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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs, wie diese beispielsweise mit der
DE 10 2010 030 968 B4 bekannt geworden ist.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Temperatursensor zur Erfassung einer Statorwicklungstemperatur einer elektrischen Maschine blind, d.h. bei geschlossenem Maschinengehäuse, von außen an einer gewünschten Position an der im Maschineninneren befindlichen Statorwicklung zu montieren.
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Bei der Montage eines Temperatursensors kann infolge von Fertigungstoleranzen nicht ausgeschlossen werden, dass eine Radial- und/oder Umfangslage eines axialseitigen Sensor-Gehäusedurchgriffes von derjenigen eines vorbestimmten Montageortes des Sensorkopfes abweicht. Der Temperatursensor an sich ist flexibel, was zur Ermöglichung einer gewissen Selbstjustage von Vorteil sein kann, jedoch den Nachteil mit sich bringt, dass dieser beim axialen Einführen in den Maschineninnenraum in Umfangsrichtung oder radial in einer unbestimmten Weise auswandern kann, wodurch der Sensorkopf nicht in die gewünschte Position an der Statorwicklung gebracht werden kann. Dabei besteht zusätzlich auch bei Anwendung unverhältnismäßiger großer Montagekräfte die Gefahr einer Beschädigung des Sensorkopfes. Dieses ist von besonderer Bedeutung, wenn der Sensorkopf an einer definierten Position der Wicklung innerhalb eines keilförmigen Spulenzwischenraumes zur Anlage an zumindest eine der Spulen gelangen soll.
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Von dem vorgenannten Problem ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine gattungsgemäße Anordnung zur Erfassung einer Wicklungstemperatur einer elektrischen Maschine so zu verbessern, dass ein von einer Maschinenaußenseite blind zu montierender Temperatursensor zu einer definierten Anlage an der Statorwicklung kommt.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird mittels einer Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine bereitgestellt mit einem Temperatursensor, der eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der endseitig einen Sensorkopf mit Anschlussleitern aufweist, wobei ein freitragender Abschnitt des Temperatursensors durch eine Gehäuseöffnung in die elektrische Maschine hineinragt und in einen zwischen zwei Spulen der Statorwicklung gebildeten Zwischenraum eingreift und sich mit der Statorwicklung im Wärmeübertragungskontakt befindet. Diese Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich der Gehäuseöffnung ein Sensor-Führungselement angeordnet ist, durch welches der Temperatursensor beim Einführen in den Zwischenraum auf zumindest einem Teil eines Einführweges geführt und in dessen Einbaulage gehalten wird.
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Durch die vorgeschlagene Anordnung kann ein Auswandern des Temperatursensors während der Montage von der Maschinenaußenseite weitestgehend vermieden und eine vorgesehene Anlageposition des Sensors reproduzierbar eingestellt werden. Im Ergebnis kann die Ansteuerung der elektrischen Maschine auf Grundlage der von dem Sensor erzeugten Temperaturmesswerte verbessert werden. Das Sensor-Führungselement kann beispielsweise eine rohrförmige oder auch eine plattenförmige Gestalt aufweisen und bevorzugt aus einem Kunststoff ausgeführt sein. Das Führungselement kann vor dem Einführen des Temperatursensors leicht von der Außenseite des Maschinengehäuses in die dafür vorgesehene Gehäuseöffnung eingesetzt und dort gegebenenfalls fixiert werden.
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In den unabhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Zur weiteren Montagevereinfachung kann vorgesehen werden, dass das Sensor-Führungselement einen Führungskanal aufweist, der in einer Einführrichtung des Temperatursensors verjüngend ausgebildet ist. Insbesondere kann der Führungskanal in Axialrichtung der elektrischen Maschine radial verjüngend ausgebildet sein. Im Weiteren kann der Führungskanal in Axialrichtung der elektrischen Maschine auch in Umfangsrichtung verjüngend ausgebildet sein. Durch beide Maßnahmen wird eine vergleichsweise große Einführöffnung für ein leichtes Einfädeln des Sensors ermöglicht, wobei eine Verengung des Führungskanals erst mit der weiteren axialen Erstreckung des Sensor-Führungselements erfolgt. Das Sensor-Führungselement kann zu diesem Zweck z.B. im Wesentlichen trichterförmig ausgebildet sein.
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Mit besonderem Vorteil erstreckt sich das Sensor-Führungselement bis in den Spulen-Zwischenraum hinein, wobei dieses bis unmittelbar an die Anlageposition des Sensorkopfes an der Wicklung erfolgen kann.
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Im Zusammenhang mit der Erstreckung des Sensor-Führungselements bis in den Spulenzwischenraum kann dieses zu der Gehäuseöffnung einen lateralen Spielraum aufweisen, wodurch sich das Führungselement beim Einführen unter Ausnutzung dieses Spielraums selbst justieren kann und wodurch somit eine Lageabweichung der Gehäuseöffnung zu einem Spulenzwischenraum ausgeglichen werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Temperatursensor ein Anschlussleiter-Ausrichtelement auf, welches bezogen auf eine axiale Erstreckung der Anschlussleiter des Sensorkopfes zu deren Verdrehung in der Lateralebene ausgebildet ist und wobei die Anschlussleiter bezüglich der elektrischen Maschine radial in dem Zwischenraum ausgerichtet sind. Das bedeutet, dass damit die räumliche Lage eines im Querschnitt nicht-kreisförmigen und z.B. ellipsenförmigen Temperatursensors definiert eingestellt werden kann.
