Reschnar, Frank (Frankenstrasse 14 Ilsfeld, 74360, DE)
Haeusel, Michael (Zollerstrasse 5 Haigerloch, 72401, DE)
Reschnar, Frank (Frankenstrasse 14 Ilsfeld, 74360, DE)
| 1. | Überlastschutz, insbesondere für den Starter eines Verbrennungsmotors, mit einem ersten Kontakt (1) der in einem nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes durch die Einwirkung eines Materials (3) mit einem zwei ten Kontakt (2) elektrisch leitend verbunden ist, wobei eine temperaturbedingte Verformung und/oder Veränderung des Materials (3) zur Auslösung des Uberlastschutzes eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kontakt (1) und dem zweiten Kontakt (2) bewirkt, wenn ein vorherbestimmter Temperaturwert des Materials (3) überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Lot (3) ist. |
| 2. | Überlastschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der erste Kontakte (1) und der zweite Kontakt (2) voneinander beabstandet angeordnet sind. |
| 3. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (1) und der zweite Kontakt (2) aneinander anliegen, wenn sie elektrisch leitend verbunden sind. |
| 4. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass auf den ersten Kontakt (1) und/oder auf den zweiten Kontakt (2) eine Kraft (F) wirkt, die von dem jeweils anderen Kontakt (l, 2) weg gerichtet ist. |
| 5. | Uberlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft durch ein Federelement (4) erzeugt wird. |
| 6. | Uberlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (1) und/oder der zweite Kontakt (2) beweglich gelagert ist. |
| 7. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot (3) mit dem ersten Kontakt (1) und/oder mit dem zweiten Kontakt (2) in Berührung steht, wenn der erste Kontakt (1) und der zweite Kontakt (2) elektrisch leitend verbunden sind. |
| 8. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (1) an einem ersten Arm (11) angeordnet ist, und/oder dass der zweite Kontakt (2) an einem zweiten Arm (10) angeord net ist. |
| 9. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (11) und/oder der zweite Arm (10) im nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes durch die Einwirkung des Lots (3) in einer Stellung gehalten werden, in der der erste Kontakt (1) und der zweite Kontakt (2) elektrisch verbunden sind. |
| 10. | Uberlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Arm (11) ein erstes Element (13) zugeordnet, ist, dass dem zweiten Arm (10) ein zweites Element (12) zugeordnet ist, und dass das erste Element (13) und/oder das zweite Element (12) im nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes durch die Einwirkung des Lots (3) in einer Stellung gehalten werden, in der der erste Kontakt (1) und der zweite Kontakt (2) elektrisch verbunden sind. |
| 11. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (13) und das zweite Element (12) austauschbar sind. |
| 12. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Leitung (15) an dem ersten Kontakt (1) angeschweißt ist und/oder dass eine zweite Leitung (14) an dem zweiten Kontakt (2) angeschweißt ist. |
| 13. | Uberlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (11) einen ersten Durchbruch (19) aufweist, durch den sich die erste Leitung (15) erstreckt, und/oder dass der zweite Arm (10) einen zweiten Durchbruch (18) aufweist, durch den sich die zweite Leitung (14) erstreckt. |
| 14. | Uberlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot (3) ein Weich lot ist. |
| 15. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot (3) eine Schmelztemperatur von ungefähr 200°C hat. |
| 16. | Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass er bei ungefähr 320°C auslöst. |
| 17. | Elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Überlastschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. |
| 18. | Elektrische Maschine nach Anspruch 17 dadurch gekenn zeichnet, dass der Überlastschutz im Bereich eines Kommu tators angeordnet ist. |
| 19. | Elektrische Maschine nach Anspruch 17 oder 18, da durch gekennzeichnet, dass der Überlastschutz auf einer Bürstenplatte angeordnet ist, die Bürsten trägt, die mit dem Kommutator susammenwirken. |
| 20. | Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten PlusBürsten umfassen, und dass der Überlastschutz an einem Anschluss winkel angeordnet ist, an dem eine Stromversorgung ange bunden ist, die die PlusBürsten versorgt. |
| 21. | Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Starter oder ein StarterGenerator ist. |
| 22. | Verwendung einer Lötstelle als Überlastschutz. |
Stand der Technik Ein derartiger Uberlastschutz ist beispielsweise in Form einer Schmelzsicherung bekannt, bei der der erste Kontakt und der zweite Kontakt durch einen Draht verbunden sind.
Wird eine vorgegebene elektrische Stromstärke überschrit- ten, so schmilzt der Draht und der elektrische Stromkreis wird unterbrochen. Die maximal zulässige elektrische Stromstärke wird dabei durch die Wahl des den Draht bildenden Materials sowie dem Querschnitt des Drahtes festgelegt. Bei einem Überlastschutz in Form einer
Schmelzsicherung ist die überwachte physikalische Größe daher die elektrische Stromstärke.
Weiterhin sind sogenannte Bimetallschalter bekannt.
