WO2008025829A1 - Strom-überlastschutz eines bürstenapparates - Google Patents

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WO2008025829A1
WO2008025829A1 PCT/EP2007/059068 EP2007059068W WO2008025829A1 WO 2008025829 A1 WO2008025829 A1 WO 2008025829A1 EP 2007059068 W EP2007059068 W EP 2007059068W WO 2008025829 A1 WO2008025829 A1 WO 2008025829A1
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current
overload protection
carrying
protection according
spring
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PCT/EP2007/059068
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Frank Reschnar
Steffen Huemmer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/66—Structural association with auxiliary electric devices influencing the characteristic of, or controlling, the machine, e.g. with impedances or switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
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    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
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    • H02K5/143—Means for supporting or protecting brushes or brush holders for cooperation with commutators
    • H02K5/148—Slidably supported brushes

Definitions

  • the invention relates to a current overload protection of a brush apparatus of an electrical machine, in particular a starter of an internal combustion engine, with at least one, the power supply to the brushes serving fuse device.
  • a current overload protection of the aforementioned type is known, for example in the form of a fuse device in which a current-carrying fusible element, such as a wire, melts when exceeding a predetermined electrical current for a predetermined period of time and so an electrical circuit of the brush apparatus is interrupted.
  • the maximum permissible electric current is determined by the choice of the material of the melting element of the fuse device and the current-carrying cross section of the fuse.
  • the fuse device is prepared on a melting point intended for melting so that it at a
  • the fuse device has two electrical current-carrying elements which are electrically connected by means of at least one solder connection melting in the event of an overload.
  • solder connection melting in the event of an overload.
  • Such current overload protection is used in electrical machines such as in AC motors or DC motors, especially in starters (starter motors).
  • starter motors starter motors
  • the solder joint consists for example of soft solder with a melting temperature of 200 0 C. Due to the relatively low melting temperature, the cross section of the solder joint can be chosen relatively high.
  • the fuse device allows a high operational current under extreme loads, such as a cold start, but speaks clearly against the emergence of critical thermal situations. So dangerous operating conditions can be effectively avoided in many cases.
  • the use of soft solder allows tuning to different types of electrical machines. In a simple arrangement the two Strom arrangementelennente spaced apart and electrically connected in the non-triggered state of the fuse device only by the solder joint. If a certain temperature threshold is exceeded, which is determined by the choice of the solder used, the solder melts and the electrical connection is interrupted.
  • the two current-carrying elements are biased against each other by means of a spring device.
  • the current-carrying elements are in the untripped state, for example
  • the Fused fuse device only slightly spaced from each other and electrically connected to each other via the solder joint. If there is a melting of the solder joint, a spring force of the spring device ensures an increase in the distance between the two current-carrying elements.
  • the spring device is designed, for example, as an inherently elastic spring device arranged between the current-carrying elements, which deflects the current-carrying elements in the tripped state of the fuse device.
  • At least one insulating element is arranged between at least one of the current-carrying elements and the spring device.
  • the insulating member electrically separates the current-carrying member and the spring member from each other.
  • a separate insulating element is arranged between the current-carrying element and the spring device.
  • the current-carrying element and / or the spring device has at least one insulation element or is provided with an electrically insulating protective layer.
  • the spring device is designed as a compression spring.
  • a compression spring can apply a high spring force and has a constant spring constant over a wide temperature range.
  • an insulating element is arranged on at least one of the current-carrying elements, which leads and / or holds the spring device.
  • the insulating element has the task to electrically isolate the spring device and the insulating element associated with the current-carrying element.
  • the insulating element is shaped so that it holds the spring device on the current-carrying element or fixed and leads with respect to the other current-carrying element.
  • the insulating element has a recess and / or a projection for guiding and / or holding the spring device.
  • the insulating member has the task to electrically isolate the current-carrying element and the spring device, to guide the spring device or keep and liquid solder away from the spring.