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Mit noch weiteren Vorteil können der Temperatursensor und das Führungselement mittels eines Fixerelements gemeinsam an der Gehäuseöffnung der elektrischen Maschine festgelegt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen konfektionierten Temperatursensor;
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2 eine Darstellung des freitragenden Sensorabschnittes in einem Querschnitt;
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3 ein Anschlussleiter-Ausrichtelement in verschiedenen Lagen;
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4 eine Anordnung eines Sensors an einem Träger;
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5a, b eine Darstellung einer elektrischen Maschine mit einem zwischen zwei Statorspulen angeordneten Temperatursensor;
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6 eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung mit einem Sensorführungselement;
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7 eine Darstellung eines Sensorführungselements.
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In 1 ist ein bereits konfektionierter Temperatursensor 10 dargestellt, der einen Sensorkopf 12 mit zwei Anschlüssen 12a, b umfasst, die jeweils mittels einer Crimpverbindung an zwei gegenseitig in der Erstreckungsrichtung zueinander versetzten Verbindungsstellen 14a, b mit isolierten Anschlussleitern 16a, b verbunden sind. Der Temperatursensor 10 ist vorliegend als ein NTC- oder PTC-Widerstandselement ausgebildet, was jedoch für die nachfolgenden 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 Anschlussleiter 16a, b zumindest auf einem Teil der Länge umgibt, wobei 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.
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Mit der Bezugsziffer 20 ist ein Anschlussleiter-Ausrichtelement bezeichnet, in welches die beiden Anschlussleiter 16a, b eingelegt und dort festgelegt sind, so dass eine auf die freien Anschlussenden der Anschlussleiter 16a, b einwirkende Zugbelastung nicht auf die Verbindungsstellen 14a, b wirken kann und diese dadurch zugentlastet sind. Neben der Zugentlastung bewirkt das Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 auch eine Lageänderung der beiden Anschlussleiter 16a, b. Diese treten an dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 von einem hier nicht gezeigten Verschaltungs- oder Anschlusspunkt kommend mit einer vorbestimmten räumlichen Eintrittslage ein und erfahren innerhalb des Anschlussleiter-Ausrichtelements 20, genauer durch eine dort eingebrachte Führungsstruktur eine Lageänderung zu einer gegenüber der Eintrittslage definierten Austrittslage hin, mit welcher die Anschlussleiter 16a, b aus dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 in Richtung des Sensorkopfes 12 austreten.
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Das besonders gut in 3 in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten gezeigte Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 ist hier als ein elastisches Kunststoffspritzteil mit zwei winklig zueinander stehenden Schenkeln 22, 24 ausgebildet. Die winklige Ausgestaltung des Anschlussleiter-Ausrichtelementes ist jedoch keinesfalls zwingend, vielmehr kann diese grundsätzlich frei an die an einem Montageort vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden. Vorliegend bildet der Schenkel 22 eine wannenförmige Eingangsstruktur, in deren Boden die Anschlussleiter 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 Anschlussleiter 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 Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 gehalten.
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Die Abwicklung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsstruktur 22, 24 ist so gestaltet, dass die innere Führungsstruktur innerhalb des Anschlussleiter-Ausrichtelementes 20 bezogen auf eine axiale Erstreckung der Anschlussleiter 16a, b unter Berücksichtigung eines minimal zulässigen Biegeradius Rmin. gewinkelt ausgebildet ist, wie dieses in 1 zu erkennen ist.
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Zur definierten Festlegung des Temperatursensors 10 an einer Vorrichtung bzw. an einem Trägerelement 32 ist an dem Anschlussleiter-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 Trägerelements 32 eingreifen und den Sensor 10 in dessen Haupterstreckungsrichtung als auch lateral dazu sichern, wozu der Haltebereich des Trägerelements 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 Trägerelement 32 vorbestimmten Drehlage angeordnet werden kann. Auf diese Weise kann der Temperatursensor 10 räumlich gerichtet und in eindeutiger Weise an einem Trägerelement festgelegt werden.
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Die 5a, b zeigen eine Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine 36 mit einem vorstehend erläuterten Temperatursensor 10, wobei dessen Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 hierbei mittels eines zuvor beschriebenen Trägerelements 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 einer oder beiden benachbarten Spulen 42 steht.