Bimetallschalter weisen ein aus wenigstens zwei verschie- denen Metallen bestehendes Element auf, das sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur verformt. Das aus den zumindest zwei verschiedenen Metallen bestehende Element ist dabei derart zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt angeordnet, dass es diese im nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes elektrisch verbindet. Wenn die Umgebungstemperatur einen vorherbe- stimmen Wert übersteigt verformt sich das aus den zumin- dest zwei verschiedenen Metallen bestehende Element derart, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt unterbrochen wird.
Bei Bimetallschaltern ist die überwachte physikalische Größe daher die Umgebungstemperatur.
Wird auf die Überwachung der Umgebungstemperatur oder die Überwachung der Temperatur von Vorrichtungen oder Be- standteilen von Vorrichtungen verzichtet, kann es in vielen Fällen zu Problemen führen.
Derartige Probleme können beispielsweise bei einem Star- ter für eine Brennkraftmaschine auftreten. Zum Starten der Brennkraftmaschine muss ein derartiger Starter den Verbrennungsmotor mit einer Startdrehzahl genannten Mindestdrehzahl durchdrehen, damit auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen das beim Ottomotor zum Selbstlauf notwendige LuSt-Kraftstoff-Gemisch gebildet beziehungs- weise beim Dieselmotor die Selbstzündungstemperatur
erreicht werden kann. Ferner muss der Starter nach den ersten Zündungen beim Hochlaufen auf die Mindest- Selbstdrehzahl des Verbrennungsmotors diesen unterstüt- zen. Wird ein Starter überlastet, kann es in ungünstigen Fällen aufgrund von Uberhitzung zu Kurzschlüssen mit Lichtbögen und schließlich Bränden führen. Beispielsweise wenn eine Kontaktbrücke des Starterrelais mit den Kon- taktbolzen verschweißt, dreht der Starter im Leerlauf, ohne dass er weiter angesteuert wird. Dadurch überhitzt der Kommutator des Starters und es kann dazu kommen, dass die Lamellen des Kommutators aufgrund der hohen Flieh- kräfte nicht mehr im Verband gehalten werden können.
Dieses sogenannte Ausschleudern der Lamellen kann die Zerstörung von umliegenden Baugruppen zur Folge haben, wodurch undefinierte Kurzschlüsse hervorgerufen werden können, die Brände zur Folge haben können. Weiterhin kann auch ein überlanger Betrieb in bestimmten Lastpunkten zu einer Überhitzung des Starters führen. Durch die hohe Temperatur können Kunststoffe, Harze, Fette und Öle im Starter ausgasen, und es kann ein zündfähiges Gas-Luft- Gemisch gebildet werden. Die Kommutatorlamellen lösen sich langsam aus dem Verband und raspeln die Kohlebürsten ab. Zwischen den Bürsten und der unregelmä#igen Lamellen- laufbahn entstehen größere Abstände, wodurch sich das Bürstenfeuer in Lichtbögen umwandeln kann. Dadurch können Temperaturen von über 1000°C hervorgerufen werden, was ebenfalls einen Brand beziehungsweise das Zünden des zündfähigen Gas-Luft-Gemisches zur Folge haben kann.
Vorteile der Erfindung Dadurch, dass das Material bei dem erfindungsgemäßen Uberlastschutz Lot ist, beziehungsweise dadurch, dass eine Lötstelle als Uberlastschutz verwendet wird, können gefährliche Betriebszustände in vielen Fällen wirksam vermieden werden.
Bei einer einfachen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste Kontakt und der zweite Kontakt voneinander beabstandet angeordnet. Bei dieser Ausfüh- rungsform verbindet das Lot im nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt elektrisch. Wird eine bestimmte Umgebungstempera- tur überschritten, die durch die Wahl des verwendeten Lotes festgelegt werden kann, so schmilzt das Lot und die elektrische Verbindung wird unterbrochen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Kontakt und der zweite Kontakt aneinander anliegen, wenn sie elektrisch leitend verbunden sind. In diesem Fall kann das Lot im nicht ausgelösten Zustand des Uberlastschutzes die Funk- tion einer herkömmlichen Lötstelle oder einer Schweißver- bindung übernehmen.
Insbesondere wenn der erste Kontakt und der zweite Kon- takt aneinander anliegen, wenn sie elektrisch leitend verbunden sind, ist es vorteilhaft, wenn auf den ersten Kontakt und/oder auf den zweiten Kontakt eine Kraft wirkt, die von dem jeweils anderen Kontakt weg gerichtet ist. Wird die vorherbestimmte Temperatur des Lots über-
schritten, schmilzt dieses und der erste Kontakt und der zweite Kontakt werden durch die Einwirkung der Kraft voneinander wea bewegt, so dass die elektrische Verbin- dung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt unterbrochen wird. Im einfachsten Fall könnte die Kraft, die die Auseinanderbewegung des ersten Kontaktes und des zweiten Kontaktes verursacht, durch die Gravitationskraft gebildet sein.
