DE102010030968A1

DE102010030968A1 - Temperatursensor und Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine mit einem Temperatursensor

Info

Publication number: DE102010030968A1
Application number: DE102010030968A
Authority: DE
Inventors: Christian Brückner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: DE102010030968B4

Abstract

Es wird Temperatursensor beschrieben, der einen Sensorkopf mit zwei elektrischen Anschlüssen umfasst, die jeweils an Verbindungsstellen mit isolierten elektrischen Verbindungsleitern verbunden sind. Der Temperatursensor umfasst weiter eine Schutzhülle, die den Sensorkopf und die Verbindungsleiter zumindest auf einem Teil der Länge umgibt, wobei der Sensor eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und in einer Lateralebene einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Temperatursensor weist ein Ausrichtelement auf, in das die Verbindungsleiter mit einer räumlichen Eintrittslage eintreten und innerhalb dessen durch eine Führungsstruktur eine Lageänderung zu einer Austrittslage erfahren und mit dieser aus dem Ausrichtelement austreten, wobei der Sensorkopf freitragend an dem Ausrichtelement gehalten wird. Des Weiteren wird eine Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine mit einem solchen Temperatursensor vorgeschlagen, wobei das Ausrichtelement mit dessen Haltebereich an einem, zu einem Stator der elektrischen Maschine festgelegten Träger angeordnet ist und wobei der Temperatursensor bezüglich dessen axialer Erstreckung in einer Lateralebene zu einer Statorwicklung ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, wie dieser beispielsweise mit der DE 199 30 719 A1 bekannt geworden ist und eine Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine mit einem Temperatursensor gemäß dem Patentanspruch 7.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Temperatursensor bereitzustellen, der in einer reproduzierbaren Weise mit einer vorbestimmten räumlichen Ausrichtung und gleichzeitig leicht montierbar ist. Des Weiteren soll gemäß einer weiteren Aufgabe eine Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine mit einem solchen Temperatursensor geschaffen werden.
Die vorstehend genannte erste Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Temperatursensor gelöst, der die im Kennzeichen von Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale aufweist.
Gemäß der Erfindung wird somit ein Temperatursensor vorgeschlagen mit einem Sensorkopf mit zwei elektrischen Anschlüssen, die jeweils an Verbindungsstellen mit isolierten elektrischen Verbindungsleitern verbunden sind und mit einer Schutzhülle, die den Sensorkopf und die Verbindungsleiter zumindest auf einem Teil der Länge umgibt, wobei der Sensor eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und in einer Lateralebene einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Temperatursensor zeichnet sich durch ein Ausrichtelement aus, in das die Verbindungsleiter mit einer räumlichen Eintrittslage eintreten und innerhalb dessen durch eine Führungsstruktur eine Lageänderung zu einer Austrittslage hin erfahren und mit dieser aus dem Ausrichtelement austreten. Dabei wird der Sensorkopf freitragend an dem Ausrichtelement gehalten.
Auf die beschriebene Weise ist es möglich, den Sensorkopf unabhängig gegenüber den an einem Anschlusspunkt elektrisch verbundenen und dort räumlich festgelegten elektrischen Verbindungsleitern zu positionieren und festzulegen. Der Sensorkopf und die zwei unmittelbar zueinander benachbart verlaufenden Anschlüsse und Verbindungsleiter sind in einer bekannten Art und Weise von einem Schrumpfschlauch ummantelt, wobei dieser Mantel einen nichtkreisförmigen und etwa elliptischen Querschnitt ausbildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Führungsstruktur bezogen auf eine axiale Erstreckung der Verbindungsleiter ausgebildet, eine Verdrehung der Verbindungsleiter in einer Lateralebene zu erzeugen. Das bedeutet, dass damit die räumliche Lage der Querschnittsellipse definiert eingestellt werden und der Temperatursensor an einem Messort definiert angeordnet werden kann. Die Führungsstruktur umfasst dazu beispielsweise in einer gewünschten Weise zu einer Eintrittslage der Verbindungsleiter orientierte Ausnehmungen, welche die Verbindungsleiter Aufnehmen und deren Ausrichtung ändern.
In einer weiteren Variante ist es ebenso möglich, die Führungsstruktur bezogen auf eine axiale Erstreckung der Verbindungsleiter unter Berücksichtigung eines minimal zulässigen Biegeradius gewinkelt auszubilden und damit eine Richtungsänderung der Verbindungsleiter herbeizuführen.