  • two insulating elements may be provided, which form a closed housing of the spring device in the non-triggered state of the fuse device. If the fuse device is triggered, the spring device opens the housing and increases the distance between the two current-carrying elements. At the same time the housing prevents "sticking" of the spring device by liquid solder in the non-triggered state, since the bonding of the spring device a defined movement apart of the two current-carrying elements would no longer be guaranteed.
  • the first current-carrying element is connected directly to at least one brush line.
  • the brushes are directly connected to brush wires (brush wires).
  • the direct connection of the first current-carrying element to at least one of the brush lines avoids unnecessary current paths or unnecessary line elements.
  • the connection is in particular a welded joint.
  • the first current-carrying element connects the brush lines of one polarity.
  • the number of line elements is further reduced.
  • the first current-carrying element connects the brush lines of the plus brushes.
  • the second current-carrying element directly with at least one
  • Relay line is connected.
  • Such a relay line (wire to the relay) is also present in conventional brushes of trained as starters electric machines. Due to the direct connection of the second current-carrying element with this relay line, the number of live parts is kept low or further reduced. The connection is in particular a welded joint.
  • the two current-carrying elements connected by means of the solder connection form a ypsilon-shaped current-carrying device.
  • a one-piece, y-shaped current-carrying device (Y-rail) is also part of a conventional brush apparatus. This is, for example, a one-piece, galvanized piece of copper on which the two plus brushes and the line to the terminal "45" of the relay are welded in.
  • the two current-carrying elements according to the invention in the non-triggered state form a ypsilon-shaped current-carrying device by means of the solder connection it replaces the conventional Y-rail inventive fuse device and takes over all the functions of the conventional Y-rail.
  • solder joint each in an angled end portion and the spring means are each arranged on a central portion of the current-carrying elements. Due to the spatial separation of the solder joint of the insulating element of the spring means a "sticking" of the spring means is avoided by the solder.
  • FIG. 1 shows a part of a brush apparatus according to a first embodiment of an inventive current overload protection in the tripped state
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a current overload protection in the non-triggered state
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between voltage
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between voltage
  • FIG. 1 shows a part of a brush apparatus 1 with a commutator 2, on the upper, represented area on both sides in each case a brush 3, 4 designed as a plus brush is arranged.
  • a brush 3, 4 designed as a plus brush is arranged above the commutator 2
  • two current-carrying elements 5, 6 are arranged above the commutator 2.
  • the first current-carrying element 5 has a middle section 7, to each of which an angled end region 8, 9 adjoins.
  • the first end portion 8 is connected to a brush line 10 of the first brush 3, the second
  • the second current-carrying element 6 arranged above the first current-carrying element 5 has an insulating element 8 which, like a part of the second current-carrying element 6 in the illustration of FIG. 1, is covered by a guide element 13 designed as a lead-through rubber. Therefore, only one of the first current-carrying element 5 facing lower end portion 14 and connected to a relay line 15 upper end portion 16 of the second current carrying region 6 is visible.
  • a spring device 18 designed as a compression spring 17 is arranged at the level of the middle section 7 and is guided by pins 19 of the current-carrying elements 5, 6.
  • the two current-carrying elements 5, 6 form with the already soldered solder joints a fuse device 20, wherein this is shown in the tripped state in FIG.
  • the brush apparatus shown is part of a trained as a starter electric machine. The starter is used to start an internal combustion engine.
  • the two Strom arrangement shows the current overload protection with the fuse device 20 in a second embodiment in the non-triggered state. Since the arrangement essentially corresponds to that of FIG. 1, only the differences will be discussed here.
  • the two Strom arrangement essentially corresponds to that of FIG. 1, only the differences will be discussed here.
  • the two Strom arrangement essentially corresponds to that of FIG. 1, only the differences will be discussed here.
  • the two Strom arrangement essentially corresponds to that of FIG. 1, only the differences will be discussed here.