Es kann jedoch ebenfalls vorteilhaft sein, wenn diese Kraft durch ein Federelement erzeugt wird. Als Federele- ment kann beispielsweise eine Spiralfeder, eine Blattfe- der oder irgendeine andere geeignete Feder verwendet werden. Um ein ungewünschtes Auslösen des Überlastschut- zes zu vermeiden ist das Federelement jedoch derart auszulegen, dass die durch das Federelement erzeugte Federkraft nicht so hoch ist, dass aufgrund einer mecha- nischen Verformung des Lots die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt aufgehoben wird, obwohl sich der Überlastschutz eigent- lich im nicht ausgelösten Zustand verbindet.
In vielen Fällen, insbesondere bei aufwendigeren Ausfüh- rungsformen der vorliegenden Erfindung, ist es vorteil- haft, wenn der erste Kontakt und/oder der zweite Kontakt beweglich gelagert sind. Eine bewegliche Lagerung des ersten und/oder zweiten Kontaktes kann in vorteilhafter Weise mit dem Vorsehen eines Federelementes kombiniert werden. Das oder die Lager bzw. Gelenke können dabei entweder direkt an dem ersten und/oder dem zweiten Kon- takt angreifen oder an einem Element, das diese trägt.
Das oder die Lager sind dabei vorzugsweise derart ausge-
legt, dass sie zum Auslösen des Überlastungsschutzes eine voneinander weg gerichtete Bewegung des ersten Kontaktes und des zweiten Kontaktes ermöglichen, beispielsweise durch ein Wegkippen oder Wegdrehen.
Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfin- dung ist vorgesehen, dass das Lot mit dem ersten Kontakt und/oder mit dem zweiten Kontakt direkt in Berührung steht, wenn der erste Kontakt und der zweite Kontakt elektrisch leitend verbunden sind. Bei derartigen Ausfüh- rungsformen dient das Lot im nicht ausgelösten Zustand des Überlastungsschutzes zusätzlich als konventionelle Lötstelle, die den Übergangswiderstand zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt in bekannter Weise herabsetzt.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung Ausführungs- formen, bei denen der erste Kontakt an einem ersten Arm angeordnet ist und/oder bei denen der zweite Kontakt an einem zweiten Arm angeordnet ist. Der erste Arm und/oder der zweite Arm sind dann vorzugsweise zumindest teilweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material herge- stellt.
Insbesondere in diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der erste Arm und/oder der zweite Arm im nicht ausgelös- ten Zustand des Uberlastungsschutzes durch die Einwirkung des Lots in einer Stellung gehalten werden, in der der erste Kontakt und der zweite Kontakt elektrisch verbunden sind. Dabei sind sowohl Ausführungsformen, bei denen das Lot in direktem Kontakt mit dem ersten und/oder dem zweiten Kontakt steht als auch Ausführungsformen möglich,
bei denen das Lot in Kontakt mit dem ersten und/oder dem zweiten Arm steht.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass dem ersten Arm ein erstes Element zugeordnet ist, dass dem zweiten Arm ein zweites Element zugeordnet ist, und dass das erste Element und/oder das zweite Element im nicht ausgelösten Zustand des Uberlastschutzes durch die Einwirkung des Lots in einer Stellung gehalten werden, in der der erste Kontakt und der zweite Kontakt elektrisch verbunden sind. Wenn das Lot direkt mit dem ersten Element und/oder dem zweiten Element in Verbindung steht, ist es dadurch beispielsweise möglich, die Auslö- sungscharakteristik des Überlastschutzes an den jeweili- gen Einsatzzweig anzupassen. Anders ausgedrückt kann der Grundaufbau des Überlastschutzes für viele Anwendungsfal- le gleich bleiben und die Auslösungscharakteristik wird durch die Wahl der mit einem entsprechenden Lot verbunde- nen ersten und zweiten Elemente festgelegt.
Vorzugsweise ist das erste Element und das zweite Element austauschbar. Dadurch kann vermieden werden, dass der gesamte Überlastschutz nach einem Auslösevorgang ausge- tauscht werden muss, um die elektrische Verbindung zwi- schen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt wieder- herzustellen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass eine erste Leitung an dem ersten Kontakt angeschweißt ist und/oder dass eine zweite Leitung an dem zweiten Kontakt angeschweißt ist. Das an sich bekannte Anschweißen von Leitungen ist deshalb
vorteilhaft, weil eine Schweißverbindung sehr viel höhe- ren Temperaturen standhalten kann als eine Lötverbindung.