Mit weiterem Vorteil ist an dem Ausrichtelement ein Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Endabschnittes der Kunststoffhülle vorgesehen, in welchen diese eingesteckt oder aufgesteckt wird und wobei dadurch der Austrittsbereich der Verbindungsleiter überdeckt wird. Wenn weitergehend gleichzeitig der Eintrittsbereich und das Sensorkopfseitige Endabschnitt der Kunststoffhülle verschlossen ist, so ist der freitragende Bereich des Temperatursensors vollständig gegenüber äußeren Einflüssen, wie Feuchte, gekapselt.
Mit besonderem Vorteil weist das Ausrichtelement einen Haltebereich mit einem bezüglich der Lateralebene eindeutigen Konstruktionsmerkmal zur gerichteten Anordnung des Temperatursensors an einem Träger auf. Die Montage des Temperatursensors kann dadurch fehlerfrei und ohne eine nachträgliche und aufwändige Justage erfolgen. Wenn der Haltebereich eine Rastkontur zur Ausbildung einer Rastverbindung mit einem Träger aufweist, so kann die Montage mit wenigen Handgriffen und insbesondere werkzeugfrei erfolgen.
Die eingangs genannte zweite Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 7 unter Verwendung eines nach den Patentansprüchen 5 oder 6 ausgebildeten Sensors, wobei das Ausrichtelement des Temperatursensors zu einem Stator der elektrischen Maschine festgelegt ist und wobei der freitragende Abschnitt des Temperatursensors bezüglich dessen axialer Erstreckung in einer Lateralebene zu einer Statorwicklung definiert ausgerichtet ist. Als Träger für den Temperatursensor kann entweder der Stator selbst oder ein zu diesem benachbartes Element, wie zum Beispiel ein Maschinengehäuse oder eine Zwischenwand einer Baueinheit dienen. Die Anordnung des Temperatursensors mit einer vorgebbaren lateralen Orientierung im Bereich der Wicklung gewährleistet reproduzierbare Messergebnisse und ermöglicht damit eine ausfallsichere und optimierte Steuerung einer elektrischen Maschine.
Insbesondere wird bei einer aus Einzelspulen bestehenden Wicklung eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse und ein schnelles Ansprechen auf Temperaturänderungen erreicht, wenn der freitragende Abschnitt des Temperatursensors in einen zwischen zwei Einzelspulen ausgebildeten Zwischenraum hineinragt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 einen konfektionierten Temperatursensor;
2 eine Darstellung des freitragenden Sensorabschnittes in einem Querschnitt;
3 ein Ausrichtelement in verschiedenen Lagen;
4 eine Anordnung eines Sensors an einem Träger;
5a, b eine Darstellung einer elektrischen Maschine mit einem zwischen zwei Statorspulen angeordneten Temperatursensor.
In 1 ist ein bereits konfektionierter Temperatursensor 10 dargestellt, der einen Sensorkopf 12 mit zwei elektrischen Anschlüssen 12a, b umfasst, die jeweils mittels einer Crimpverbindung an zwei gegenseitig in der Erstreckungsrichtung zueinander versetzten Verbindungsstellen 14a, b mit isolierten elektrischen Verbindungsleitern 16a, b verbunden sind. Der Temperatursensor 10 ist vorliegend als ein NTC- oder PTC-Widerstandselement ausgebildet, was jedoch für die nachfolgende Erläuterungen unbeachtlich ist. Der Temperatursensor 10 umfasst weiter eine äußere Schutzhülle, insbesondere eine Kunststoffhülle 18 beispielsweise in Form eines Schrumpfschlauches, die den Sensorkopf 12 vollständig und die Verbindungsleiter 16a, b zumindest auf einem Teil der Länge umgibt, wobei ist der sensorkopfseitige Endabschnitt der Kunststoffhülle 18 verschlossen ist. Es erkennbar, dass der Sensor 10 etwa stabförmig und im Wesentlichen eindimensional ausgebildet ist und wie in 2 zu sehen, in einer Lateralebene einen, von einem Kreisquerschnitt abweichenden und in Radialrichtung ungleichförmigen, etwa elliptischen äußeren Querschnitt aufweist.
Mit der Bezugsziffer 20 ist ein Ausrichtelement bezeichnet, in welches die beiden Verbindungsleiter 16a, b eingelegt und dort festgelegt sind, so dass eine auf die freien Anschlusssenden der Verbindungsleiter 16a, b einwirkende Zugbelastung nicht auf die Verbindungsstellen 14a, b wirken kann und diese dadurch zugentlastet sind. Neben der Zugentlastung bewirkt das Ausrichtelement 20 auch eine Lageänderung der beiden Verbindungsleiter 16a, b. Diese treten an dem Ausrichtelement 20 von einem hier nicht gezeigten Verschaltungs- oder Anschlusspunkt kommend mit einer vorbestimmten räumlichen Eintrittslage ein und erfahren innerhalb des Ausrichtelements 20, genauer durch eine dort eingebrachte Führungsstruktur eine Lageänderung zu einer gegenüber der Eintrittslage definierten Austrittslage hin, mit welcher die Verbindungsleiter 16a, b aus dem Ausrichtelement 20 in Richtung des Sensorkopfes 12 austreten.
