DE60304809T2

DE60304809T2 - Festkörper-Motorschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE60304809T2
Application number: DE60304809T
Authority: DE
Inventors: Steven K. Sullivan; Kevin R. French
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Sensata Technologies Massachusetts Inc
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP2004201494A; US7038896B2; DE60304809D1; EP1429360A1; US20040114286A1; EP1429360B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Schutzvorrichtungen für Elektromotoren und insbesondere solche Schutzvorrichtungen, bei denen Festkörper-PTC-(positiver Temperaturkoeffizient des Widerstands)-Schutzelemente verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektromotoren verwenden eine Vielzahl von Schutzvorrichtungen, um eine Beeinträchtigung der Wicklungsisolation während schädlicher Bedingungen eines blockierten Läufers zu vermeiden. Permanentmagnetmotoren, die in der Automobilindustrie verwendet werden, verwenden an der Bürstenkarte montierte Bimetall- oder Polymer-PTC-Schutzvorrichtungen, welche in Reihe mit den Motorwicklungen geschaltet sind. Diese Anordnung fördert die Feststellung erhöhter Ströme bei blockiertem Läufer gegenüber normalen Betriebsströmen und einer zunehmenden Umgebungstemperatur innerhalb des Motorgehäuses. Die Kombination der internen I²r-Heizung und zunehmender Umgebungstemperaturen veranlasst die Schutzvorrichtungen, die elektrische Schaltung zu unterbrechen, wodurch die Wicklungstemperatur auf ein annehmbares Niveau begrenzt wird.
Ein Beispiel einer Polymer-PTC-Schutzvorrichtung aus dem Stand der Technik, die besonders für die Verwendung mit einer Anwendung bei einem Fensterhebemotor mit 14 Volt Gleichspannung angepasst ist, ist in 1 dargestellt, wobei ein dünner, beispielsweise etwa 0,010 Zoll dicker, Polymerchip 1 mit Metallfolien-Stromkollektoren 1a auf entgegengesetzten Stirnflächen sandwichförmig zwischen verhältnismäßig dicken, beispielsweise 0,031 Zoll dicken, Kupfer- oder Messinganschlüssen 2 angeordnet und mit diesen zusammengelötet ist, um die richtigen Auslösezeit-Antwortkurven zu erzeugen. Die dicken Anschlüsse werden verwendet, um Wärme von dem Polymer-PTC- Chip während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers abzuleiten, um anfängliche Auslösezeiten bei erhöhten Umgebungstemperaturen (Referenz 80°C) zu verlängern, um eine Fehlauslösung zu vermeiden. Die Stromempfindlichkeit des Chips ist so ausgelegt, dass sie mit der zunehmenden inneren Umgebungstemperatur des Motors während fester Bedingungen eines blockierten Läufers zusammenwirkt, um die Wicklungstemperatur unter 250–300°C zu halten. Die Auslösezeiten bei einer niedrigen Spannung, einer niedrigen Umgebungstemperatur und einer Niederstromkommutation betragen typischerweise mehrere Minuten, so dass die Erhöhung der inneren Umgebungstemperatur ausgenutzt wird, um den Polymer-PTC-Chip auszulösen.
Die Wicklungstemperatur von Motoren des vorgeschlagenen 42-V-Automobil-Betriebssystems kann infolge von Entwurfsmodifikationen, die für den Normalbetrieb bei 42 Volt Gleichspannung erforderlich sind, in 10 Sekunden um 300°C zunehmen. Daher können die Schutzvorrichtungen nicht die innere Umgebungstemperatur des Motors verwenden, um die Auslösewirkung wirksam zu steuern, weil die beschleunigte Erhöhung der Wicklungstemperatur bewirkt, dass die Wicklungsisolation vor der Erhöhung der Temperatur der an der Bürstenkarte montierten Motorschutzvorrichtung schmilzt.
Für die Verwendung mit 42-V-Motoren hergestellte Schutzvorrichtungen müssen mit Strompegeln fertig werden, die, verglichen mit 14-V-Systemen, um einen Faktor drei für Anwendungen mit ähnlicher Leistung verringert sind. Dies fördert die Erhöhung des Widerstands des Polymer-PTC-Chips um einen Faktor neun, um eine ähnliche I²r-Stromempfindlichkeit und/oder eine ähnliche Verringerung der Chipmasse zu erzeugen.
In Bezug auf Polymer-PTC-Lösungen führt, wie vorstehend angesprochen wurde, die Verringerung der Querschnittsfläche zum Erreichen von Widerstandsanforderungen wegen der erhöhten Temperaturanstiegsraten dazu, dass die Schutzvorrichtung während Überlastungsbedingungen neun Mal schneller auslöst. Dies führt auch zu Fehlauslöseproblemen während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers. Mehrere Motorhersteller spezifizieren die minimalen Auslösezeitanforderungen (d.h. 20 Sekunden) während Bedingungen eines transienten blockierten Läufers oder Bedingungen eines hohen Drehmoments, wodurch ermöglicht wird, dass Anwendungen, wie Fensterhebemotoren, das Glas für eine spezifische Zeitdauer oder eine spezifische Anzahl von Aufwärts- und Abwärtszyklen in die Dichtung treiben. Durch Erhöhen der Polymer-PTC-Dicke und Verringern der Querschnittsfläche um einen Faktor drei würden verringerte Temperaturanstiegsraten bereitgestellt werden und würde die Stromempfindlichkeit erhöht werden. Die Kosten wirksam austastender Polymer-PTC-Chips mit vorgeschlagenen Durchmesser-zu-Dicke-Verhältnissen würden jedoch bei der existierenden Herstellungstechnologie zu Schwierigkeiten führen. Zusätzlich sind die Verhältnisse zwischen dem Strom bei blockiertem Läufer und dem Strom bei laufendem Motor bei 42-V-Systemen größer, so dass eine weitere Verringerung der Temperaturanstiegsrate der Polymer-PTC-Chips erforderlich wäre, um Fehlauslösungen zu verhindern.
Eine andere Komplikation betrifft das Phänomen, das darin besteht, dass der Polymer-PTC-Chip eine Beeinträchtigung der Drehmomentleistung erfährt, wobei der PTC-Widerstand nach dem anfänglichen Schalt- und Rücksetzvorgang des PTC-Elements um etwa 40% zunimmt. Es wird postuliert, dass dies dadurch hervorgerufen wird, dass Kohlenstoffteilchen in dem Polymer keine 100%ige Neuausrichtung erreichen. Die Widerstandsverschiebung kann unmittelbar nach dem Entfernen der Versorgungsspannung sogar noch größer als 40% sein, wodurch eine größere Beeinträchtigung der transienten Motorfunktionsweise und Fehlauslösebedingungen hervorgerufen werden. Demgemäß müssen Sicherheitsanwendungen vorgenommen werden, wobei sich der Polymer-PTC-Chip in seinem Zustand geringeren spezifischen Widerstands befindet, wodurch das niedrigste Niveau der I²r-Heizung erzeugt wird, und es muss eine Fehlauslöseanalyse vorgenommen werden, wenn sich der Polymer-PTC-Chip in seinem Zustand höchsten spezifischen Widerstands befindet.