  • the two Strom arrangement form a ypsilonförmige current-carrying device 21, wherein the first Strom arrangementelennent 5 is connected at its two end regions 8, 9 via a respective solder connection 22, 23 with the corresponding portions of the lower end portion 14 of the second current-carrying element 6.
  • the first current-carrying element 5 has in its central portion 7 and the second current-carrying element 6 in a central portion 24 of the lower portion 14 each have an insulating member 12, 25.
  • the insulating elements 12, 25 form in the non-triggered state of the fuse device 20 designed as a spring tap housing 26 in which the formed as a compression spring 17 spring means 18 rests.
  • the insulating member 25 is formed as a pot 27 and the insulating member 12 as a cover 28 with guide pins 19. If the solder of the soldered connections 22, 23 melts, the spring device 18 forces the two current-carrying elements 5, 6 apart (double-headed arrow 29).
  • the current overload protection may alternatively have a fuse device 20 which is connected in the negative voltage path with the minus brushes, not shown.
  • FIG. 3 shows the relationship between voltage U, current I, temperature T R at the relay line 15, torque M and rotational speed n of a starter whose fuse device 20 is triggered from idling operation.
  • This operating situation arises, for example, when the starter runs along with the internal combustion engine running.
  • Uo 12 V
  • the voltage U is in idle mode (in the time range of 100 s to 400 s) at about 11, 8 V
  • the starter receives a current of 50 A.
  • the temperature T R at the relay line 15 increases with time t.
  • the overload protection of the circuit is interrupted, whereby the current I to 0 A and the torque M drops to 0 Nm.
  • FIG. 4 shows the relationship between voltage U, current I, relay line temperature T R , torque M and speed n of one Starters, however, the fuse device 20 is triggered out of the short-circuit operation out.
  • the tripping time is between 2 s and 3 s.
  • the temperature T R of the relay line 15 decreases exponentially.
  • the diagrams show a rapid triggering of the current overload protection in the various operating situations, which can reliably prevent a critical thermal state of the starter.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strom-Überlastschutz eines Bürstenapparates einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Starters einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer, der Stromführung zu den Bürsten dienenden Schmelzsicherungsvorrichtung. Es ist vorgesehen, dass die Schmelzsicherungsvorrichtung (20) zwei mittels mindestens einer bei Überlast schmelzenden Lotverbindung (22,23) elektrisch verbundene Stromführungselemente (5,6) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel Strom-Überlastschutz eines Bürstenapparates
Die Erfindung betrifft einen Strom-Überlastschutz eines Bürstenapparates einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Starters einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer, der Stromführung zu den Bürsten dienenden Schmelzsicherungsvorrichtung.
Stand der Technik
Ein Strom-Überlastschutz der Eingangs genannten Art ist beispielsweise in Form einer Schmelzsicherungsvorrichtung bekannt, bei der ein stromführendes Schmelzelement, wie zum Beispiel ein Draht, bei überschreiten einer vorgegebenen elektrischen Stromstärke während einer vorgegebenen Zeitspanne schmilzt und so ein elektrischer Stromkreis des Bürstenapparates unterbrochen wird. Die maximal zulässige elektrische Stromstärke wird dabei durch die Wahl des Materials des Schmelzelements der Schmelzsicherungsvorrichtung sowie dem stromführenden Querschnitt der Schmelzelements festgelegt. Dazu ist die Schmelzsicherungsvorrichtung an einer zum Schmelzen vorgesehenen Schmelzstelle so präpariert, dass es bei einem