Beispielsweise im Zusammenhang mit Startern für Brenn- kraftmaschinen ist es üblich, im Bereich des als Wärme- quelle wirkenden Kommutators Schweißverbindungen vorzuse- hen, die den dort herrschenden hohen Temperaturen stand- halten können. Bezogen auf die vorliegende Erfindung ergibt sich somit der Vorteil, dass der Stromkreis durch das Auslösen des Überlastschutzes an einer definierten Stelle geöffnet wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfin- dung kann vorgesehen sein, dass der erste Arm einen ersten Durchbruch aufweist, durch den sich die erste Leitung erstreckt, und/oder dass der zweite Arm einen zweiten Durchbruch aufweist, durch den sich die zweite Leitung erstreckt. Diese Lösung bietet sich insbesondere dann an, wenn der erste Kontakt und/oder der zweite Kontakt im Bereich dieser Durchbrüche angeordnet ist, beispielsweise an der Innenseite der entsprechenden Arme.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Lot ist vorzugsweise ein Weichlot. Bei diesem Weichlot kann es sich beispielsweise um das Weichlot Sn60Pb handeln. Allgemein wird durch die Wahl des Lots beziehungsweise dessen Schmelztemperatur die Temperatur festgelegt, bei der der Überlastschutz auslöst. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu beachten, dass, auch bei einem sprunghaften Anstieg der Umgebung- temperatur, das Lot selbst die Schmelztemperatur erst nach einer Aufwärmphase erreicht. Die Länge dieser Ober- gangsphase ist daher ein Maß für die Trägheit des Über- lastschutzes, wobei die Länge dieser Phase beispielsweise
durch die verwendete Lotmenge beeinflusst werden kann.
Insbesondere im Zusammenhang mit Startern für Brennkraft- maschinen ist es vorteilhaft, wenn der Überlastschutz nicht zu schnell auslöst, da ein kurzfristiges Ober- schreiten der zulässigen Temperatur in vielen Fällen akzeptiert werden soll.
Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfin- dung kann vorgesehen sein, dass der Überlastschutz bei einer Umgebungstemperatur von ungefähr 320°C auslöst.
Beispielsweise im Zusammenhang mit Startern für Brenn- kraftmaschinen kann diese Temperatur einem Grenzwert entsprechen, ab dem mit dem Auftreten der eingangs be- schriebenen kritischen Zustände zu rechnen ist.
Wie erwähnt, kann der erfindungsgemäße Überlastschutz in besonders vorteilhafter Weise im Zusammenhang mit elekt- rischen Maschinen verwendet werden, weshalb die vorlie- gende Erfindung auch eine elektrische Maschine betrifft, die den erfindungsgemäßen Uberlastschutz aufweist. Wie ebenfalls erwähnt, kann diese elektrische Maschine bei- spielsweise durch einen Starter für eine Brennkraftma- schine oder einen Starter-Generator gebildet sein.
Da der Kommutator an der elektrischen Maschine in vielen Fällen die stärkste Wärmequelle darstellt, ist der Über- lastschutz vorzugsweise im Bereich dieses Kommutators angeordnet. Allerdings sind auch andere Positionen denk- bar, da die Auslösetemperatur des Überlastschutzes durch die Wahl eines entsprechenden Lots angepasst werden kann.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, bei der der Überlastschutz auf einer Bürstenplatte angeordnet ist, die Bürsten trägt, die mit dem Kommutator zusammenwirken. Diese Ausführungs- form hat den Vorteil, dass die Bürstenplatten nicht mehr direkt an die Feldwicklung angeschweißt zu werden braucht. Denn je nach Ausführungsform kann das Lot des erfindungsgemäßen Überlastschutzes die Verbindung zwi- schen Feldwicklung und Bürstenplatte herstellen. Da es sich in diesem Fall um eine lösbare Verbindung handelt, ist der Austausch der Bürstenplatte zu Reparatur-, War- tungs-oder Erprobungszwecken möglich.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Bürsten Plus-Bürsten umfassen, und dass der Überlastschutz an einem Anschlusswinkel angeord- net ist, an dem eine Stromversorgung angebunden ist, die die Plus-Bürsten versorgt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der gesamte Bürstenapparat bei einem Auslö- sen des Überlastschutzes spannungsfrei wird.
Ohne dass dies eine Einschränkung darstellen soll, kann es sich bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine um einen Starter für einen Verbrennungsmotor oder einen Starter-Generator handeln.
Unabhängig von der speziellen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Lötstelle als Überlastschutz.
Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen : Figur 1 eine erste, einfache Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Überlastschutzes im nicht ausgelösten Zu- stand ; Figur 2 den Überlastaschutz von Figur 1 im ausgelösten Zustand ; Figur 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Überlastschutzes im nicht ausgelösten Zustand ; Figur 4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Überlastschutzes im nicht ausgelösten Zustand ; Figur 5 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Überlastschutzes in einem nicht ausgelösten Zustand ; Figur 6 den Überlastschutz gemä# Figur 5 im ausgelösten Zustand ; Figur 7 eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemä- #en Überlastschutzes im nicht ausgelösten Zustand ; Figur 8 den Überlastschutz gemä# Figur 7 im ausgelösten Zustand ;
Figur 9 eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Uberlastschutzes im nicht ausgelösten Zustand ; Figur 10 den Oberlastschutz gemäß Figur 9 im ausgelösten Zustand ; Figur 11 einen Graphen, der den Zusammenhang von Span- nung, Strom, Bürstentemperatur und Haltewinkeltemperatur eines Starters im Leerlaufbetrieb veranschaulicht ; und Figur 12 einen Graphen, der den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom, Bürstentemperatur und Haltewinkeltempe- ratur eines Starters im Lastbetrieb veranschaulicht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In den Figuren 1 und 2 ist ein erstes einfaches Ausfüh- rungsbeispiel des erfindungsgemä#en Überlastschutzes dargestellt, wobei der Überlastschutz in Figur 1 im nicht ausgelösten Zustand und in Figur 2 im ausgelösten Zustand dargestellt ist. In Figur 1 sind schematisch ein erster Kontakt 1 und ein zweiter Kontakt 2 dargestellt, wobei der erste Kontakt 1 und der zweite Kontakt 2 mit einem Abstand voneinander angeordnet sind. In dem in Figur 1 dargestellten nicht ausgelösten Zustand des überlast- schutzes verbindet das Lot 3, das beispielsweise ein Weichlot sein kann, den ersten Kontakt 1 elektrisch leitend mit dem zweiten Kontakt 2. Wenn die Temperatur des ersten Kontakts 1 beziehungsweise des zweiten Kontak- tes 2 und/oder die Umgebungstemperatur aufgrund eines Überlastzustandes einen bestimmten Wert übersteigt,
erreicht das Lot 3 seine Schmelztemperatur und der Schmelzvorgang beginnt. Im einfachsten Fall tropft das flüssige Lot 3 einfach nach unten, wodurch die elektri- sche Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 unterbrochen wird. Der erfindungsgemäße Überlastschutz wird vorzugsweise in einer Umgebung einge- setzt, in der üblicherweise keine herkömmlichen Lötstel- len vorhanden sind oder das für die herkömmlichen Löt- stellen verwendete Lot weist eine deutlich höhere Schmelztemperatur als die Schmelztemperatur des Lots 3 auf. Die Verbindung des ersten Kontaktes 1 und/oder des zweiten Kontaktes 2 mit in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten Leitungen kann beispielsweise durch Schwei- ßen erfolgen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass diese Verbindungen auch bei hohen Temperaturen nicht gelöst werden.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Überlastschutzes. Ein unterhalb eines ersten Kontaktes 1 angeordneter zweiter Kontakt 2 ist über Lot 3 elektrisch leitend mit dem ersten Kontakt 1 verbunden. Bei dieser Ausführungsform liegen der erste Kontakt 1 und der zweite Kontakt 2 im nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes vorzugsweise aneinander an, nach Art einer herkömmlichen Lötstelle. Auf den zweiten Kontakt 2, der beispielsweise durch eine Litze gebildet sein kann, wirkt die schematisch angedeutete Gravitationskraft F, das heißt aufgrund der räumlichen Anordnung des ersten Kontaktes 1 und des zweiten Kontaktes 2 eine Kraft, die von dem ersten Kontakt 1 weg gerichtet ist. Ein mit einem Überlastzustand verbundener Temperaturanstieg erwärmt das Lot 3 bis auf seine Schmelztemperatur, wobei der zweite
Kontakt 2 durch die Gravitationskraft nach unten bewegt wird, so dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 unterbrochen wird.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlastschutzes.
Ein erster Kontakt 1 ist durch Lot 3 elektrisch leitend mit einem zweiten Kontakt 2 verbunden, der in Form einer Litze dargestellt ist. Auch bei dieser Ausführungsform liegen der erste Kontakt 1 und der zweite Kontakt 2 aneinander an, wenn sie elektrisch leitend verbunden sind, das hei#t, wenn sich der Oberlastschutz in seinem nicht ausgelösten Zustand befindet. Auf dem zweiten Kontakt 2 wirkt eine Kraft F, die von dem ersten Kontakt 1 weg gerichtet ist. Die Kraft F wird bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Federelement 4 erzeugt. Das Federelement 4 ist in Figur 4 als Spiral- feder dargestellt. Es können jedoch auch andere geeignete Federelemente verwendet werden, beispielsweise eine Blattfeder oder eine Torsionsfeder. Bei der Wahl des Federelementes 4 ist darauf zu achten, dass die Feder- kraft F nicht zu groß gewählt wird, da anderenfalls eine durch den Bruch des nicht geschmolzenen Lots 3 verursach- te Fehlauslösung des Oberlastschutzes auftreten könnte.
Sobald das Lot 3 seine Schmelztemperatur erreicht hat, wird der zweite Kontakt 2 durch die Einwirkung der Feder- kraft F nach oben bewegt und die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 wird unterbrochen.
Figur 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Überlastschutzes im nicht ausgelösten Zustand.
