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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturerfassung bei elektrischen Maschinen. Die Vorrichtung zur Temperaturerfassung besteht aus einem Temperatursensor, der einen Temperatursensorchip besitzt, dessen Führungsdrähte mit entsprechenden Leitungsdrähten des Temperatursensors verbunden sind. Ein Sensorhalter dient zur Aufnahme des Temperatursensors.
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Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit Temperaturerfassung. Die elektrische Maschine weist einen Stator mit Statorwicklungen und einen Wicklungskopf auf.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2013 000 949 A1 betrifft eine Temperatursensor-Einheit, die in einem Elektromotor zur Erfassung der Temperatur des Wickelkopfes eines Elektromotors vorgesehen ist. Es ist außerdem ein Austauschen der Temperatursensor-Einheit möglich. Das Sensorgehäuse besitzt einen langgestreckten Einschubbereich, wobei das Messelement gegenüber dem Sensorgehäuse in seiner Lage fixiert ist.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE10 2014 215 916 A1 offenbart eine Sensoreinrichtung für einen Elektromotor sowie einen Elektromotor mit der Sensoreinrichtung. Hierzu wird ein Sensor zur Erfassung der Temperatur in einem Sensorgehäuse angeordnet. Das Sensorgehäuse weist einen Bodenabschnitt mit einem Boden zur Auflage auf den Stator in einer Erfassungsrichtung auf. Der Sensor erfasst die Temperatur über den Boden, wobei der Bodenabschnitt relativ zu einem Basisabschnitt in der Erfassungsrichtung bewegbar angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung ist zum Einsatz in eine Aufnahmeöffnung eines Flansches des Elektromotors ausgebildet.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 102015 203 435 A1 betrifft einen Temperatursensor für elektrische Maschinen, mit einem ersten, einem zweiten Ende und einem Übergangsbereich zwischen beiden Enden. Im Übergangsbereich ist ein Sensorelement und an dem ersten Ende ein Sensoranschluss angeordnet. Zwischen dem Übergangsbereich und dem zweiten Ende ist eine Sensorspitze zur Kontaktierung in einem Messbereich angeordnet. Die Sensorspitze ist aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit und der Hauptkörper ist aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 121 853 A1 wird ein Stator für einen Elektromotor angegeben, mit einem Statorgehäuse, in dem mindestens eine Statorwicklung aufgenommen ist. Auf einem Stützkörper ist die mindestens eine Statorwicklung gehalten. Ein Temperatursensor zur Temperaturüberwachung ist in einer Ausnehmung des Stützkörpers gehalten. Der Stützkörper ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, in dem die Ausnehmung für den Temperatursensor erzeugt ist.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2017 215 091 A1 betrifft eine Anordnung zur Kontaktierung eines Temperatursensors an einem Wickelkopf einer Elektromaschine, insbesondere an einem Wickelkopf eines Stators derselben. Die Kontaktierung des Temperatursensors erfolgt mittels eines Befestigungselements, wobei der Wickelkopf durch eine, zwei oder mehr Drahtwicklungen gebildet ist. Das Befestigungselement ist zumindest auf eine Drahtwicklung des Wickelkopfes aufgesetzt und mit derselben verbunden.
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Gemäß dem Stand der Technik wird zur Messung der Wicklungstemperatur einer elektrischen Maschine die Temperatur im Bereich des sogenannten Wickelkopfes erfasst. Dabei handelt es sich um denjenigen Bereich der Wicklung, in dem die linear angeordneten Abschnitte der Wicklung, also die Stränge, durch bogenförmige Abschnitte des Wicklungsdrahtes miteinander verbunden sind. Da die üblichen Wickelköpfe geometrisch nicht genau gefertigt werden können, ist eine Ankopplung eines Temperatursensors von außen nicht oder nur sehr schwer möglich. Die Geometrie der für eine Ankopplung eines Temperatursensors prinzipiell geeigneten Kontaktflächen am Wickelkopf ist nicht genau definiert und unterliegt bei der Herstellung großen Schwankungen.