Stromfluss mit einer Stromstärke oberhalb der Stromstärkeschwelle zu einem Durchschmelzen der Schmelzstelle kommt. Ein derartiger Strom-Überlastschutz wird beispielsweise bei Wechselstrommotoren oder bei Gleichstrommotoren, wie Startern (Startermotoren) verwandt. Bei Startern für Brennkraftmaschinen werden zum Beispiel die Büstenlitzen als Schmelzelement so präpariert, dass diese im Fehlerfall an einer Schmelzstelle mit geringem Büstenlitzenquerschnitt durchschmelzen. Dadurch wird verhindert, dass es - zum Beispiel durch Fehlansteuerungen oder nicht ordnungsgemäße Nutzung des Starters - zu destruktiven, irreversiblen thermischen Prozessen kommen kann. Durch die definierten Verkleinerung des Büstenlitzenquerschnitts verformt sich eine Bürstenandruckfeder des Bürstenapparates, wodurch es zu verstärktem Auftreten von Lichtbögen zwischen Kommutator und Kohlebürsten kommt. Dabei heizt sich die entsprechende Bürste so stark auf, dass die Bürstenlitze durchschmilzt. Dieser Strom- Überlastschutz funktioniert jedoch nicht, wenn der Starter bei laufender Brennkraftmaschine eingespurt mitläuft. In diesem Fall fließt nur ein Leerlaufstrom, der einen zu kleinen Wärmeeintrag verursacht, um die Bürstenlitze durchschmelzen zu lassen. In einem solchen Fall löst sich der Verband des Kommutators auf, was zu Kurzschlüssen führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Strom-Überlastschutz ist vorgesehen, dass die Schmelzsicherungsvorrichtung zwei mittels mindestens einer bei Überlast schmelzenden Lotverbindung elektrisch verbundene elektrische Stromführungselemente aufweist. Ein derartiger Strom-Überlastschutz kommt bei elektrischen Maschinen wie beispielsweise bei Wechselstrommotoren oder bei Gleichstrommotoren, insbesondere bei Startern (Startermotoren) zum Einsatz. Bei dieser Schmelzsicherungsvorrichtung schmilzt bei Überlast die Lotverbindung und trennt die elektrische Verbindung zwischen den beiden Stromführungselementen. Die Lotverbindung besteht zum Beispiel aus Weichlot mit einer Schmelztemperatur von 200 0C. Durch die relativ geringe Schmelztemperatur kann der Querschnitt der Lotverbindung relativ hoch gewählt werden. Dadurch erlaubt die Schmelzsicherungsvorrichtung einen hohen betriebsbedingten Strom bei Extrembelastungen, wie zum Beispiel einem Kaltstart, spricht jedoch deutlich vor Entstehen von kritischen thermischen Situationen an. So können gefährliche Betriebszustände in vielen Fällen wirksam vermieden werden. Durch die Verwendung von Weichlot ist eine Abstimmung auf verschiedene Typen von elektrischen Maschinen möglich. Bei einer einfachen Anordnung sind die zwei Stromführungselennente voneinander beabstandet angeordnet und im nicht ausgelöstem Zustand der Schmelzsicherungsvorrichtung nur durch die Lotverbindung elektrisch verbunden. Wird eine bestimmte Temperaturschwelle überschritten, die durch die Wahl des verwendeten Lots festgelegt wird, so schmilzt das Lot und die elektrische Verbindung wird unterbrochen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die beiden Stromführungselemente mittels einer Federeinrichtung gegeneinander vorgespannt sind. Bei einer derartigen Anordnung sind die Stromführungselemente zum Beispiel im nicht ausgelösten Zustand der
Schmelzsicherungsvorrichtung nur gering voneinander beabstandet angeordnet und über die Lotverbindung miteinander elektrisch verbunden. Kommt es zu einem Schmelzen der Lotverbindung, so sorgt eine Federkraft der Federeinrichtung für eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Stromführungselementen. Dazu ist die Federeinrichtung zum Beispiel als eine zwischen den Stromführungselementen angeordnete, eigenelastische Federeinrichtung ausgebildet, die die Stromführungselemente im ausgelösten Zustand der Schmelzsicherungsvorrichtung auseinandertreibt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass zwischen mindestens einem der Stromführungselemente und der Federeinrichtung mindestens ein Isolierelement angeordnet ist. Um einen Stromfluss über die Federeinrichtung zu vermeiden, trennt das Isolierelement das Stromführungselement und das Federelement elektrisch von einander. Dazu ist zwischen dem Stromführungselement und der Federeinrichtung ein separates Isolierelement angeordnet. Alternativ weist das Stromführungselement und/oder die Federeinrichtung mindestens ein Isolierungselement auf oder ist mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht versehen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehne, dass die Federeinrichtung als Druckfeder ausgebildet ist. Eine Druckfeder kann eine hohe Federkraft aufbringen und weist über einen weiten Temperaturbereich eine gleichbleibende Federkonstante auf.