US-A-4 092 573 sieht ein Motorstart- und -schutzsystem vor. Ein PTC-Element wird zum Steuern einer Starterwicklung verwendet, und die Schutzfunktion wird durch einen Bimetallstreifen bereitgestellt.
US-A-4 467 310 sieht einen Schutz für Widerstände in Telefonsystemen vor Hochspannungen unter Verwendung eines PTC-Elements zum Steuern des Stromflusses in diesen Widerständen vor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Festkörper-Motorschutzvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Polymer-PTC-Chip als ein Schaltelement eingesetzt wird, das besonders nützlich ist in Zusammenhang mit einer Automobil-Betriebsspannung in der Größenordnung von 42 Volt Gleichspannung. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Motorschutzvorrichtung bereitzustellen, welche die vorstehend erwähnten Beschränkungen im Stand der Technik sowohl bei 14-Volt- als auch bei 42-Volt-Gleichspannungs-Anwendungen überwindet.
Gemäß der Erfindung beinhaltet eine Festkörper-Motorschutzvorrichtung einen Polymer-PTC-Chip in Reihe mit einem Festwiderstand, wodurch eine Vielzahl wünschenswerter Funktionsattribute zum Erreichen eines Schutzes bei blockiertem Läufer unter Bedingungen einer niedrigen Spannung, einer niedrigen Umgebungstemperatur und eines niedrigen Stroms erzeugt wird, während Fehlauslösungen während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers unter Bedingungen einer erhöhten Spannung, einer erhöhten Umgebungstemperatur und eines erhöhten Stroms verhindert werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind ein Festwiderstand und ein seriell geschalteter Polymer-PTC-Widerstand mit einem Federelement zwischen entgegengesetzten Anschlussplattenelementen, die an einen die Anschlusselemente trennenden Isolator gefalzt sind, gestapelt. Eine zweite Ausführungsform weist einen schalenförmigen Anschluss auf, dessen Seitenwand in einen einen Hohlraum bildenden Isolatorring eingeformt ist, wobei der Hohlraum einen Festwiderstand und einen seriell geschalteten Polymerwiderstand zusammen mit einer Feder aufnimmt. Der Hohlraum ist durch einen anderen schalenförmigen Anschluss geschlossen, der an den Isolatorring gefalzt ist. Eine dritte Ausführungsform beinhaltet einen plattenartigen Isolator, der mit einer Öffnung versehen ist, welche einen Polymer-PTC-Chip aufnimmt, und der mit lang gestreckten, spiralförmigen Anschlusselementen bzw. Festwiderstandselementen versehen ist, welche an entgegengesetzten Stirnflächen des Isolators aufgenommen sind und am Polymer-PTC-Chip angebracht sind. Eine andere Ausführungsform beinhaltet eine Vorrichtung, welche durch die Verwendung von Dioden zum Steuern des Stromflusses durch einen zusätzlichen PTC-Chip und einen zusätzlichen Festwiderstand innerhalb der Anordnung die Möglichkeit einer sofortigen Richtungsänderung bereitstellt, wenn die Steuerspannung umgekehrt wird. Eine weitere Ausführungsform beinhaltet einen Polymer-PTC-Chip, der sandwichförmig zwischen einem Paar von Festwiderständen angeordnet ist und mit drei Anschlüssen zur Verwendung als eine Schutzvorrichtung zum Schützen der Hauptwicklung und der Startwicklung eines einphasigen Motors während Bedingungen eines blockierten Läufers versehen ist. Eine weitere Ausführungsform beinhaltet einen Stapel in Reihe geschalteter PTC-Polymer-Chips, wobei der durch den gesamten Stapel fließende Strom einen Chip ansteuert, so dass er schaltet, wobei die restlichen Chips als Festwiderstände mit einem linearen TCR-Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands innerhalb des Umgebungstemperaturbereichs der Anwendung funktionieren.
Wie vorstehend erwähnt wurde, verwenden existierende Anwendungen Polymer-PTC-Chips zum Erfassen von Stromüberlastungsbedingungen durch interne I²r-Heizung und blockieren die maximale Versorgungsspannung, wenn der spezifische Widerstand des PTC-Materials um mehrere Größenordnungen zunimmt. Die Schaltung bleibt aufgesperrt, bis die Versorgungsspannung fortgenommen wird, wodurch ermöglicht wird, dass der PTC-Chip abkühlt und in den Zustand geringen Widerstands übergeht.
Gemäß der Erfindung werden die beiden Funktionen der Stromerfassung und der Spannungsblockierung getrennt, wodurch ein zusätzlicher Freiheitsgrad zum Einstellen der Form der Kurve des Stromverhaltens bereitgestellt wird, was für die Anwendung vorteilhaft ist. Die PTC-Komponente ist dafür ausgelegt, die maximale Versorgungsspannung zu blockieren, während maximale adiabatische Auslösezeiten bei extremen Stromüberlastungen bereitgestellt werden, und der Festwiderstand wird verwendet, um das schließliche Auslösezeitverhalten und das anfängliche Auslösezeitverhalten zu definieren, indem die Polymer-PTC-Komponente durch Leitungs- und Konvektionswärmeübertragung von außen erwärmt wird.
Durch das Entfernen des Widerstands von der PTC-Komponente und das Verringern seiner "Temperaturanstiegsrate" wird die anfängliche Auslösezeit bei extremen prozentualen Überlastungen verlängert, wodurch Fehlauslöseoperationen während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers reduziert werden. Für sich allein führt diese Aktion zu einem Stromempfindlichkeitsverlust bei niedrigen Strompegeln, wodurch die sichere Funktionsweise bei blockiertem Läufer bei Bedingungen einer minimalen Umgebungstemperatur, einer minimalen Spannung und eines minimalen Stroms beeinträchtigt werden würde. Gemäß der Erfindung wird der Festwiderstand hinzugefügt, um das geeignete schließliche Auslöseverhalten zu erzeugen, um normale Betriebsstrompegel zu ermöglichen und um die Kurve des Stromverhaltens bei mittleren prozentualen Überlastungsbedingungen einzustellen, welche für eine Sicherheit bei blockiertem Läufer unter Bedingungen einer extremen Spannung, einer extremen Umgebungstemperatur und einer Kommutation erforderlich sind.
Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Verfahren der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt werden und teilweise anhand der Beschreibung offensichtlich sein. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch die Instrumente, Kombinationen und Verfahren, die in den anliegenden Ansprüchen ausgeführt sind, verwirklicht und erreicht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die anliegende Zeichnung, die in die Beschreibung aufgenommen ist und einen Teil davon bildet, zeigt bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Aufgaben, Vorteile und Grundgedanken der Erfindung zu erklären. Es zeigen:
1 eine Vorderansicht einer gemäß dem Stand der Technik hergestellten Polymer-PTC-Motorschutzvorrichtung, die besonders nützlich mit einem 14-Volt-Gleichspannungsmotor ist,
2 eine Vorderansicht einer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellten Schutzvorrichtung,
3 eine perspektivische Einzelteilansicht der Schutzvorrichtung aus 2,
4 eine Schnittansicht von vorne einer gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung hergestellten Schutzvorrichtung,
5 eine perspektivische Einzelteilansicht der Schutzvorrichtung aus 4,
6 eine perspektivische Ansicht einer gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung hergestellten Schutzvorrichtung,
7 eine perspektivische Einzelteilansicht der Schutzvorrichtung aus 6,
8 eine Graphik der anfänglichen Auslösezeit in Abhängigkeit vom angelegten Strom für Polymer-PTC-Schutzvorrichtungen aus dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung hergestellte Schutzvorrichtungen,
9 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in einem Motorumkehrsystem verwendet wird,
10 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die zum Schützen der Start- und der Hauptwicklung eines einphasigen Motors verwendet wird,
11 eine Vorderansicht einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung mit einem Stapel von Polymer-PTC-Chips,
12 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform mit einer Mehrfachlaminat-Polymer-PTC-Schutzvorrichtung mit gemeinsam verwendeten Stromkollektoren und
12a einen vergrößerten Abschnitt von 12.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die 2 und 3 sei bemerkt, dass eine Motorschutzvorrichtung 10, die in Zusammenhang mit Hochspannungs-Automobilsystemen (beispielsweise mit 42 Volt Gleichspannung), die gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt sind, besonders nützlich ist, einen Polymer-PTC-Chip 12 aufweist, der an seinen entgegengesetzten Stirnflächen Metallfolien-Stromkollektoren (nicht dargestellt) aufweist, die elektrisch in Reihe mit einem Festwiderstand 14 geschaltet sind, an dessen entgegengesetzten Stirnflächen sich Kontaktflächen 14a befinden. Eine im Wesentlichen rechteckige Seitenwand, die aus elektrisch isolierendem Material in der Art eines thermoplastischen Polymers besteht, dient als ein Isolator 16, der die obere Anschlussplatte 18 und die untere Anschlussplatte 20 trennt, welche aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material, wie nickelzinkbeschichtetem Stahl, gebildet sind. Der PTC-Chip 12, der Festwiderstand 14 und eine elektrisch leitende Feder 22 aus Stahl, Berylliumkupfer oder einem anderen geeigneten Material sind durch den Isolator ausgerichtet und zwischen den Anschlüssen gestapelt, welche, beispielsweise durch Quetschen der Seitenwände 18a, 20a, wobei Abschnitte der Seitenwände in entsprechende Ausnehmungen 16a mit Halteleisten 16b auf der Anschlussseite der jeweiligen Ausnehmungen an entgegengesetzten Seiten des Isolators gebogen werden, am Isolator 16 befestigt sind. Die Anschlüsse 18, 20 sind mit Anschlussstreifen 18b bzw. 20b zur Verbindung in einer Schaltung, die einen zu schützenden Motor mit Energie versorgt, versehen. Die Feder 22 erzeugt ausreichend Kraft, um den Komponentenstapel zusammenzuhalten und ausreichend elektrischen Kontakt bereitzustellen.
Falls gewünscht, könnte die Feder aus einem oder beiden Anschlüssen, beispielsweise durch Stanzen eines Federstreifens und Formen von diesem zur internen Komponente, d.h. zum PTC-Chip 12 und zum Festwiderstand 14 hin, gebildet sein.
Verschiedene Nennwerte können innerhalb derselben Gehäuseeinhüllenden bereitgestellt werden, indem der Volumenwiderstand des Festwiderstands 14 und des PTC-Chips 12 modifiziert wird und Material vom Polymer-PTC-Chip 12 entfernt wird, beispielsweise indem die Konfiguration von einer quadratischen zu einer kreisförmigen Form geändert wird oder indem Löcher in verschiedenen Formen innerhalb des PTC-Chips 12 ausgenommen werden. Zusätzlich kann die Anordnung der Teile durch Anordnen der Feder 22 zwischen dem Festwiderstand 14 und dem PTC-Chip 12 geändert werden, um die Wärmeübertragungsrate und die entsprechende Auslösezeit zu modifizieren.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in den 4 und 5 dargestellt. Eine Motorschutzvorrichtung 30 ist besonders nützlich für Automobilanwendungen, bei denen kleine Motoren verwendet werden, wie beispielsweise Motoren, die für Türschlösser verwendet werden. Die Motorschutzvorrichtung 30 ist von einem Knopfzellentyp und weist ein spritzgegossenes Element 32 mit einem Anschlussabschnitt 32a und einem im Wesentlichen ringförmigen Isolatorabschnitt 32b auf, welcher dem Gehäuse und einer externen elektrischen Verbindungsfläche strukturelle Integrität verleiht. Ein im Wesentlichen zylindrischer Festwiderstand 34, der mit einer geeigneten elektrischen Kontaktfläche 34a dargestellt ist, im Allgemeinen ein zylindrisches Polymer-PTC-Widerstandselement 36, mit Stromkollektoren an entgegengesetzten Stirnflächen, die jedoch im Interesse der Klarheit der Darstellung nicht getrennt dargestellt sind, und ein geeignetes elektrisch leitendes Federelement 38 sind in dem Hohlraum aufgenommen, der im spritzgegossenen Element 32 gebildet ist. Ein zusätzlicher schalenförmiger Anschluss 40 ist über der Unteranordnung aufgenommen und durch Biegen des freien distalen Endes der Seitenwand 40a über die Bodenfläche des Umfangsflansches 32c an den Isolatorabschnitt 32b geklemmt, wodurch die Feder 38 vorgespannt ist, so dass die elektrische Schaltung vervollständigt wird und eine gleichmäßige Druckverteilung an beiden Stromkollektoren bereitgestellt wird, wodurch eine gleichmäßige mechanische Kompressionsspannung und eine gleichmäßige Stromdichte über das Profil gefördert werden. Der Anschlussabschnitt 32a ist vorzugsweise mit einem auswärts gerichteten, radial verlaufenden Flansch versehen, der im Flanschabschnitt 32c spritzgegossen ist, um strukturell mit dem geklemmten Anschlusselement 40 zusammenzuwirken, um die strukturelle Integrität der Motorschutzvorrichtung zu verbessern. Die Motorschutzvorrichtung 30 kann so hergestellt werden, dass sie einen Gesamtdurchmesser von lediglich 10 mm oder weniger aufweist, wenn sie bei Anwendungen eingesetzt werden soll, bei denen der verfügbare Raum stark begrenzt ist, oder bei denen eine Stromempfindlichkeit bei blockiertem Läufer unterhalb von 1 Ampere erforderlich ist.