Das besonders gut in 3 in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten gezeigte Ausrichtelement 20 ist hier als Kunststoffspritzteil mit zwei winklig zueinander stehenden Schenkeln 22, 24 ausgebildet. Dabei bildet der Schenkel 22 eine wannenförmige Eingangsstruktur, in deren Boden die Verbindungsleiter 16a, b von einem Anschlusspunkt kommend nebeneinander eingelegt werden können. Der winklig, hier insbesondere rechtwinklig dazu abstehende Schenkel 24 ist außen rohrförmig ausgeführt und bildet eine Ausgangsstruktur. In einem der Schenkel 22, 24 oder zwischen den Schenkeln 22, 24 ist ein hier als scheibenförmige Wand ausgeführter Bereich 26 mit zwei Durchgangsöffnungen 26a, b vorgesehen, welcher bezogen auf eine axiale Erstreckung der Verbindungsleiter 16a, b deren Verdrehung in einer Lateralebene herbeiführt. Es ist in 3 erkennbar, dass am freien Ende der Ausgangsstruktur bzw. des Schenkels 24 eine an den äußeren Querschnitt der Hülle 18 bzw. diesen Querschnitt prägende, angepasste und hier etwa elliptische Ausnehmung bzw. ein Aufnahmeabschnitt 28 vorgesehen ist, welcher den offenen Endabschnitt der Kunststoffhülle 18 einfasst und diesen sowohl radial als auch zumindest in eine Richtung axial fixiert. Die Schutzhülle 18 kann dort zusätzlich durch Kleben oder durch eine gegenseitige Rast- oder Klemmverbindung auch axial beidseitig fixiert werden. Durch diese Ausbildung wird der Sensorkopf 12 mittels der Hülle 18 freitragend an dem Ausrichtelement 20 gehalten.
Die Abwinklung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsstruktur 22, 24 ist so gestaltet, dass die innere Führungsstruktur innerhalb des Ausrichtelementes 20 bezogen auf eine axiale Erstreckung der Verbindungsleiter 16, 18 unter Berücksichtigung eines minimal zulässigen Biegeradius R_min. gewinkelt ausgebildet ist, wie dieses in 1 zu erkennen ist.
Zur definierten Festlegung des Temperatursensors 10 an einer Vorrichtung bzw. an einem Träger 32 ist an dem Ausrichtelement 20 mit Blick auf 4 ein Haltebereich vorgesehen, der im vorliegenden Beispiel an dem rohrförmigen Schenkel 24 eine Ringnut 30 umfasst. In diese Ringnut 30, die hier einen Teil einer Rastverbindung darstellt, kann ein dazu korrespondierender Halteabschnitt 34 bzw. Gegenrastabschnitt des Trägers 32 eingreifen und den Sensor 10 in dessen Haupterstreckungsrichtung als auch lateral dazu sichern, wozu der Haltebereich des Trägers 32 ein bezüglich der Anordnung innerhalb einer Lateralebene eindeutiges Konstruktionsmerkmal aufweist, so dass der Temperatursensor 10 mit dessen Rohrschenkel 24 nur in einer gegenüber dem Träger 32 vorbestimmten Drehlage angeordnet werden kann. Auf diese Weise kann der Temperatursensor 10 gerichtet und in eindeutiger Weise an einem Träger festgelegt werden.
Gemäß einem weitergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigen die 5a, b eine Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine 36 mit einem vorstehend erläuterten Temperatursensor 10, wobei dessen Ausrichtelement 20 hierbei mittels eines zuvor beschriebenen Trägers 32 und mittels eines Stator-Trageringes 40 an oder zu einem Stator 38 der elektrischen Maschine 36 festgelegt ist. Dabei ist der freitragende Abschnitt des Temperatursensors 10 bezüglich dessen axialer Erstreckung in einer Lateralebene zu einer Statorwicklung definiert ausgerichtet. Insbesondere umfasst die Statorwicklung regelmäßig am Umfang des insgesamt kreisförmigen Stators 38 angeordnete Einzelspulen 42, die auf, an einem Statorjoch 44 vorgesehenen Statorzähnen angeordnet sind und wobei jeweils zwischen zwei Spulen 42 ein Zwischenraum 43 in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall ist ein Ausschnitt einer elektrischen Maschine 36 mit einem im Inneren des Stators 38 angeordneten Rotor 46 dargestellt, der um eine Achse A drehbar gelagert ist. Der zwischen zwei Spulen 42 existierende Zwischenraum 43 ist dabei keilförmig und sich nach radial innen verjüngend ausgebildet. Es ist erkennbar, dass der freitragende Abschnitt des Temperatursensors 10 bezüglich der elektrischen Maschine 36 axial in einen solchen Zwischenraum 43 hineinragt, wobei die kürzere Lateralausdehnung des freitragenden Sensorabschnitts in Umfangsrichtung und die längere Lateralausdehnung bezüglich der elektrischen Maschine 36 in Radialrichtung ausgerichtet ist und wobei der Sensorkopf unter Zwischenlagerung der Schutzhülle 18 im Anlage- und Wärmeübertragungskontakt zu den beiden benachbarten Spulen 42 steht.
Bezugszeichenliste