Insbesondere ist vorgesehen, dass an mindestens einem der Stromführungselemente ein Isolierelement angeordnet ist, das die Federeinrichtung führt und/oder hält. Das Isolierelement hat dabei die Aufgabe, die Federeinrichtung und das dem Isolierelement zugeordnete Stromführungselement elektrisch zu isolieren. Weiterhin ist das Isolierelement so geformt, dass es die Federeinrichtung am Stromführungselement hält beziehungsweise fixiert und gegenüber dem anderen Stromführungselement führt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Isolierelement eine Ausnehmung und/oder einen Vorsprung zum Führen und/oder Halten der Federeinrichtung aufweist. Dabei kann zum Beispiel ein Ende der Federeinrichtung in der Ausnehmung einhegen. In diesem Fall hat das Isolierelement die Aufgabe, das Stromführungselement und die Federeinrichtung elektrisch zu isolieren, die Federeinrichtung zu führen beziehungsweise zu halten und flüssiges Lot von der Feder fernzuhalten. Dazu können insbesondere zwei Isolierelemente vorgesehen sein, die im nichtausgelösten Zustand der Schmelzsicherungsvorrichtung ein abgeschlossenes Gehäuse der Federeinrichtung bilden. Wird die Schmelzsicherungsvorrichtung ausgelöst, so öffnet die Federeinrichtung das Gehäuse und vergrößert den Abstand zwischen den beiden Stromführungselementen. Gleichzeitig verhindert das Gehäuse ein „Verkleben" der Federeinrichtung durch flüssiges Lot im nicht-ausgelösten Zustand, da durch das Verkleben der Federeinrichtung ein definiertes Auseinanderbewegen der beiden Stromführungselemente nicht mehr gewährleistet wäre.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Stromführungselement direkt mit mindestens einer Bürstenleitung verbunden ist. Bei als Startern ausgebildeten elektrischen Maschinen sind die Bürsten direkt mit Bürstenleitungen (Bürstenlitzen) verbunden. Durch die direkte Verbindung des ersten Stromführungselements mit mindestens einer der Bürstenleitungen werden unnötige Strompfade beziehungsweise überflüssige Leitungselemente vermieden. Die Verbindung ist insbesondere eine Schweißverbindung.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das erste Stromführungselement die Bürstenleitungen einer Polarität verbindet. Durch diese weitere Funktion des ersten Stromführungselements wird die Anzahl der Leitungselemente weiter reduziert. Insbesondere verbindet das erste Stromführungselement die Bürstenleitungen der Plus-Bürsten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Stromführungselement direkt mit mindestens einer
Relaisleitung verbunden ist. Eine solche Relaisleitung (Litze zum Relais) ist auch bei herkömmlichen Bürstenapparaten von als Startern ausgebildeten elektrischen Maschinen vorhanden. Durch die direkte Verbindung des zweiten Stromführungselements mit dieser Relaisleitung wird die Anzahl der stromführenden Teile gering gehalten beziehungsweise weiter verringert. Die Verbindung ist insbesondere eine Schweißverbindung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die beiden mittels der Lotverbindung verbundenen Stromführungselemente eine ypsilonförmige Stromführungseinrichtung bilden. Eine einteilig ausgebildete, ypsilonförmige Stromführungseinrichtung (Y-Schiene) ist auch Bestandteil eines herkömmlichen Bürstenapparates. Dabei handelt es sich zum Beispiel um ein einteiliges, verzinktes Kupferstück, an dem die beiden Plus-Bürstenleitungen und die Leitung zur „Klemme 45" des Relais angeschweißt werden. Bilden die beiden erfindungsgemäßen Stromführungselemente im nicht ausgelöstem Zustand mittels der Lotverbindung eine ypsilonförmige Stromführungseinrichtung, so ersetzt diese die herkömmliche Y- Schiene. Die ypsilonförmige Stromführungseinrichtung weist die erfindungsgemäße Schmelzsicherungsvorrichtung auf und übernimmt alle Funktionen der herkömmlichen Y-Schiene.