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Aus den genannten Gründen wird der Temperatursensor, üblicherweise ein NTC-Element, in den Wickelkopf bzw. zwischen zwei Wickelköpfe eingesetzt und dort zusammen mit dem Wicklungsdraht in Isolierlack eingegossen. Die freibleibenden Drahtenden des Temperatursensors werden aus der elektrischen Maschine heraus geführt. Da die genannten Temperatursensoren durch das Vergießen mit dem Wicklungsdraht nicht austauschbar sind, werden in die Wicklung mehrere Temperatursensoren eingesetzt, so dass bei Ausfall eines Sensors die Temperatursignale von dem oder von den verbleibenden Sensoren geliefert werden. Die Temperaturerfassung erfolgt also redundant durch mehrere Sensoren.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Vorrichtung zur Temperaturerfassung für eine elektrische Maschine derart zu gestalten, dass unterschiedliche Anbindungskonzepte der Vorrichtung zur Temperaturerfassung realisiert werden können und dass die Vorrichtung zur Temperaturerfassung bei Bedarf austauschbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Temperaturerfassung für eine elektrische Maschine, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine mit Temperaturerfassung zu schaffen, bei dem ein Temperatursensorkörper zur Temperaturerfassung bei Bedarf einfach, schnell und sicher austauschbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 8 umfasst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperaturerfassung bei elektrischen Maschinen zeichnet sich dadurch aus, dass ein Temperatursensorkörper, der den Temperatursensorchip des Temperatursensors umgibt, quaderförmig ausgebildet ist. Es sind mehrere nach innen gerichtete Vorsprünge des Sensorhalters vorgesehen, die den Temperatursensorkörper des Temperatursensors kraftschlüssig und lösbar im Sensorhalter haltern. Der Temperatursensorkörper verklemmt im Sensorhalter und geht somit auf Pressung.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der Temperatursensorkörper bei Ausfall des Temperatursensorchips oder einer sonstigen Beschädigung des Temperatursensors, einfach und schnell aus dem Sensorhalter entnommen und ein neuer Temperatursensorkörper schnell und positionsgenau in den Sensorhalter eingesetzt werden kann.
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Der Temperatursensorkörper ist derart ausgestaltet, dass er den Temperatursensorchip, die Führungsdrähte des Temperatursensorchips und die Verbindung zu den Leitungsdrähten des Temperatursensors vollständig umgibt. Die Leitungsdrähte des Temperatursensors werden vom Temperatursensorkörper nur zum Teil umgeben, so dass diese an den Temperatursensorkörper sicher angebunden sind.
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Der quaderförmige Temperatursensorkörper besteht aus einem Schrumpfschlauch, der nach dem Schrumpfen eine im Wesentlichen rechteckige Quaderform annimmt. Der durch den Schrumpfschlauch gebildete Temperatursensorkörper umschließt somit das Paar der Führungsdrähte, die elektrisch mit dem Temperatursensorchip verbunden sind und einen Teil der Leitungsdrähte. Die Leitungsdrähte sind jeweils mit den Führungsdrähten verschweißt.
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Der Sensorhalter besteht aus einem Boden, zwei kurzen Seitenwänden und zwei langen Seitenwänden. Dadurch bildet der Sensorhalter im Wesentlichen eine Wannenform, in der der Temperatursensorkörper aufgenommen werden kann. Die zwei langen Seitenwände haben jeweils mindestens einen nach innen gerichteten Vorsprung ausgebildet, die den Temperatursensorkörper kraftschlüssig klemmend und lösbar um den Sensorhalter haltern. Eine der kurzen Seitenwände hat Ausformungen für die Durchführung und Montage der Leitungsdrähte des Temperatursensorchips ausgebildet. Mittels der Ausformungen können die Leitungsdrähte außerhalb des Temperatursensorkörpers gezogen werden. Durch die Ausformungen in eine der kurzen Seitenwände können somit die Leitungsdrähte ebenfalls im Sensorhalter fixiert werden.