Die Verwendung einer federvorbelasteten Grenzflächenkonstruktion, die eine gleichmäßige mechanische Kompressionsspannung fördert, ohne eine lokalisierte Verformung des Polymer-PTC-Materials hervorzurufen, minimiert thermische Gradienten und Spannungen innerhalb der Polymer-PTC-Matrix und hilft dabei, Auslösesprung-Widerstandsverschiebungen zu verringern.
Eine weitere Ausführungsform ist in den 6 und 7 dargestellt. Eine Motorschutzvorrichtung 50 gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet ein plattenartiges Gehäuseelement 52 aus einem elektrisch isolierenden Polymer mit einer zentralen das PTC-Element aufnehmenden Öffnung 52a. Das Gehäuseelement 52 ist mit einem erhöhten Rand 52b um seinen Umkreis versehen, welcher eine Öffnung 52c an jeder Stirnfläche zum Aufnehmen einer jeweiligen Kombination eines Anschlusses und von Festwiderstandselementen 54, 56 freilässt. Die Elemente 54, 56 bestehen aus einem ausgewählten Widerstandsmaterial mit einer geeigneten Konfiguration in der An der länglichen oder abgeflachten Spirale mit einem inneren distalen Endabschnitt 54a, 56a. Die Elemente 54, 56 sind am Gehäuseelement 52, beispielsweise durch Stapeln beabstandeter Abschnitte der Ränder 52b, befestigt, wobei die Kanten der jeweiligen Elemente 54, 56 zum Zusammenhalten des Komponentenstapels und die distalen Endabschnitte 54a, 56a an PTC-Stromkollektoren an den Stirnflächen des Polymer-PTC-Widerstands 58 stufenwiderstandsgeschweißt sind, welcher dafür konfiguriert ist, innerhalb der Öffnung 52a des Gehäuses 52 aufgenommen zu werden.
Zunehmende Umgebungstemperaturen, in denen die Schutzvorrichtungen verwendet werden, verschlimmern Fehlauslöseprobleme. Eine gemäß der Erfindung hergestellte Schutzvorrichtung weist jedoch, verglichen mit einer Schutzvorrichtung aus dem Stand der Technik, verbesserte anfängliche Auslösezeiten bei hohen Strömen auf, wie sich in der Graphik aus 8 zeigt. Die Graphik weist die Kurven a und b der anfänglichen Auslösezeit in Sekunden in Abhängigkeit vom angelegten Strom in Ampere bei 42 Volt in einer Umgebung von +80 °C auf. Die gemäß der Erfindung hergestellte Schutzvorrichtung beinhaltet PTC1, ein kreisförmiges Polymer-PTC-Element mit einem Durchmesser von 0,500 Zoll, das in Reihe mit einem Festwiderstand R geschaltet und thermisch damit verbunden ist. Die Schutzvorrichtung aus dem Stand der Technik weist PTC2 auf, wobei es sich um ein Polymer-PTC-Element mit einem Durchmesser von 0,250 Zoll handelt. Die Kurve b der Schutzvorrichtung aus dem Stand der Technik spiegelt eine anfängliche Auslösezeit von 0,2 Sekunden bei 16 Ampere wider, während die Kurve a einer Schutzvorrichtung mit einem Polymer-PTC-Element und einem Festwiderstand, die in Reihe geschaltet sind, eine anfängliche Auslösezeit von 2,4 Sekunden bei 16 Ampere mit äquivalenten schließlichen Auslöseattributen widerspiegelt, um eine Sicherheit bei Vorhandensein eines blockierten Läufers bei Bedingungen einer niedrigen Spannung, einer niedrigen Umgebungstemperatur und eines niedrigen Stroms bereitzustellen. Die Kurve a, die die Schutzvorrichtung zeigt, stimmt mit einer typischen minimalen Auslösezeitspezifikation von 1,5 Sekunden überein, um Fehlauslösungen während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers zu verhindern. Ein Stromverhältnis von 6 : 1 zwischen einem blockierten Läufer und einem laufenden Betrieb ist typisch für 42-Volt-Gleichspannungs-Hochleistungs-Fensterhebe- und Scheibenwischeranwendungen, wodurch es noch wichtiger wird, die anfänglichen Auslösezeiten bei prozentual hohen Überlastungen zu verlängern, um Fehlauslösungen während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers zu verhindern.
Wie in der Graphik aus 8 dargestellt ist, haben sowohl die Schutzvorrichtung aus dem Stand der Technik als auch die gemäß der Erfindung hergestellte Schutzvorrichtung infolge entsprechender schließlicher Auslösewerte die gleiche Stromführungsfähigkeit während Bedingungen eines hohen Drehmoments, die PTC2-Schutzvorrichtung aus dem Stand der Technik ist jedoch während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers mit einer hohen prozentualen Überlastung, die der ein schnelleres Ansprechen aufweisenden Kurve verglichen mit der PTC1+R-Kurve einer gemäß der Erfindung hergestellten Schutzvorrichtung zugeordnet sind, erheblich anfälliger für Fehlauslösungen.
Weiterhin ermöglicht die Kombination aus dem zusammengesetzten Festwiderstand und dem Polymer-PTC-Chip eine beständigere schließliche Auslösefunktionsweise in Abhängigkeit von Umgebungstemperaturbedingungen, weil der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands (TCR) der Anordnung proportional zum Prozentsatz des zusammengesetzten Widerstands am Gesamtwert der zwei in der Anordnung verwendeten Widerstände abnimmt.
Überdies wird eine verbesserte Ausbeute bei der Herstellung solcher Schutzvorrichtungen erhalten, weil der Widerstand des festen Elements innerhalb von etwa +/–5% festgelegt werden kann, während der Polymer-PTC-Widerstand eine Toleranz von etwa +/–20% aufweist.
9 zeigt eine gemäß der Erfindung hergestellte Motorschutzvorrichtung 60, welche in einer Motorumkehrschaltung verwendet wird, welche beispielsweise bei Fensterhebemotoren nützlich ist, um während transienter Bedingungen eines blockierten Läufers die Möglichkeit einer sofortigen Richtungsumkehr zu erhalten, um beispielsweise eingefangene oder eingezwängte Körperteile zu befreien. Das Schaltungsdiagramm zeigt einen Motor M, der sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, eine Motorschutzvorrichtung 60 und einen Schalter 70a, 70b mit Umschaltkontakten und zwei Polen, der an eine Batterie angeschlossen ist.