Schließlich ist vorgesehen, dass die Lotverbindung jeweils in einem abgewinkelten Endbereich und die Federeinrichtung an jeweils einem Mittel abschnitt der Stromführungselemente angeordnet sind. Durch die räumliche Trennung der Lotverbindung von dem Isolierelement der Federeinrichtung wird ein „Verkleben" der Federeinrichtung durch das Lot vermieden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Teil eines Bürstenapparates nach einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßem Strom- Überlastschutzes im ausgelösten Zustand,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strom- Überlastschutzes im nichtausgelösten Zustand,
Figur 3 ein Diagramm, das den Zusammenhang von Spannung,
Strom, Relaisleitungstemperatur, Drehzahl und Drehmoment beim Auslösen des Strom-Überlastschutzes im Leerlaufbetrieb veranschaulicht und
Figur 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang von Spannung,
Strom, Relaisleitungstemperatur, Drehzahl und Drehmoment beim Auslösen des Strom-Überlastschutzes im Kurzschlussbetrieb veranschaulicht. Ausführungsform(en) der Erfindung
Die Figur 1 zeigt einen Teil eines Bürstenapparates 1 mit einem Kommutator 2, an dessen oberem, dargestelltem Bereich beidseitig jeweils eine als Plus-Bürste ausgebildete Bürste 3, 4 angeordnet ist. Oberhalb des Kommutators 2 sind zwei Stromführungselemente 5, 6 angeordnet. Das erste Stromführungselement 5 weist einen Mittelabschnitt 7 auf, an den sich jeweils ein abgewinkelter Endbereich 8, 9 anschließt. Der erste Endbereich 8 ist mit einer Bürstenleitung 10 der ersten Bürste 3 verbunden, der zweite
Endbereich 9 ist mit einer Bürstenleitung 11 der zweiten Bürste 4 verbunden. Das oberhalb des ersten Stromführungselements 5 angeordnete zweite Stromführungselement 6 weist ein Isolierelement 8 auf, das -wie ein Teil des zweiten Stromführungselements 6- in der Darstellung der Figur 1 durch ein als Durchführungsgummi ausgebildetes Führungselement 13 verdeckt ist. Daher ist nur ein dem ersten Stromführungselement 5 zugewandter unterer Endbereich 14 und ein mit einer Relaisleitung 15 verbundener oberer Endbereich 16 des zweiten Stromführungsbereichs 6 sichtbar. Zwischen den Stromführungselementen 5, 6 ist auf der Höhe des Mittelabschnitts 7 eine als Druckfeder 17 ausgebildete Federeinrichtung 18 angeordnet, die durch Zapfen 19 der Stromführungselemente 5, 6 geführt wird. Die beiden Stromführungselemente 5, 6 bilden mit den hier schon geschmolzenen Lotstellen eine Schmelzsicherungsvorrichtung 20, wobei diese in der Figur 1 im ausgelösten Zustand dargestellt ist. Der dargestellte Bürstenapparat ist Teil einer als Starter ausgebildeten elektrischen Maschine. Der Starter dient zum Starten einer Brennkraftmaschine.