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Durch die im Wesentlichen rechteckige Quaderform des Schrumpfschlauchs (Temperatursensorkörpers) besitzt dieser eine Erfassungsfläche, die mit der Erfassungsobjektoberfläche in Kontakt kommt. Die Erfassungsfläche ist ein ebene und stabile Fläche des Temperatursensorkörpers, die flächenbündig am Boden des Sensorhalters anliegt. Ebenso liegt durch die Befestigung des Temperatursensorkörpers im wannenförmigen Sensorhalter mindestens die Erfassungsfläche des Temperatursensorkörpers nach außen frei. Bevorzugt ist der Sensorhalter als ein Spritzgussbauteil aus einem Kunststoff gefertigt.
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Ferner offenbart die Erfindung eine elektrische Maschine (Elektromotor) mit einer Temperaturerfassung, wobei die elektrische Maschine einen Stator mit Statorwicklungen und einen Wicklungskopf aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Sensorhalter an einer Stelle außerhalb der Statorwicklung bzw. des Wickelkopfes angebracht. Ein Temperatursensor ist derart ausgebildet, dass er zumindest einen Temperatursensorchip, Führungsdrähte und entsprechende Leitungsdrähte umfasst. Ein Temperatursensorkörper umgibt den Temperatursensorchip, die Führungsdrähte des Temperatursensorchips und Verbindungen zu den Leitungsdrähten des Temperatursensors vollständig. Die Leitungsdrähte des Temperatursensors werden durch den Temperatursensorkörper nur zum Teil umschlossen. Zwei lange und gegenüberliegende Seitenwände des Sensorhalters haben jeweils mindestens einen nach innen gerichteten Vorsprung ausgebildet, womit der Temperatursensorkörper kraftschlüssig und lösbar im Sensorhalter gehaltert ist.
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Der Temperatursensorkörper wird somit durch die Vorsprünge (Verrastungen) an den langen Seitenwänden verklemmt und geht somit auf Pressung. Durch die Ausformungen für die Durchführung und Montage der Leitungsdrähte in einer der kurzen Seitenwände des Sensorhalters können die Leitungsdrähte ebenfalls im bzw. am Sensorhalter fixiert werden. Bevorzugt hat jede der langen Seitenwände jeweils zwei Vorsprünge ausgebildet, um für die Klemmung des Temperatursensorkörpers im Sensorhalter zu sorgen. Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Vorsprünge nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden kann.
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Der Vorteil der gegenwärtigen Erfindung ist, dass der Temperatursensor in einem Sensorhalter lösbar fixiert werden kann, um unterschiedliche Anbindungskonzepte für die unterschiedlichen Wickeltechnologien (Einzelzahn-, Hairpin- oder Wellenwicklung) zu ermöglichen. Dabei wird der Temperatursensor nicht innerhalb der Wicklung bzw. des Wickelkopfes angeordnet, um dort direkt die Temperatur zu messen, sondern die zu messende Temperatur mittels geeigneter Anbindung an einer Stelle außerhalb der Wicklung zu leiten, die aufgrund ihrer definierten Geometrie für die Unterbringung eines Temperatursensors gut geeignet ist. Hierdurch wird einerseits der Vorteil erzielt, dass der Temperatursensor nicht in die Wicklung eingebracht werden muss, andererseits ist es bei Bedarf auf einfache Weise möglich, den Temperatursensor auszutauschen. Durch den Sensorhalter für den Temperatursensorkörper ergeben sich ganz neue Anbindungskonzepte für den Temperatursensor.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Temperatursensorkörpers, der den Temperatursensor umgibt;
- 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensorhalter zur Aufnahme des Temperatursensorkörpers;
- 3 zeigt eine Montagerichtung des Temperatursensorkörpers in Bezug auf den Sensorhalter;
- 4 zeigt eine Draufsicht auf den Sensorhalter und den im Sensorhalter montierten und gehalterten Temperatursensorkörper des Temperatursensors;
- 5 zeigt eine schematische Ansicht der Anbringung des Temperatursensors in der elektrischen Maschine.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Temperatursensors 1, der von einem Temperatursensorkörper 2 umgeben ist. Im Temperatursensorkörper 2 ist ein Temperatursensorchip 4 eingegossen. Der Temperatursensorchip 4 ist bevorzugt als ein NTC- oder PTC-Widerstandselement ausgebildet. Ebenfalls ist ein Paar Führungsdrähte 6 vorgesehen, die elektrisch mit dem Temperatursensorchip 4 verbunden sind. Der Temperatursensor 1 besitzt Leitungsdrähte 5, die wiederum jeweils über eine entsprechende Verbindung 7 mit den Führungsdrähten 6 des Temperatursensorchips 4 verschweißt bzw. elektrisch leitend verbunden sind. Der Temperatursensorkörper 2 umgibt sowohl den Temperatursensorchip 4, die Führungsdrähte 6 als auch einen Teil der Leitungsdrähte 5. Der Temperatursensorkörper 2 besitzt eine im Wesentlichen rechteckige Quaderform.
