich, weil der Benutzer des Motors bzw. des damit an­ getriebenen Gegenstandes ansonsten zur Annahme eines echten Fehlers neigt.

Die Schalttemperaturdifferenz (Delta K) zwischen effektiv erreichter End­ temperatur des Bimetallschaltgliedes und der festliegenden Rückschalt­ temperatur des Schaltgliedes vergrößert sich gezielt mit zunehmender Strombe­ lastung durch die überlagerte Hysterese der thermischen Rückführung. Durch den gezielt bemessenen Wärmespeicher bzw. die vorerwähnten Verhältnisse von Wärmespeichervermögen und elektrischem Widerstand des Tragteiles als Wärme­ speicher einerseits und des Bimetallelementes erreicht man, daß mit ein und derselben Schutzeinrichtung eine große Bandbreite unterschiedlicher Empfind­ lichkeiten abgedeckt werden kann. Die erzielbaren Strom-/Zeit-Auslösekennlinien sind sehr steil und ergeben lange erste Haltezeiten bei hohem Strom und hoher Umgebungstemperatur sowie hohe Stromempfindlich­ keiten im Haltezeit-Bereich von 30 Sek., der für Kurzzeitmotoren mit großen Temperatur-Änderungsgeschwindigkeiten und damit gerin­ gen Zeitkonstanten sehr wichtig ist (z. B. bei Umgebungstemperatur -40°C und der unteren Grenzspannung von 9 V).

Eine derartige Schutzeinrichtung erfindungsgemäßer Art zeichnet sich insbe­ sondere dadurch aus, daß das Tragteil als flächiger Wärmestrahler im Wesent­ lichen flächenparallel und teilflächendeckend gering beabstandet zu wenigstens einer der beiden Breitflächen des Bimetallelements verlaufend angeordnet ist, daß das Verhältnis der Wärmespeichervermögen (Massen) von Tragteil zu Bimetallelement größer/gleich 1,5 : 1 bis 3,5 : 1 ist und daß das Verhältnis der elektrischen Widerstände von Tragteil zu Bimetallelement größer/gleich 4 : 1 bis 8 : 1 ist.

In weiterhin bevorzugter Ausführung bzw. Vorgehensweise wird das Tragteil als Wärmespeicher an die vorerwähnten Verhältnisse angepaßt ausgestaltet, und zwar durch gezielte Formgebung bestimmter Bereiche definierte Zonen zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes und des Wärmeleitvermögens. Zu diesem Zwecke kann insbesondere eine Zonenausformung durch eine oder mehrere Aussparungen in den Tragteil ausgebildet sein.

Das Tragteil kann ein- oder mehrteilig ausgebildet und sich benachbart an nur einer der Breitflächen des Bimetallelementes erstrecken, es kann aber auch zwischen entsprechenden Teilabschnitten das Bimetallelement beidseitig der Breitflächen zwischen sich aufnehmen.

In praktisch bevorzugter Ausführung ist das Bimetallelement als breitflächiges Schnappscheibenelement mit einer nach innen abragenden Wurzel zur Festlegung an einem aus der Ebene des Tragteiles ausgekröpften Befestigungsende versehen und mit einer von den von einer Anschlußfahne getragenen festen Kontaktteil nach außen abragenden Zunge ausgebildet, die den durch die wärmeabhängige Schnappbewegung des Bimetallelementes bewegten Kontaktteil trägt. Dabei weist das Tragteil einen die Wurzel und anschließende Bereiche des Bimetallelementes großflächig überdeckenden Steg und an dessen Endbereichen zwei gleichgerichtet abstrebende Schenkel auf, deren einer kürzer ausgebildet in das zum anderen Schenkelende hin gerichtet abgekröpft anschließende Befestigungsende mündet, während der andere Schenkel länger ausgebildet in eine Anschlußfahne übergeht. Die Schutzeinrichtung kann ein das Bimetallelement und das Tragteil einhüllen­ des Gehäuse aufweisen, das mittels eines die Einzelteile und Anschlüsse haltenden Sockels verschließbar ist.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbei­ spieles nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht;

Fig. 2 eine schematische Stirnansicht, von der den Anschlußfahnen ab­ gewandten Seite her und

Fig. 3 eine Draufsicht etwa senkrecht zur flächigen Erstreckung von Bimetallelement und Tragteil.

Die insgesamt mit 1 in den drei Darstellungen gezeigte beispielhafte Schutz­ einrichtung weist einen Sockel 2 auf, welcher sämtliche Bauteile der Schutzein­ richtung haltert und dem Aufstecken eines nicht gezeigten Gehäuses dient, das im aufgesteckten Zustand die Bauteile mit Ausnahme der aus dem Sockel aus­ tretenden Anschlußfahnen 4 und 5 einschließt.

Ein flächiges Tragteil 3 durchläuft den Sockel 2 und mündet nach außen in die Anschlußfahne 4, und eine weitere Anschlußfahne 5 durchläuft den Sockel 2 und trägt an einem zur anderen Fahne 4 hin abgewinkelten Endabschnitt den festen Kontaktteil 7 eines insgesamt mit 6 bezeichneten Unterbrecherkontaktes.