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6 zeigt eine weitere Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine 36 mit einem vorstehend beschriebenen Temperatursensor 10, der wiederum eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der endseitig einen in einer Schutzhülle 18 befindlichen Sensorkopf 12 mit Anschlussleitern 16a, b aufweist. Der freitragende Abschnitt des Temperatursensors 10 ragt mittels eines in der vorhergehenden Beschreibung erläuterten abgewinkelten Anschlussleiter-Ausrichtelements 20 durch eine stirnseitige Öffnung 48 des Gehäuses 41 axial in die elektrische Maschine 36 hinein und greift in einen zwischen zwei Spulen 42 der Statorwicklung gebildeten Zwischenraum 43 ein. Der Sensorkopf 12 befindet sich dort mit der Statorwicklung, das heißt mit einer oder beiden Spulen 42 im Wärmeübertragungskontakt. Das hier aus einem Elastomerwerkstoff gefertigte Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 ist auch hierbei bezogen auf eine axiale Erstreckung der Anschlussleiter 16a, b des Sensorkopfes 12 zu deren Verdrehung in der Lateralebene ausgebildet, wobei die Anschlussleiter 16a, b bezüglich der elektrischen Maschine 36 radial in dem keilförmigen Zwischenraum 43 ausgerichtet sind, wie dieses bereits in 5b dargestellt ist.
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Es ist in 6 erkennbar, dass im Bereich der Gehäuseöffnung 48 ein Sensor-Führungselement 50 mit einem Führungskanal 52 angeordnet ist, durch welches der Temperatursensor 10 beim Einführen in den Spulen-Zwischenraum 43 auf zumindest auf einem Teil eines Einführweges geführt und in dessen Einbaulage gehalten wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Sensor-Führungselement 50 axial bis in den Zwischenraum 43 hinein.
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7 zeigt das hierbei als ein zumindest teilweise offenes und im Wesentlichen trichter- bzw. tüllenförmig geformtes Sensor-Führungselement 50 aus Kunststoff, dessen Führungskanal 52 in Axialrichtung der elektrischen Maschine 36 radial als auch in Umfangsrichtung verjüngend ausgebildet ist. Durch diese Ausbildung kann der Temperatursensor 10 einerseits eine beabsichtigte Radiallage zu den Statorspulen 42 einnehmen. Durch die Verengung des Führungskanals 52 in Umfangsrichtung wird eine feste Anlage des Temperatursensors 10 an die Wicklung ermöglicht, wobei sich der Sensor 10 an einem benachbarten Wandungsbereich 54 des Sensor-Führungselements 50 abstützt, welcher in der Einführrichtung des Sensors 10 keilförmig und dazu beispielsweise mit einer ansteigenden Wandstärke ausgebildet ist. Zur axialen Abstützung ist an dem Sensor-Führungselement 50 ein Ringkragen 56 ausgeführt, welcher an der Außenseite des Gehäuses 41 aufliegt und sich dort abstützt. An dem Ringkragen 56 ist zur Aufnahme des Anschlussleiter-Ausrichtelements 20 eine Aussparung 58 vorgesehen, wobei sich das Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 axial im Wesentlichen nicht über als Quetschrippen fungierende Distanzstege 60 erhebt. Der maximale Außendurchmesser bzw. die max. Breite des sich durch das Maschinengehäuse 41 erstreckenden Abschnitts ist etwas geringer als die lichte Weite der Gehäuseöffnung 48 gewählt, so dass sich das Sensor-Führungselement 50 zumindest in Umfangsrichtung unter Ausnutzung des sich somit ergebenden Lateralspiels zu der Gehäuseöffnung 48 selbst justieren kann und im Wesentlichen ohne Verspannungen in einen Spulen-Zwischenraum 43 einführbar ist.
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Die Fixierung des Temperatursensors 10 und des Führungselements 50 erfolgt gemeinsam mittels eines am Gehäuse 41 festgelegten Halteelements 62, vorliegend eines Haltblechs, welches axial an die Quetschrippen 60 angepresst wird und dabei den Ringkragen 56 des Sensor-Führungselementes 50 an das Gehäuse 41 drückt und gleichzeitig das elastische Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 verformt, dass dieses dicht an der Innenfläche des Führungselements 50 und einem Randbereich der Gehäuseöffnung 48 anliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Temperatursensor
- 12
- Sensorkopf
- 12a, b
- Anschluss
- 14a, b
- Verbindungsstelle
- 16a, b
- Anschlussleiter
- 18
- Schutzhülle
- 20
- Anschlussleiter-Ausrichtelement
- 22, 24
- Schenkel
- 26
- Wandbereich
- 26a, b
- Öffnung
- 28
- Aufnahmeabschnitt
- 30
- Ringnut
- 32
- Trägerelement
- 34
- Halteabschnitt
- 36
- elektrische Maschine
- 38
- Stator
- 40
- Tragering
- 41
- Gehäuse
- 42
- Spule
- 43
- Zwischenraum
- 44
- Statorjoch
- 46
- Rotor
- 48
- Gehäuseöffnung
- 50
- Sensor-Führungselement
- 52
- Führungskanal
- 54
- Wandungsbereich
- 56
- Ringkragen
- 58
- Aussparung
- 60
- Distanzsteg
- 62
- Halteelement
- A
- Rotorachse
- Rmin
- Biegeradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010030968 B4 [0001]