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Der Temperatursensorkörper 2 wird mittels eines Schrumpfschlauchs 10 realisiert. Dieser Schrumpfschlauch 10 weist eine im Wesentlichen rechteckige Quaderform auf und definiert somit eine Erfassungsfläche 12, über die die Temperatur erfasst wird. Die Erfassungsfläche 12 des Temperatursensorkörpers 2 ist als ebene und stabile Fläche ausgebildet und ist somit, wie in 3 gezeigt, mit dem Boden 13 des Sensorhalters 9 in vollflächigen Kontakt, wenn der Temperatursensorkörper 2 im Sensorhalter 9 montiert ist.
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2 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensorhalter 9 zur Aufnahme des Temperatursensorkörpers 2 (siehe 1). Der Sensorhalter 9 besteht aus einem Boden 13, zwei kurzen Seitenwänden 14 und zwei langen Seitenwänden 16. Eine der kurzen Seitenwände 14 hat Ausformungen 17 für die Durchführung bzw. Montage der beiden Leitungsdrähte 5 (siehe 1) des Temperatursensorchips 4 ausgebildet. Der Sensorhalter 9 hat im Wesentlichen eine Wannenform, so dass der Sensorhalter 9 gegenüber dem Boden 13 offen und frei zugänglich ist. Die beiden langen Seitenwände 16 haben jeweils zwei nach Innen gerichtete Vorsprünge 18 ausgeformt. Diese Vorsprünge 18 dienen zum sicheren und lösbaren Haltern des Temperatursensorkörpers 2 im Sensorhalter 9. Bevorzugt ist der Sensorhalter 9 durch Kunststoff-Spritzgießen geformt.
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3 zeigt eine Montagerichtung M des Temperatursensorkörpers 2 des Temperatursensors 1 im Sensorhalter 9. Dabei wird der Temperatursensorkörper 2 gleichmäßig und parallel, wie durch Montagerichtung M dargestellt, in den Sensorhalter 9 eingesetzt. Zum Ende der Montage des Temperatursensorkörpers 2 in den Sensorhalter 9 sollen die Erfassungsfläche 12 des Temperatursensorkörpers 2 und der Boden 13 des Sensorhalters 9 parallel zueinander ausgerichtet sein. Die Leitungsdrähte 5 des Temperatursensors 1 sind ebenfalls parallel zu den Ausformungen 17 in einer der kurzen Seitenwände 14 des Sensorhalters 9 ausgerichtet.
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4 zeigt eine Draufsicht auf den Sensorhalter 9 und den im Sensorhalter 9 montierten und gehalterten Temperatursensorkörper 2 des Temperatursensors 1. Der Temperatursensorkörper 2 wird durch die Vorsprünge 18 der langen Seitenwände 16 des Sensorhalters 9 geklemmt und geht somit auf Pressung. Der Temperatursensorkörper 2 ist somit kraftschlüssig und lösbar im Sensorhalter 9 gehaltert. Die Stellen des Sensorhalters 9, an denen die kraftschlüssige Halterung stattfindet, sind mit jeweils einem gestrichelt-gepunkteten Bereich B1 gekennzeichnet.