Ein beweglicher Kontaktteil 8 ist an einer nach außen auf den festen Kontakt­ teil 7 zu gerichteten Zunge 9 eines als Schnappscheibe ausgebildeten Bimetall­ elementes 10 befestigt, das seinerseits über einen ins Innere des Ringes ragenden Wurzelbereich 11 mit einem auf die Ringebene zu abgekröpften Befesti­ gungsende 12 des Tragteils 3 an diesem festgelegt ist, bspw. durch eine Punkt­ verschweißung oder dgl. dauerhafte Befestigung.

Das Tragteil 3 ist in seinem der Anschlußfahne 4 abgewandten Bereich mit einem Steg 15 versehen, der quer zur Längsrichtung der Anschlußfahnen 4 und 5 über die Breite des flächigen Bimetallelementes 10 dessen Breitfläche teilweise abdeckend geführt ist und an dessen beiden Enden rechtwinklig Schenkel abstehen, deren einer 13 auf die Anschlußfahne 5 zu gerichtet und dann rechtwinklig abgeknickt in das abgekröpfte Befestigungsende 12 mündet, während der andere Schenkel 14 geradlinig in die Anschlußfahne 4 übergeht. Der hier besonders interessierende Bereich des flächigen Tragteils 3, der verhältnismäßig eng benachbart dem Bimetallelement 10 zugeordnet und dieses teilflächig breitseitig überdeckend angeordnet ist, trägt in der Zeichnung hervorhebend eine Schraffur. Das Tragteil 3 bildet einen Wärmespeicher, zwischen dem und dem Bimetallelement ein Wärmeübergang vor allem durch Wärmestrahlung stattfindet.

Das Bimetallelement 10 ist hinsichtlich seiner Masse und seines elektrischen Widerstandes wesentlich weiter vorgegeben als das Tragteil, so daß dieses als Wärmespeicher hinsichtlich seines Wärmespeichervermögens bzw. seiner Masse und seines elektrischen Widerstandes an das Bimetallelement angepaßt werden kann, und zwar in einem Verhältnis von 1,5 : 1 bis 3,5 : 1 hinsichtlich Masse Trag­ teil als Wärmespeicher zu Masse Bimetallelement und im Verhältnis von 4 : 1 bis 8 : 1 hinsichtlich des elektrischen Widerstandes Tragteil zu elektrischem Widerstand Bimetallelement. Eine entsprechende Anpassungsmöglichkeit läßt sich durch Ausnehmungen und Aussparungen, wie im Steg 15 des Tragteils 3 bei 16 gezeigt, vornehmen. Die durch diese Ausnehmung 16 im Steg 15 gebildeten stabförmigen Zonen 17 und 18 bestimmen neben dem elektrischen Widerstand auch das Wärmeleitvermögen, so daß der Wärmeabfluß aus dem Tragteil 3 über das abgekröpfte Befestigungsende 12 in den Wurzelbereich 11 des Bimetallelementes 10 oder umgekehrt gerichtet ebenfalls beeinflußbar ist.

Zwischen den Anschlußfahnen 4 und 5, die in den Speisekreis der nicht darge­ stellten Motorwicklung eingeschaltet sind, liegen der Unterbrecherkontakt 6, das Bimetallelement 10 und das Tragteil 13 in einer elektrischen Reihenschal­ tung, so daß im Falle der Motorspeisung der Speisestrom die vorgenannten Teile der Schutzeinrichtung durchfließt, wobei die im vorstehenden Verhältnis gezielt elektrisch widerstandbehafteten Bauteile Bimetallelement 10 und Tragteil 3 sich erwärmen und wiederum im vorstehenden Verhältnis Wärme speichern. Bei Überlastung des Motors öffnet das Bimetallelement 10 durch seine wärmeabhängige Verformung den Unterbrecherkontakt 6 und unterbricht damit den Stromfluß durch die Motorwicklung und die Schutzeinrichtung. Die Wärmebeaufschlagung des Bimetallelementes wird durch die getroffene Wärme­ speicherung derart beeinflußt, daß bei vorausgegangener hoher Überlastung z. B. bei hoher Betriebsspannung und daraus resultierendem hohem Strom die nachfolgende erste Pausenzeit verlängert wird und daß die nachfolgenden Halte­ zeiten kürzer werden und die folgenden Pausezeiten trotz des abfallenden Stromes durch die Wicklungserwärmung etwa gleich bleiben, so daß die Einschalt­ dauer (ED) kürzer wird, ohne daß zunächst eine Rückführung von Motorwärme durch die Ankererwärmung benötigt wird. Mit zunehmender Motorerwärmung bei anhaltender Überlastung werden die Einschaltzeiten zunehmend kürzer und die Pausenzeiten länger bis ein thermischer Gleichgewichtszustand erreicht ist. Dieser Gleichgewichtszustand wird bei einer extrem niedrigen Einschaltdauer von typisch unter 5% erreicht, so daß die resultierenden Wicklungstemperaturen und Kohlebürstentemperaturen sehr niedrige Werte, z. B. typisch 150-180°C Wicklungstemperatur und 135-170°C Kohletemperatur, erreichen.