Die Motorschutzvorrichtung 60 ist eine Vorrichtung mit zwei Anschlüssen, welche parallele Schaltungen aufweist, die jeweils einen Festwiderstand 62a bzw. 62b, einen Polymer-PTC-Widerstand 64a bzw. 64b, einen ersten Anschluss 60a, der zwischen die Festwiderstände 62a, 62b geschaltet ist, eine jeweilige Diode D1, D2, die an äußere Stromkollektoren oder Anschlussschichten 60b, 60c auf Polymer-PTC-Widerständen 64a, 64b angeschlossen sind, und einen zweiten Anschluss 60d, der mit zwei Dioden verbindet, aufweisen. Die Dioden in jeder Parallelschaltung sind entgegengesetzt geschaltet, um den Stromfluss durch die jeweiligen Festwiderstands- und Polymer-PTC-Widerstandspaare auf der Grundlage der in einem Schalter 66a, 66b mit Umschaltkontakten und zwei Polen erzeugten Versorgungsspannungspolarität zu steuern.
Während des Normalbetriebs befindet sich der Schalter 66a, 66b in der durch eine durchgezogene Linie dargestellten Position, in der die Diode D1 in Durchlassrichtung vorgespannt wird, wodurch ein Stromfluss durch die unteren kombinierten Widerstandskomponenten 62a, 64a bereitgestellt wird, wie in dem Diagramm dargestellt ist, und der Motor eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Durch Umkehren der Schalterposition, wie in den gestrichelten Linien dargestellt ist, wird die Diode D2 in Durchlassrichtung vorgespannt und ein Stromfluss durch die oberen kombinierten Widerstandskomponenten 62b, 64b bereitgestellt, wie in dem Diagramm dargestellt ist, und der Motor erzeugt eine Drehung im Uhrzeigersinn.
Während einer Bedingung eines blockierten Läufers wird die Diode D1 in der durch die durchgezogene Linie dargestellten Schalterposition in Durchlassrichtung vorgespannt und ermöglicht, dass der Strom bei blockiertem Läufer durch den Festwiderstand 62a, den PTC-Widerstand 64a des D1-Zweigs und die Motorwicklungen fließt. Der PTC-Widerstand 64a schaltet in seinen Zustand hoher Widerstände um, der durch I²r-Erwärmung im Festwiderstand 62a und im PTC-Widerstand 64a getrieben wird, wodurch der Strompegel um mehrere Größenordnungen verringert wird, wodurch sichere Temperaturen der Wicklungen bereitgestellt werden. Eine Schutzvorrichtung, die nur einen Zweig der Schaltung aufweist, könnte nicht mit "umgekehrter Polarität" erregt werden, um die Richtung des Motors umzukehren, bis die Spannung entfernt wurde und sich der PTC-Widerstand bis unter seine Schalttemperatur abkühlen konnte, was einige Sekunden oder sogar Minuten in Anspruch nehmen kann. Durch Umkehren der Schaltposition zu der durch die unterbrochene Linie dargestellten Position während der vorstehend erwähnten Bedingung eines blockierten Läufers wird die Diode D2 jedoch in Durchlassrichtung vorgespannt und sofort ein Stromfluss durch den Festwiderstand 62b und den PTC-Widerstand 64b im D2-Zweig ermöglicht, wodurch der Motor im Uhrzeigersinn dreht und ein Betrieb in Gegenrichtung hervorgerufen wird.
Die Paare aus dem Festwiderstand und dem PTC-Widerstand müssen sich in unmittelbarer Nähe befinden, d.h. thermisch eng miteinander gekoppelt sein, um eine Wärmeübertragung von geschalteten zu nicht geschalteten PTC-Widerstandskomponenten im Fall einer Bedingung eines blockierten Läufers in beiden Richtungen zu fördern. Die Anfangsbedingung eines blockierten Läufers erhöht die Wicklungstemperatur über die Umgebungstemperatur, wodurch dem zweiten PTC-Widerstand weniger Zeit für die Betätigung während einer momentanen Bedingung eines in Umkehrrichtung blockierten Läufers gelassen wird. Die enge thermische Kopplung verringert infolge der von den Festwiderständen und PTC-Widerständen der ersten Zweigschaltung übertragenen Wärme zusätzlich zu der in der zweiten Zweigschaltung erzeugten I²r-Erwärmung die anfängliche Auslösezeit des zweiten PTC-Widerstands während Bedingungen eines in Umkehrrichtung blockierten Läufers. Wenngleich Polymer-PTC-Widerstände 62a, 62b in dem mit dem Anschluss 60a verbundenen Zentrum des Widerstandsstapels dargestellt sind, kann diese Struktur durch Anordnen der Festwiderstände 64a, 64b in dem mit dem Anschluss 60a verbundenen Zentrum umgekehrt werden. Weiterhin kann die Verbindung der Dioden und des Anschlusses d umgekehrt werden, wobei der Anschluss 66a mit dem Motor verbunden ist.
10 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Schutzvorrichtung 70 einen einzigen PTC-Widerstand 72 aufweist, der elektrisch zwischen ein Paar von Festwiderständen 74, 74a geschaltet ist und sandwichförmig dazwischen angeordnet ist. Eine Anschlussleitung 70a, 70c ist mit der äußeren Stirnfläche der jeweiligen Festwiderstände 74, 74a verbunden, und ein dritter Anschluss 70b ist ein gemeinsamer Anschluss, der zwischen den PTC-Widerstand 72 und den Festwiderstand 74a geschaltet ist. Die Schutzvorrichtung 70 ist wie dargestellt mit einem einphasigen Motor verbunden, wobei die Anschlüsse 70a, 70b an die Hauptwicklung des Motors angeschlossen sind und die Anschlüsse 70a, 70c an die Startwicklung angeschlossen sind, um die Wicklungen während Bedingungen eines blockierten Läufers zu schützen. Die Werte der Widerstände 74, 74a werden nach Bedarf für eine spezifizierte Operation ausgewählt. Wenn der PTC-Widerstand 72 bei solchen Anwendungen verwendet wird, ist es bevorzugt, dass er aus Keramikmaterial besteht, um eine verbesserte Haltbarkeit im Fall langer Perioden (beispielsweise Wochen) von Bedingungen eines blockierten Läufers oder dergleichen und für eine Spannungsblockierfähigkeit bei typischen Bedingungen für Wechselstrommotoren bereitzustellen.