Die Figur 2 zeigt den Strom-Überlastschutz mit der Schmelzsicherungsvorrichtung 20 in einem zweiten Ausführungsbeispiel im nicht-ausgelöstem Zustand. Da die Anordnung im Wesentlichen dem der Figur 1 entspricht, soll hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden. Die beiden Stromführungselennenten 5, 6 bilden eine ypsilonförmige Stromführungseinrichtung 21 , wobei das erste Stromführungselennent 5 an seinen beiden Endbereichen 8, 9 über jeweils eine Lotverbindung 22, 23 mit dem korrespondierenden Abschnitten des unteren Endbereichs 14 des zweiten Stromführungselements 6 verbunden ist. Das erste Stromführungselement 5 weist in seinem Mittelabschnitt 7 und das zweite Stromführungselement 6 in einem Mittel abschnitt 24 des unteren Bereichs 14 jeweils ein Isolierelement 12, 25 auf. Die Isolierelemente 12, 25 bilden im nicht-ausgelösten Zustand der Schmelzsicherungsvorrichtung 20 ein als Federnapf ausgebildetes Gehäuse 26, in dem die als Druckfeder 17 ausgebildete Federeinrichtung 18 einliegt. Dazu ist das Isolierelement 25 als Topf 27 und das Isolierelement 12 als Deckel 28 mit Führungszapfen 19 ausgebildet. Schmilzt das Lot der Lotverbindungen 22, 23, so treibt die Federeinrichtung 18 die beiden Stromführungselemente 5, 6 auseinander (Doppelpfeil 29).
Es ergibt sich folgende Funktion der Schmelzsicherungsvorrichtung 20: Die von den beiden Stromführungselementen 5, 6 gebildete, ypsilonförmige Stromführungseinrichtung 21 übernimmt die Funktion der Kontaktierung der Bürsten 3, 4 einer Y-Schiene bei einem herkömmlichen Bürstenapparat. Zusätzlich sorgt die Stromführungseinrichtung 21 mit der Schmelzsicherung 20 für den erfindungsgemäßen Strom-Überlastschutz. Übersteigt die
Temperatur Ts der Stromführungselemente 5, 6 beziehungsweise der Leitungen 10, 11 , 15 die Schmelztemperatur des die Lotverbindungen 22, 23 bildenden Lots von etwa 200° C, so verflüssigt sich das Lot und löst die Verbindung zwischen den beiden Stromführungselementen 5, 6. Die zwischen den
Stromführungselementen 5, 6 beziehungsweise im Gehäuse 26 angeordnete, als Druckfeder 17 ausgebildete, vorgespannte Federeinrichtung 18 drückt die beiden Stromführungselemente 5, 6 auseinander (Doppelpfeil 27), sodass diese im ausgelösten Zustand der Schmelzsicherungsvorrichtung 20 deutlich beabstandet voneinander angeordnet sind, wie zum Beispiel Figur 1 zeigt. Durch die Verwendung mindestens eines Isolierelements 12, 25 kann kein Strom über die Federeinrichtung 18 fließen. Ist der Bürstenapparat 1 durch das Auslösen der Schmelzsicherungsvorrichtung 20 stromlos, besteht keine Gefahr, dass sich die beiden getrennten Stromführungselemente 5, 6 berühren, da das erste Stromführungselement 5 durch die Bürstenleitungen 10, 11 und das zweite Stromführungselement 6 durch das als Durchführungsgummi ausgebildete Führungselement 13 fixiert wird. Die Federeinrichtung 18 sorgt dabei für eine stabile Trennung.
Obwohl die Bürsten 3, 4 in den gezeigten Ausführungsbeispielen als Plus-Bürsten ausgebildet sind, kann der Strom-Überlastschutz alternativ eine Schmelzsicherungsvorrichtung 20 aufweisen, die im negativen Spannungspfad mit den nicht gezeigten Minus-Bürsten verbunden ist.