Ein im Wesentlichen L-förmiger erster Kontakt 1 ist auf einem Isolatormaterial 7 angeordnet. Das freie Ende des langen seinerseits abgewinkelten L-Schenkels ist durch Lot 3 elektrisch leitend mit dem ebenfalls abgewinkelten freien Ende eines weiteren langen L-Schenkels verbunden, der einem zweiten Kontakt 2 zugeordnet der weitere lange L-Schenkel des zweiten Kontakts 2 ist über ein Gelenk 8 mit einem weiteren kurzen L-Schenkel verbunden, der ebenfalls dem zweiten Kontakt 2 zugeordnet ist. Der zweite Kontakt 2 beziehungsweise dessen langer L-Schenkel ist daher beweglich gelagert, wobei eine Bewegung des langen L-Schenkels des zweiten Kontakts 2 im nicht ausge- lösten Zustand des Überlastschutzes jedoch durch die Einwirkung des Lots 3 vermieden wird. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 ein Federelement 4 vorgesehen, das auf den ersten Kontakt und auf den zweiten Kontakt 2 eine Kraft F ausübt, die von dem je- weils anderen Kontakt weg gerichtet ist. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das als Spiral- feder angedeutete Federelement 4 nicht direkt an dem ersten Kontakt 1 beziehungsweise dem zweiten Kontakt 2 an, sondern zwischen dem jeweiligen Federende und dem entsprechenden Kontakt sind Isolatoren 5,6 vorgesehen, die verhindern, dass der erste Kontakt 1 über das Feder- element 4 elektrisch mit dem zweiten Kontakt 2 verbunden wird. Figur 6 zeigt den Überlastschutz gemäß Figur 5 im ausgelösten Zustand. Nachdem das Lot 3 aufgrund eines Überlastzustandes auf seine Schmelztemperatur erwärmt wurde ist der weitere lange L-Schenkel des zweiten Kon-
takts 2 bezogen auf Figur 6 nach rechts geklappt. Die Bewegung des weiteren langen L-Schenkels des zweiten Kontakts 2 wurde dabei durch das Federelement 4 verur- sacht, wobei sich der Überlastschutz gemä# der Darstel- lung von Figur 6 im Kräftegleichgewicht befindet. Die Ausführungsform gemäß den Figuren 5 und 6 bietet insbe- sondere den Vorteil, dass in den Figuren nicht darge- stellte Leiter mit den beiden kurzen L-Schenkeln bei- spielsweise durch Verschweißen verbunden werden können, so dass diese nicht dargestellten Leiter auch beim Auslö- sen des Uberlastschutzes nicht bewegt werden. Weiterhin eignet sich die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführungsform prinzipiell für eine Befestigung nach Art der SMD-Technik. Hierzu würde das Element 7 an seiner Oberfläche entsprechende Kontaktpunkte aufweisen und die kurzen L-Schenkel des ersten Kontakts 1 und des zweiten Kontakts 2 würden mit diesen Kontaktflächen verbunden, beispielsweise verschweißt.
Figur 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Uberlastschutzes im nicht ausgelösten Zustand während Figur 8 den Überlastschutz gemäß Figur 7 im ausgelösten Zustand zeigt. Bei der fünften Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Überlastschutzes ist ein erster Kontakt 1 an einem ersten Arm 11 befestigt, der bei der dargestellten Ausführungsform aus einem elekt- risch nicht leitenden Material hergestellt ist. In ähnli- cher Weise ist ein zweiter Kontakt 2 an einem zweiten Arm 10 befestigt, der ebenfalls aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt ist. Im in Figur 7 darge- stellten nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes liegen der erste Kontakt 1 und der zweite Kontakt 2
flächig aneinander an, so dass sie elektrisch leitend verbunden sind. Zu dieser elektrisch leitenden Verbindung trägt auch Lot 3 bei, das jedoch primär dazu vorgesehen ist, die gegenseitige Lage des ersten Arms 11 und des zweiten Arms 10 beziehungsweise des ersten Kontakts 1 und des zweiten Kontakts 2 im nicht ausgelösten Zustand des Überlastschutzes aufrechtzuerhalten. Der erste Arm 11 ist über ein Gelenk 9 schwenkbar auf einem geeigneten Materi- al 7 angeordnet. In ähnlicher Weise ist der zweite Arm 10 über ein zweites Gelenk 8 auf dem Material 7 gelagert.
Zwischen dem ersten Arm 11 und dem zweiten Arm 10 ist ein Federelement 4 in Form einer Spiralfeder angeordnet, die auf den ersten Arm 11 und damit den ersten Kontakt 1 sowie den zweiten Arm 10 und damit den zweiten Kontakt 2 eine Kraft F ausübt, die jeweils von dem anderen Kontakt weg gerichtet ist. Da der erste Arm 11 und der zweite Arm 10 bei dieser Ausführungsform aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt sind kann das Federelement 4 direkt an dem ersten Arm 11 und dem zweiten Arm 10 angreifen, das heißt es ist keine Isolation erforderlich.
Im nicht ausgelösten Zustand wird eine voneinander weg gerichtete Bewegung des ersten Arms 11 und damit des ersten Kontakts 1 sowie dem zweiten Arm 10 und damit dem zweiten Kontakt 2 durch die Einwirkung des Lots 3 verhin- dert. Sobald das Lot 3 jedoch aufgrund eines Überlastzu- standes seine Schmelztemperatur erreicht, bewegen sich der erste Arm 11 und damit der erste Kontakt 1 sowie der zweite Arm 10 und damit der zweite Kontakt 2 in die in der Figur 8 gezeigte Stellung, in der die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 unterbrochen ist.