Eine weitere Ausführungsform ist in 11 dargestellt. Die gemäß dieser Ausführungsform hergestellte Motorschutzvorrichtung 80 beinhaltet einen seriell geschalteten Stapel von Polymer-PTC-Chips 82a, 82b, 82c und 82d. Bei dieser Anordnung dient ein PTC-Chip als die Spannungsblockiervorrichtung, während die restlichen als Festwiderstand-Heizkomponenten dienen. Der durch den gesamten Stapel von PTC-Chips hindurchfließende Strom steuert einen PTC-Chip so, dass er unter dem Einfluss von Grenzbedingungen und des Anfangswiderstands schaltet. Der geschaltete PTC-Chip verringert das Stromniveau um mehrere Größenordnungen, wodurch ermöglicht wird, dass sich die benachbarten PTC-Chips abkühlen. Die benachbarten PTC-Chips werden dann durch den geschalteten PTC-Chip erwärmt, wodurch die benachbarten PTC-Chips unter ihrer Schalttemperatur gehalten werden. Dadurch erfahren die benachbarten Chips nicht die Widerstandsverschiebungseigenschaften von typischerweise 40% geschalteter PTC-Polymermaterialien. Die nicht schaltenden PTC-Chips wirken wie Festwiderstände mit einem linearen TCR innerhalb des Umgebungstemperaturbereichs der Anwendung.
Polymer- und Kohlenstoff-Mischwiderstände können speziell für diesen Anwendungstyp ausgelegt werden, um den TCR-Wert über den Anwendungstemperaturbereich zu minimieren, weil die Materialsysteme nicht die exponentielle Widerstandserhöhung und Verlustleistung aushalten müssten, die mit schaltenden Polymer-PTC-Materialien verbunden sind. Die niedrigen TCR-Werte würden eine Widerstandsstabilität für ein optimales Motordrehmomentverhalten bereitstellen. Beispielsweise kann ein mit leitenden Teilchen gefülltes Hochtemperatur-Polymermaterial für eine TCR-Stabilität bis zur Schalttemperatur des benachbarten Polymer-PTC-Chipmaterials ausgelegt werden. Der pseudo-feste Polymerwiderstand mit einem niedrigen TCR-Wert erwärmt den PTC-Chip während Stromüberlastungen, um das gewünschte Auslösezeitverhalten zu erzeugen. Eine gemäß dieser Ausführungsform hergestellte Schutzvorrichtung, die mit einem 42-V-Fensterhebemotor verwendet wurde, verwendete vier rechteckige Polymer-PTC-Chips in Reihe (0,250 Zoll mal 0,750 Zoll), um den Motor während Bedingungen eines blockierten Läufers erfolgreich zu schützen und Fehlauslösungen bei Bedingungen einer erhöhten Umgebungstemperatur zu vermeiden.
Die 12 und 12a zeigen eine modifizierte Ausführungsform, bei der die Schutzvorrichtung 90 eine erste Polymer-PTC-Schicht 90a mit einer ersten ausgewählten Temperatur und Dicke aufweist, die sandwichförmig zwischen einer zweiten Polymer-PTC-Schicht 90b und einer dritten Polymer-PTC-Schicht 90c mit einer zweiten höheren Schalttemperatur und Dicke angeordnet ist. Stromkollektoren, wie Folien von nodularem nickelbeschichtetem Kupfer 90d, 90e werden mit Schichten 90a, 90b bzw. 90a, 90c gemeinsam verwendet, während getrennte Stromkollektoren 90f und 90g, welche in der gleichen Weise und aus dem gleichen Material bestehen können, wie die gemeinsam verwendeten Kollektoren, für die Außenfläche der Schichten 90b bzw. 90c bereitgestellt sind. Die Schutzvorrichtung 90 wird durch gemeinsames Laminieren der Schichten gebildet, um eine besonders kostengünstige Schutzvorrichtung herzustellen. Ein Beispiel einer nach 12 für eine Anwendung mit einer maximalen Gleichspannung von 30 Volt, einem maximalen Strom von 15 Ampere, einem spezifischen Widerstand von 0,75 Ohm·cm bei einer Umgebungstemperatur von 20°C und einem Widerstand von 0,183 Ohm +/– 0,037 Ohm bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C hergestellten Schutzvorrichtung ist eine Schutzvorrichtung 90, welche Maße von 9,30 mm mal 7,50 mm bei einer Höhe (Dicke) von 1,90 mm aufweist. Die zentrale Schaltschicht 90a besteht aus 0,30 mm dickem Polymer-PTC mit einer Schalttemperatur von 120°C und äußeren Schichten 90b, 90c, die jeweils aus 0,70 mm dickem 300-°C-Polymer-PTC mit einer höheren Schalttemperatur bestehen. Die Stromkollektoren sind nodulare (d.h. aufgeraute) nickelbeschichtete Kupferfolien mit einer Dicke von 0,05 mm. Es sei bemerkt, dass die Schutzvorrichtung aus 12, falls dies gewünscht sein sollte, so hergestellt werden könnte, dass sie nur eine Schicht 90b oder 90c und Variationen der Materialdicke und des spezifischen Widerstands aufweist.
Wie vorstehend erwähnt wurde, erhöht sich der normale Betriebswiderstand eines Polymer-PTC-Chips, d.h. der Widerstand des Chips, wenn er sich bei Zimmertemperatur befindet, um etwa 40% nach dem anfänglichen Schalt- und Rücksetzvorgang bei einer noch größeren Erhöhung unmittelbar nach dem Fortnehmen der Versorgungsspannung. Gemäß der Erfindung werden beim Kombinieren eines Festwiderstands mit einem Polymer-PTC-Widerstand diese beiden Probleme erheblich reduziert, weil sich der spezifische Widerstand des Festwiderstands infolge der Überlastungsbedingung nicht erheblich ändert. Beispielsweise sei angenommen, dass eine gemäß der Erfindung hergestellte Schutzvorrichtung mit 0,250 Ohm einen schließlichen Auslösewert von 2 Ampere bei Zimmertemperatur aufweist, wobei 1 Watt erforderlich ist, um den PTC-Widerstand auf seine Schalttemperatur anzuheben. Der Festwiderstand ist mit zwei Dritteln des Produktwiderstands (0,167 Ohm) ausgelegt, und der Polymer-PTC-Widerstand ist mit einem Drittel des Produktwiderstands (0,083 Ohm) ausgelegt. Der Widerstand der Vorrichtung eine Stunde nach dem Entfernen einer Überlastungsbedingung von der Stromquelle beträgt 0,167 Ohm + (0,083·1,4) = 0,282 Ohm, was in etwa 13% größer ist als der ursprüngliche Wert.
Dagegen liegt die Widerstandsverschiebung eines nur einen PTC-Widerstand aufweisenden Produkts 40% höher als der Wert des ursprünglich angelieferten Produkts und beträgt 0,250·0,4 = 0,350 Ohm, wodurch Fehlauslösungs- oder Funktionsweiseverschlechterungsprobleme gefördert werden.