Die Figur 3 zeigt den Zusammenhang zwischen Spannung U, Strom I, Temperatur TR an der Relaisleitung 15, Drehmoment M und Drehzahl n eines Starters, dessen Schmelzsicherungsvorrichtung 20 aus dem Leerlaufbetrieb heraus ausgelöst wird. Diese Betriebssituation entsteht zum Beispiel, wenn der Starter bei laufender Brennkraftmaschine eingespurt mitläuft. Bei einer Versorgungsspannung Uo = 12 V liegt die Spannung U im Leerlaufbetrieb (im Zeitbereich von 100 s bis 400 s) bei etwa 11 ,8 V, wobei der Starter einen Strom von 50 A aufnimmt. Ausgehend von der Umgebungstemperatur steigt die Temperatur TR an der Relaisleitung 15 mit der Zeit t an. Zum Zeitpunkt ti = 390 s hat das Lot seine Schmelztemperatur erreicht und die Schmelzsicherungsvorrichtung 20 löst aus. Durch Auslösen des Überlastschutzes wird der Stromkreis unterbrochen, wodurch der Strom I auf 0 A und das Drehmoment M auf 0 Nm absinkt.
Die Figur 4 zeigt den Zusammenhang zwischen Spannung U, Strom I, Relaisleitungstemperatur TR, Drehmoment M und Drehzahl n eines Starters, dessen Schmelzsicherungsvorrichtung 20 jedoch aus dem Kurzschlussbetrieb heraus ausgelöst wird. Zur Aufnahme der Kennlinien wurde die gleiche Schmelzsicherungsvorrichtung 20 bei gleicher Anordnung wie zur Aufnahme der Kennlinien der Figur 3 verwendet. Bei einem Kurzschluss liegt die Auslösezeit zwischen 2 s und 3 s. In dieser Zeit steigt die Temperatur TR der Relaisleitung 15 bis zur Schmelztemperatur der Lotverbindungen, sodass die Schmelzsicherungsvorrichtung 20 bei t2 = 5,7 s auslöst. Die Spannung steigt von der Kurzschlussspannung UK = 0 V auf die Versorgungsspannung Uo = 12 V, der Strom I sinkt auf 0 A, die Drehzahl n auf 0 U/min. Nach dem Auslösen der Schmelzsicherungsvorrichtung 20 sinkt die Temperatur TR der Relaisleitung 15 exponentiell ab.
Die Diagramme zeigen ein rasches Auslösen des Strom- Überlastschutzes in den verschiedenen Betriebssituationen, das einen kritischen thermischen Zustand des Starters sicher verhindern kann.

Claims

Ansprüche
1. Strom-Überlastschutz eines Bürstenapparates einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Starters einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer, der Stromführung zu den Bürsten dienenden Schmelzsicherungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherungsvorrichtung (20) zwei mittels mindestens einer bei Überlast schmelzenden Lotverbindung (22,23) elektrisch verbundene Stromführungselemente (5,6) aufweist.
2. Strom-Überlastschutz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stromführungselemente (5,6) mittels einer Federeinrichtung (18) gegeneinander vorgespannt sind.
3. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einem der Stromführungselemente (5,6) und der Federeinrichtung (18) mindestens ein Isolierelement (12,25) angeordnet ist.
4. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (18) als Druckfeder (17) ausgebildet ist.
5. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem der
Stromführungselemente (5,6) ein Isolierelement (12,25) angeordnet ist, dass die Federeinrichtung (18) führt und/oder hält.
6. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierelement (12,25) eine
Ausnehmung und/oder einen Vorsprung zum Führen und/oder Halten der Federeinrichtung (18) aufweist.
7. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromführungselement (5) direkt mit mindestens einer Bürstenleitung (10,11 ) verbunden ist.
8. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromführungselement (5) die Bürstenleitungen (10,11 ) einer Polarität verbindet.
9. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stromführungselement
(6) direkt mit mindestens einer Relaisleitung (15) verbunden ist.
10. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden mittels Lotverbindung (22,23) verbundenen Stromführungselemente (5,6) eine ypsilonförmiges Stromführungseinrichtung (21 ) bilden.
11. Strom-Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotverbindung (22,23) in einem abgewinkelten Endbereich (8,9) und die Federeinrichtung (18) an Mittelabschnitten (7,24) der beiden Stromführungselemente (5) angeordnet sind.
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