Figur 9 zeigt eine siebte Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Überlastschutzes im nicht ausgelösten Zustand, während Figur 10 den Überlastschutz gemäß Figur 9 im ausgelösten Zustand zeigt. Die in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Überlastschutzes weisen einen relativ einfachen Aufbau auf, weshalb die Herstellungskosten vergleichsweise niedrig sind. Allerdings ist es bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 8 nach einem Auslösen des Über- lastschutzes erforderlich, entweder den gesamten Uber- lastschutz auszutauschen oder, gegebenenfalls nachdem der erste Kontakt 1 und der zweite Kontakt 2 in eine entspre- chende Stellung gebracht wurde, erneut Lot 3 aufzubrin- gen, wenn die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 wieder hergestellt werden soll. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Uberlastschutzes gemäß den Figuren 9 und 10 hat demgegen- über den Vorteil, dass nur ein Teil beziehungsweise eine Komponente des Überlastschutzes ausgetauscht werden muss, um den ersten Kontakt 1 nach einem Auslösen des Überlast- schutzes erneut mit dem zweiten Kontakt 2 elektrisch zu verbinden. Der Überlastschutz gemäß der siebten Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung weist einen ersten Arm 11 aus einem elektrisch nicht leitenden Material auf, an dem ein erster Kontakt 1 befestigt ist. Entsprechend weist ein zweiter Arm 10 aus elektrisch nicht leitendem Material einen zweiten Kontakt 2 auf. In dem in Figur 9 dargestellten nicht ausgelösten Zustand des Überlast- schutzes liegen der erste Kontakt 1 und der zweite Kon- takt 2 derart aneinander an, dass sie elektrisch leitend verbunden sind. Im Bereich des ersten Kontaktes 1 weist der erste Arm 11 einen Durchbruch 19 auf, der einen Teil
der Rückseite des ersten Kontakts 1 freilegt. An diesem Abschnitt des ersten Kontakts 1 ist ein nur schematisch dargestellter erster Leiter 15 über eine Schweißverbin- dung 17 an dem ersten Kontakt 1 befestigt. In ähnlicher Weise weist der zweite Arm 10 im Bereich des zweiten Kontakts 2 einen Durchbruch 18 auf, der einen Teil der Rückseite des zweiten Kontakts 2 freilegt. Ein nur sche- matisch dargestellter zweiter Leiter 14 erstreckt sich durch den Durchbruch 18 und ist über eine Schweißverbin- dung 16 elektrisch leitend mit dem zweiten Kontakt 2 verbunden. Der erste Arm 11 und der zweite Arm 10 sind über geeignete Lager 8,9 mit einem geeigneten Trägerma- terial 7 verbunden. Zwischen dem ersten Arm 11 und dem zweiten Arm 10 ist ein Federelement 4 angeordnet, das auf den ersten Arm 11 und damit den ersten Kontakt 1 sowie den zweiten Arm 10 und damit den zweiten Kontakt 2 eine Kraft F ausübt, die von dem jeweils anderen Kontakt weg gerichtet ist. Im nicht ausgelösten Zustand wird der Uberlastschutz durch die Einwirkung von Lot 3 in der in Figur 9 gezeigten Stellung gehalten. Das Lot 3 verbindet dabei ein erstes Element 13 mit einem zweiten Element 22.
Das erste Element 13 und das zweite Element 12 sind dabei kraft-und/oder formschlüssig mit dem ersten Arm 11 und dem zweiten Arm 10 lösbar verbunden. Sobald das Lot 3 aufgrund eines Überlastzustandes auf seine Schmelztempe- ratur erwärmt wird, nimmt der Uberlastschutz gemäß der siebten Ausführungsform die in Figur 10 gezeigte Stellung ein. In dieser Stellung ist der erste Arm 11 bezogen auf Figur 10 um das Lager 9 nach links gekippt, und der zweite Arm 10 ist um das Lager 8 nach rechts gekippt.
Diese Bewegung des ersten Arms 10 und des zweiten Arms 11 wird dabei durch die von dem Federelement 4 erzeugte
Kraft hervorgerufen. Um die elektrische Verbindung zwi- schen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 nach einem Auslösen des Überlastschutzes gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wieder herzu- stellen, werden das erste Element 13 und das zweite Element 12 vom ersten Arm 11 beziehungsweise vom zweiten Arm 10 entfernt. Anschließend werden der erste Arm 11 und der zweite Arm 10 entgegen der von dem Federelement 4 erzeugten Federkraft derart zusammengedrückt, dass zwi- schen dem ersten Kontakt 1 und dem zweiten Kontakt 2 wieder eine elektrische Verbindung besteht. In dieser Stellung wird eine neue Kombination aus einem neuen ersten Element 13 und einem über Lot 3 mit diesem ersten Element 13 verbundenen zweiten Element 12 ausgetauscht.