Alternative prozentuale Verschiebungen können auf der Grundlage der innerhalb der Schutzvorrichtung verwendeten Verhältnisse zwischen dem Festwiderstand und dem PTC-Widerstand erreicht werden. Zusätzlich könnte diese Widerstandsverschiebung weiter verringert werden, indem Schutzvorrichtungen mit PTC-Widerständen bereitgestellt werden, die bereits überlastungsverschoben wurden, weil der Festwiderstand eine Ohmsche und Stromempfindlichkeitsstabilität zum Gewährleisten einer sicheren Funktionsweise bei blockiertem Läufer bereitstellt. Wenngleich die Widerstandsverschiebung um 40% schließlich zu ihrem ursprünglichen Wert zurückkehren kann, kann es unter den spezifischen Bedingungen mehrere Monate in Anspruch nehmen, bis dieser Prozess auftritt. Daher muss die Sicherheitsanwendung mit dem Polymer-PTC-Widerstand in seinem Zustand niedrigsten spezifischen Widerstands vorgenommen werden, worin die geringste I²r-Erwärmung erzeugt wird. Der in 11 dargestellte PTC-Stapel verringert den anfänglichen Widerstand Sigma, der proportional zur Quadratwurzel der Anzahl der PTC-Chips (N) in dem Stapel ist oder (N)^-1/2 x Anfangswiderstand Sigma beträgt, wodurch eine bessere Motorfunktionsweise bei einer geringeren Änderung des Spannungsabfalls erzeugt wird. Beispielsweise sei angenommen, dass ein Sigma-Wert des spezifischen PTC-Widerstands von 5% (1 Sigma) verwendet wird, um ein Steuerprodukt von 0,400 Ohm zu erzeugen. Eine einzige Komponente mit 0,400 Ohm würde einen Ohmschen Bereich von +/–20% oder von 0,320 Ω bis 0,480 Ω auf der Grundlage einer +/–4-Sigmaverteilung erzeugen. Ein Ansatz mit vier gestapelten PTC-Widerständen bei Verwendung von 0,100-Ω-Widerständen mit 1/4 der Dicke und einem Sigmawert von 5% erzeugt einen Gesamtwiderstandswert von 0,400 Ohm und einen Sigmawert der Anordnung von [(0,005)² + (0,005)² + (0,005)² + (0,005)²]^1/2 = 0,01 Ohm oder 2,5% auf der Grundlage des Widerstands von 0,400 Ohm der Anordnung. Die PTC-Anordnung mit vier Stapeln erzeugt einen Ohmschen Bereich von +/–10% oder 0,440 Ω bis 0,360 Ω auf der Grundlage einer +/–4-Sigmaverteilung.
Die Vorteile des gestapelten Sigmas können mit dem einzelnen PTC-Widerstand kombiniert werden, der eine Auslösesprung-Widerstandsverschiebung von +40% erfährt, um die Funktionsweise des Motors weiter zu verbessern. Beispielsweise erfährt die einzelne PTC-Komponente mit 0,400 Ohm eine nominelle Verschiebung von (0,400 × 1,4) auf 0,560 Ohm +/– 0,08 Ohm, wodurch ein Maximalwert von 0,640 Ohm, verglichen mit dem minimalen Startwert von 0,320 Ohm (0,400 – 0,08 Ohm), erzeugt wird. Die vierfach gestapelte PTC-Anordnung erfährt eine nominelle Verschiebung von (0,300 + 0,100 × 1,4) = 0,440 +/– 0,04 Ohm, wodurch ein Maximalwert von 0,480 Ohm, verglichen mit dem minimalen Startwert von 0,360 Ohm (0,400 – 0,04 Ohm), erzeugt wird. In Kombination erzeugt die gestapelte PTC-Anordnung einen minimalen bis maximalen Widerstandsbereich von 33% (0,480 – 0,360) × 100/0,360, während der Ansatz aus dem Stand der Technik einen minimalen bis maximalen Bereich von 100% (0,640 – 0,320) × 100/0,320 erzeugt, wodurch eine größere Beeinträchtigung der Funktionsweise des Motors herbeigeführt wird.

Claims

Festkörper-Motorschutzvorrichtung (10, 30, 50, 60, 70, 80, 90) mit: einem ersten Widerstand (12, 36, 58, 64a, 64b, 72, 82a, 82b, 82c, 82d, 90a), der aus einem Polymermaterial besteht und einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, und einem zweiten Widerstand (14, 34, 54, 56, 62a, 62b, 74, 74a, 90b, 90c) mit einem festen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands, der Seite an Seite zum ersten Polymerwiderstand montiert und thermisch direkt mit diesem gekoppelt ist und elektrisch in Reihe damit geschaltet ist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiter Anschlusselemente (18, 20, 32a, 40, 54, 56, 60a, 60b, 60c, 70a, 70b, 70c, 90d, 90e, 90f, 90g) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem ersten bzw. dem zweiten Widerstand und einen elektrisch isolierenden Isolator (16, 32b, 52) aufweist, um den ersten und den zweiten Widerstand in einer ausgewählten ausgerichteten Position zu halten und die Anschlusselemente zu montieren.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Isolator 16 eine Seitenwand aufweist, die einen Bereich einschließt und eine offene Oberseite und eine offene Unterseite aufweist, und die Anschlusselemente (18, 20) im Wesentlichen plattenförmig sind und entgegengesetzte Seitenwände aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie durch Reibung in die Seitenwand des Isolators eingreifen und jeweils auf der Oberseite bzw. der Unterseite aufgenommen sind.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 3, welche weiter ein Federelement (22) aufweist, das zwischen einem Anschlusselement und den Seite an Seite angeordneten ersten und zweiten Widerständen aufgenommen ist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Seitenwand des Isolators mit beabstandeten vertieften Abschnitten (16a) versehen ist, welche Leisten (16b) angrenzend an die Oberseite und die Unterseite des Isolators definieren, um das Falzen der Anschlussseitenwände über die jeweiligen Leisten zu erleichtern.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der der erste Polymerwiderstand entgegengesetzte Stirnflächen aufweist und ein Metallfolien-Stromkollektor (90d, 90e) an jeder Stirnfläche angebracht ist und der zweite Widerstand entgegengesetzte Stirnflächen aufweist und eine metallisierte Kontaktfläche (14a, 34a, 90d, 90e, 90f, 90g) auf jede Stirnfläche aufgebracht ist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der das erste Anschlusselement (32) im Wesentlichen schalenförmig ist und eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand und eine untere Wand (32a) aufweist und der Isolator (32b) im Wesentlichen ringförmig ist und einen Oberteil und einen Unterteil aufweist, die Seitenwand des ersten Anschlusselements in den Isolator eingebettet ist, wobei die untere Wand (32a) des ersten Anschlusselements freigelegt ist, wobei der Isolator und das erste Anschlusselement einen Hohlraum bilden, der erste und der zweite Widerstand zylindrisch ausgebildet sind und eine solche Größe aufweisen, dass sie in den Hohlraum aufgenommen sind, wobei der erste Widerstand (36) entgegengesetzte Stirnflächen aufweist, wobei ein Stromkollektor auf jeder entgegengesetzten Stirnfläche angeordnet ist, eine Stirnfläche auf der unteren Wand des ersten Anschlusselements aufgenommen ist, ein elektrisch leitendes Federelement (38) auf dem zweiten Widerstand (34) angeordnet ist und das zweite Anschlusselement (40) im Wesentlichen schalenförmig ist und über dem Oberteil des Isolators (32b) aufgenommen ist und durch Anwenden einer Last auf das Federelement, wodurch eine gleichmäßige Druckverteilung auf jeden Stromkollektor bereitgestellt wird, auf den Isolator gefalzt wird.