10: Temperatursensor
12: Sensorkopf
12a, b: Anschluss
14a, b: Verbingsstelle
16a, b: Verbindungsleiter
18: Schutzhülle
20: Ausrichtelement
22, 24: Schenkel
26: Wandbereich
26a, b: Öffnung
28: Aufnahmeabschnitt
30: Ringnut
32: Träger
34: Halteabschnitt
36: elektrische Maschine
38: Stator
40: Tragering
42: Spule
43: Zwischenraum
44: Statorjoch
46: Rotor
A: Rotorachse
R_min: Biegeradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19930719 A1 [0001]

Claims

Temperatursensor (10) umfassend – einen Sensorkopf (12) mit zwei elektrischen Anschlüssen (12a, b), die jeweils an Verbindungsstellen (14a, b) mit isolierten elektrischen Verbindungsleitern (16a, b) verbunden sind, und – eine Schutzhülle (18), die den Sensorkopf (12) und die Verbindungsleiter (16a, b) zumindest auf einem Teil der Länge umgibt, wobei der Temperatursensor (10) eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und in einer Lateralebene einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10) ein Ausrichtelement (20) aufweist, in das die Verbindungsleiter (16a, b) mit einer räumlichen Eintrittslage eintreten und innerhalb dessen durch eine Führungsstruktur eine Lageänderung zu einer Austrittslage erfahren und mit dieser aus dem Ausrichtelement (20) austreten, wobei der Sensorkopf (12) freitragend an dem Ausrichtelement (20) gehalten wird.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstruktur bezogen auf eine axiale Erstreckung der Verbindungsleiter (16a, b) zu deren Verdrehung in einer Lateralebene ausgebildet ist.
Temperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstruktur bezogen auf eine axiale Erstreckung der Verbindungsleiter (16a, b) unter Berücksichtigung eines minimal zulässigen Biegeradius (R_min) gewinkelt ausgebildet ist.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtelement (20) einen Aufnahmeabschnitt (28) zur Aufnahme eines Endabschnittes der Schutzhülle (18) aufweist.
Temperatursensor nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtelement (20) einen Haltebereich mit einem bezüglich der Lateralebene eindeutigem Konstruktionsmerkmal zur gerichteten Anordnung des Temperatursensors (10) an einem Träger (32) aufweist.
Temperatursensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebereich eine Rastkontur (30) zur Ausbildung einer Rastverbindung mit einem Träger (32) aufweist.
Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine (36), umfassend einen Temperatursensor (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Ausrichtelement (20) des Temperatursensors (10) zu einem Stator (38) der elektrischen Maschine (36) festgelegt ist und wobei der freitragende Abschnitt des Temperatursensors (10) bezüglich dessen axialer Erstreckung in einer Lateralebene zu einer Statorwicklung definiert ausgerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Statorwicklung Einzelspulen (42) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der freitragende Abschnitt des Temperatursensors (10) in einen zwischen zwei Einzelspulen (42) gebildeten Zwischenraum (43) hineinragt.