Claims (10)

1. Schutzeinrichtung (1) gegen Wärmeüberlastung eines Elektro- Kleinmotors für hohe thermische Belastbarkeit, insbesondere ausgerü­ stet mit einem Stator aus Dauermagnetwerkstoff und einem eine elek­ trisch gespeiste Wicklung aufweisenden Rotor und eingesetzt als Kurz­ zeitläufer-Motoren für Kraftfahrzeug-Ausrüstungsteile, die einen in den Motorspeisekreis eingeschalteten Unterbrecherkontakt (6) aufweist, der durch ein Bimetallelement (10) den Kontakt bei bestimmter Erwär­ mung - vorzugsweise schlagartig, z. B. nach Art eines Schnappringes - öffnend betätigt ist, welches an einem ein- oder mehrteiligen Tragteil (3) gehalten ist, wobei der Unterbrecherkontakt (6), das Bimetall­ element (10) und das Tragteil (3) in elektrischer Reihenschaltung angeord­ net sind sowie das Bimetallelement (10) und das Tragteil (3) hinsicht­ lich des jeweiligen elektrischen Widerstandes und des jeweiligen Wärme­ speichervermögens bestimmte Verhältnisse zueinander aufweisen und räumlich in etwa breitflächig paralleler überlappender Zuordnung zueinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Bemessung der Verhältnisse der elektrischen Widerstandswerte und der Wärmespeichervermögen von Bimetallelement (10) und zu diesem als großflächiger Wärmestrahler ausgebildeten und angeordneten Trag­ teil (3) derart, daß die auf eine erste durch normales Einschalten des Motors und der ersten Wärmeüberlastungsabschaltung bestimmte Halte­ zeit bei anhaltender Überlastung und konstantem Strom die folgenden Schaltzyklen eine zunehmend kürzer werdende Einschaltdauer ergeben und ein zunehmendes Verhältnis von Ausschaltdauer zu Einschaltdauer aufweisen.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei anhaltender Überlastung des Motors die an die Haltezeit an­ schließende Schaltzyklenfolge einen eingeschwungenen End­ erwärmungszustand ohne Überschwingen der Bürsten- und Wicklungs­ temperatur erreicht.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im eingeschwungenen Zustand die Einschaltdauer nicht kleiner als 0,7 Sek. und die Ausschaltdauer kleiner bis gleich 15 Sek. beträgt.

4. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tragteil (3) als flächiger Wärmestrahler im wesentlichen flä­ chenparallel und teilflächendeckend gering beabstandet zu wenigstens einer der beiden Breitflächen des Bimetallelementes (10) verlaufend an­ geordnet ist,
daß das Verhältnis der Wärmespeichervermögen (Massen) von Tragteil (3) zu Bimetallelement (10) größer/gleich 1,5 : 1 bis 3,5 : 1 ist und
daß das Verhältnis der elektrischen Widerstände von Tragteil (3) zu Bimetallelement (10) größer/gleich 4 : 1 bis 8 : 1 ist.

5. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (3) durch gezielte Formgebung bestimmter Bereiche definierte Zonen (17, 18) zur Bestimmung des elektrischen Widerstan­ des und des Wärmeleitvermögens des Tragteils (3) aufweist.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonenausformung durch eine oder mehrere Aussparungen (16) gebildet ist.

7. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (10) als breitflächiges Schnappringelement mit einer nach innen abragenden Wurzel (11) zur Festlegung an einem aus der Ebene des Tragteils (3) ausgekröpften Befestigungsende (12) und mit einer von den von einer Anschlußfahne (5) getragenen festen Kon­ taktteil (7) nach außen abragenden Zunge (9) ausgebildet ist, die den durch die wärmeabhängige Schnappbewegung des Bimetallelementes (10) bewegten Kontaktteil (8) trägt.

8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (3) einen die Wurzel (11) und anschließende Bereiche des Bimetallelementes (10) großflächig überdeckenden Steg (15) und an dessen Endbereichen zwei gleichgerichtet abstrebende Schenkel (13, 14) aufweist, deren einer (13) kürzer ausgebildet in das zum an­ deren Schenkelende (14) hin gerichtet abgekröpft anschließende Befe­ stigungsende (12) mündet, während der andere Schenkel (14) länger ausgebildet in eine Anschlußfahne (4) übergeht.

9. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Steg (15) des Tragteils (3) eine Aussparung (16) einge­ bracht ist.

10. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (4, 5) in einem Sockel (2) gehalten sind, auf den ein das Bimetallelement (10) und das Tragteil (3) umgreifendes Ge­ häuse aufsetzbar ist.