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der Isolator (52) im Wesentlichen plattenförmig ist und eine durch einen zentralen Teil gebildete Öffnung (52a) aufweist, wobei der Isolator eine obere und eine untere Fläche aufweist, die jeweils mit einem erhöhten Rand (52b) entlang mindestens einem Abschnitt der Peripherie des Isolators ausgebildet sind, wobei ein Polymerwiderstand (58) mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands in der Öffnung aufgenommen ist, wobei der Polymerwiderstand eine obere und eine untere Stirnfläche mit Metallfolien-Stromkollektoren aufweist, die an jeder Stirnfläche angebracht sind, und erste und zweite lang gestreckte Anschlusselemente (54, 56) aufweist, die aus einem Widerstandsmaterial gebildet sind und dafür konfiguriert sind, an jeweiligen oberen und unteren Flächen des Isolators (52) innerhalb jeweiliger erhöhter Ränder (52b) aufgenommen zu werden, wobei das erste und das zweite lang gestreckte Anschlusselement jeweils ein erstes Ende, das sich über den Isolator hinaus erstreckt, und ein zweites Ende, das über der Öffnung im Isolator angeordnet ist und elektrisch mit dem Polymerwiderstand verbunden ist, aufweist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das erste und das zweite Anschlusselement (54, 56) in einer Spiralkonfiguration geformt sind.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche weiter einen zusätzlichen ersten Polymerwiderstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands und einen zusätzlichen zweiten Widerstand mit einem festen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, wobei die zusätzlichen Widerstände mit dem ersten und dem zweiten Widerstand sandwichförmig angeordnet sind.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche weiter einen zusätzlichen ersten Polymerwiderstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands und einen zusätzlichen zweiten Widerstand mit einem festen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, die Seite an Seite mit dem ersten und dem zweiten Widerstand angeordnet sind und thermisch eng damit gekoppelt sind, wodurch ein Widerstandsstapel mit zwei äußeren Stirnflächen gebildet ist, wobei Anschlusselemente eine erste, eine zweite und eine dritte Anschlussschicht aufweisen, wobei die erste und die dritte Anschlussschicht mit den jeweiligen äußeren Stirnflächen des Stapels verbunden sind und die zweite Anschlussschicht (60a) mit angrenzenden Stirnflächen von einem von einem Paar aus dem ersten und dem zweiten Widerstand und einem Paar aus dem zusätzlichen ersten und dem zusätzlichen zweiten Widerstand verbunden ist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 11, welche weiter eine erste und eine zweite Diode aufweist, die jeweils eine Anode und eine Kathode aufweisen, wobei die Anode der ersten Diode mit der zweiten Anschlussschicht verbunden ist und die Kathode der zweiten Diode mit der dritten Anschlussschicht verbunden ist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 12, welche weiter einen Elektromotor mit einer Wicklung aufweist, wobei die Kathode der ersten Diode und die Anode der zweiten Diode eine gemeinsame Verbindung (60d) aufweisen, eine Batterie eine positive und eine negative Polarität aufweist und ein Schalter zwischen einer Position, in der die negative Polarität mit der gemeinsamen Verbindung verbunden ist und die positive Polarität mit der Motorwicklung verbunden ist, und einer anderen Position, in der die positive Polarität mit der gemeinsamen Verbindung verbunden ist und die negative Polarität mit der Motorwicklung verbunden ist und die Motorwicklung wiederum mit dem ersten Anschlusselement der Motorschutzvorrichtung verbunden ist, beweglich ist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung (70, 90) nach Anspruch 1, wobei die ersten Widerstände (72, 90a) und die zweiten Widerstände (74, 90b) jeweils entgegengesetzte Stirnflächen aufweisen, wobei die Motorschutzvorrichtung weiter aufweist: einen dritten Widerstand (74a, 90c) mit einem festen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands und entgegengesetzten Stirnflächen, welcher Seite an Seite zum ersten Widerstand montiert ist und direkt thermisch mit dem ersten Widerstand gekoppelt ist, wobei eine Stirnfläche des dritten Widerstands der entgegengesetzten Fläche des ersten Widerstands an der dem zweiten Widerstand gegenüberstehenden Fläche gegenübersteht, wobei der erste, der zweite und der dritte Widerstand einen Widerstandsstapel bilden, wobei der zweite und der dritte Widerstand jeweils eine äußere Stirnfläche des Stapels aufweisen und eine entgegengesetzte innere Stirnfläche einer jeweiligen Stirnfläche des ersten Widerstands gegenübersteht, und ein erstes Anschlusselement (70a, 90f), das mit der äußeren Stirnfläche des zweiten Widerstands verbunden ist, ein zweites Anschlusselement (70c, 90e), das mit der äußeren Stirnfläche des dritten Widerstands verbunden ist, und ein drittes Anschlusselement (70b, 90g), das zwischen die Stirnflächen des ersten und des dritten Widerstands geschaltet ist.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 14, welche weiter einen einphasigen Motor mit einer Hauptwicklung und einer Startwicklung aufweist, wobei das erste und das dritte Anschlusselement an die Hauptwicklung angeschlossen sind und das erste und das zweite Anschlusselement an die Startwicklung angeschlossen sind.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung (80) nach Anspruch 1 mit einem Stapel von Polymerwiderständen (82a, 82b, 82c, 82d), die jeweils einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweisen und in Form einer im Wesentlichen flachen Lage mit oberen und unteren Stirnflächen und Metallfolien-Stromkollektoren auf jeder Stirnfläche ausgebildet sind.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 16, bei der angrenzende Polymerwiderstände einen Metallfolien-Stromkollektor gemeinsam verwenden.
Festkörper-Motorschutzvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, bei der die Polymerwiderstände jeweils eine ausgewählte Schalttemperatur aufweisen und die Schalttemperaturen von mindestens zwei Polymerwiderständen voneinander verschieden sind.