Die in den Figuren 9 und 10 dargestellte siebte Ausfüh- rungsform des Überlastschutzes gemäß der vorliegenden Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass die Temperatur, bei der der Uberlastschutz auslöst, in einfacher Weise angepasst werden kann, indem eine Kombination aus dem ersten Element 13, dem zweiten Element 12 und dem Lot 3 verwendet wird, bei der das Lot 3 einen passenden Schmelzpunkt aufweist.
Wie erwähnt und ohne dass dies eine Einschränkung dar- stellen soll, kann der erfindungsgemäße Überlastschutz in besonders vorteilhafter Weise mit einer elektrischen Maschine insbesondere einem Starter oder einem Starter- Generator eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Bei derartigen elektrischen Maschinen werden auch im Normal- betrieb derart hohe Temperaturen erzeugt, dass gewöhnlich Schweißverbindungen anstelle von Lötverbindungen vorgese-
hen werden, um die entsprechenden Kontaktierungen vorzu- nehmen.
Figur 11 zeigt den Zusammenhang von Versorgungsspannung U, Stromstärke I Bürstentemperatur Ta und Haltewinkeltem- peratur TH eines Starters, der im Leerlauf betrieben wird, wobei das Lot durch Weichlot SnoOPb gebildet ist. Zur Aufnahme der Kennlinien wurde ein im Wesentlichen der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsform entsprechender Überlastschalter im Bereich des Kommuta- tors auf einer Bürstenplatte angeordneL, die die mit dem Kommutator zusammenwirkenden Bürsten trägt. Speziell wurde der Überlastschutz an einem Anschlusswinkel ange- ordnet, an dem eine Stromversorgung angebunden ist, die Plus-Bürsten versorgt, was den Vorteil mit sich bringt, dass beim Auslösen des Überlastschutzes der gesamte Bürstenapparat spannungsfrei wird. Figur 11 ist zu ent- nehmen, dass die Versorgungsspannung U beim Leerlaufbe- trieb des Starters auf ungefähr 11,4 V abfällt, wobei der Starter einen Strom von ca. 100 A aufnimmt. Ausgehend von einer Umgebungstemperatur von ungefähr 20°C zum Zeitpunkt to steigen die Bürstentemperatur Ta und die Haltewinkel- temperatur TH mit der Zeit an. Zum Zeitpunkt t1 ~ 148 Sekunden löst der Überlastschalter aus, weil das Lot bis auf seine Schmelztemperatur erwärmt wurde. Mit dem Auslö- sen des Überlastschutzes wird der Stromkreis unterbrochen wie dies am Verlauf des Stroms I zu erkennen ist. Gleich- zeitig steigt die Versorgungsspannung U auf die Leerlauf- spannung von 12 V an. Die Bürstentemperatur Ta, die zu diesem Zeitpunkt ti bereits einen Wert von über 280°C erreicht hat, nimmt nach dem Auslösen des Überlastschut-
zes rasch ab, so dass insgesamt ein kritischer Zustand vermieden werden kann.
Figur 12 zeigt ebenfalls den Zusammenhang von Versor- gungsspannung, Stromstärke, Bürstentemperatur und Halte- winkeltemperatur eines Starters, der jedoch im Lastbe- trieb bei einer Stromaufnahme von 250 A betrieben wird.
Auch in diesem Fall ist das Lot durch Weichlot Sn60Pb gebildet. Zur Aufnahme der Kennlinien wurde ein bauglei- cher Überlastschutz wie der zur Aufnahme der Kennlinien von Figur 11 verwendet. Auch die Anordnung des Überlast- schutzes war entsprechend. Figur 12 ist zu entnehmen, dass die Versorgungsspannung U bei den genannten Lastver- hältnissen des Starters auf ungefähr 10, 8 V abfällt, wobei der Starter den genannten Strom von ca. 250 A aufnimmt. Ausgehend von einer Umgebungstemperatur von ungefähr 20°C zum Zeitpunkt to steigen die Bürstentempe- ratur TB und die Haltewinkeltemperatur TH mit der Zeit an. Zum Zeitpunkt t2 # 156 Sekunden löst der Überlast- schalter aus, weil das Lot bis auf seine Schmelztempera- tur erwärmt wurde. Mit dem Auslösen des Überlastschutzes wird der Stromkreis unterbrochen wie dies am Verlauf des Stroms I zu erkennen ist. Gleichzeitig steigt die Versor- gungsspannung U auf die Leerlaufspannung von 12 V an. Die Bürstentemperatur TB, die zu diesem Zeitpunkt t2 bereits einen Wert von über 260°C erreicht hat, nimmt nach dem Auslösen des Überlastschutzes rasch ab, so dass insgesamt ein kritischer Zustand vermieden werden kann.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung die Verwendung einer an sich bekannten Lötstel- le als Überlastschutz ergibt.
'Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati- ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.