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Die Leitungsdrähte 5 des Temperatursensors 1 sind mittels der beiden Ausformungen 17 außerhalb des Sensorhalters 9 geführt. Durch die Ausformungen 17 können somit die Leitungsdrähte 5 ebenfalls im Sensorhalter 9 lösbar fixiert werden. Die Fixierung der Leitungsdrähte 5 des Temperatursensors 1 ist mit einem gestrichelten Bereich B2 gekennzeichnet.
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5 zeigt eine schematische Ansicht der Anbringung des Temperatursensors 1 in der elektrischen Maschine 30. Die elektrische Maschine 30 ist als Ausschnitt einer Längsschnittdarstellung gezeigt. Die elektrische Maschine 30 weist ein Motorgehäuse 31 auf, welches mit einem Flansch 32 versehen ist. Der Flansch 32 bildet insbesondere ein Lagerschild der elektrischen Maschine 30. In dem Motorgehäuse 31 ist ein Stator 33 angeordnet. Der Stator 33 bzw. auch das Motorgehäuse 31 definieren eine Hauptachse H, welche der Motorachse entspricht. Der Stator 33 weist ein Blechpaket 34 auf, welches aus einer Vielzahl von Blechlamellen aufgebaut ist. Auf einer axialen Stirnseite des Blechpakets 34 ist ein Spulenkörper 35 angeordnet, in dem schematisiert dargestellt Wicklungen einer Statorwicklung 36 angeordnet sind. In dem axialen Endbereich des Stators 33 wird die Statorwicklung 36 auch als Wicklungskopf 37 bezeichnet. Der Spulenkörper 35 weist einen in axialer Richtung geöffneten Aufnahmeraum 38 auf, welcher in seiner Gesamtheit als ein Ringraum ausgebildet und in dem der Wicklungskopf 37 angeordnet ist. In axialer Erstreckung ist zwischen dem Flansch 32 und dem Blechpaket 34 bis zu einer Zylindermantelgrenze 40 eine Vergussmasse 39 eingebracht.
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Wie der Darstellung der 5 entnommen werden kann, ist der Temperatursensor 1 außerhalb der Statorwicklung 36 angeordnet. Der Temperatursensor 1 ist hierzu in einem Sensorhalter 9 fixiert. Mittels des Sensorhalters 9 können unterschiedliche Anbindungskonzepte für die unterschiedlichen Wickeltechnologien (Einzelzahn-, Hairpin- oder Wellenwicklung) ermöglicht werden. Dadurch ist der Temperatursensor 1 nicht innerhalb der Statorwicklung 36 bzw. des Wickelkopfes 37 angeordnet. Die zu messende Temperatur wird mittels einer geeigneten Anbindung an eine Stelle 20 außerhalb der Statorwicklung 36 bzw. des Wickelkopfes 37 gemessen. Die Stelle 20 ist aufgrund ihrer definierten Geometrie für die Unterbringung eines Temperatursensors 1 gut geeignet. Hierdurch wird einerseits der Vorteil erzielt, dass der Temperatursensor 1 nicht in die Wicklung eingebracht werden muss, andererseits ist es bei Bedarf auf einfache Weise möglich, den Temperatursensor 1 auszutauschen. Durch den Sensorhalter 9 für den Temperatursensor 1 ergeben sich ganz neue Anbindungskonzepte für den Temperatursensor 1.
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Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele der darin erwähnten Vorteile durch die vorhergehende Beschreibung verständlich werden. Es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in Form, Konstruktion und Anordnung der Bauteile durchgeführt werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen. Die beschriebene Form ist lediglich erklärend, und es ist die Absicht der beigefügten Ansprüche, solche Änderungen zu umfassen und einzuschließen. Dementsprechend sollte der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperatursensor
- 2
- Temperatursensorkörper
- 4
- Temperatursensorchip
- 5
- Leitungsdrähte
- 6
- Führungsdraht
- 7
- Verbindung
- 9
- Sensorhalter
- 10
- Schrumpfschlauch
- 12
- Erfassungsfläche
- 13
- Boden
- 14
- kurze Seitenwand
- 16
- lange Seitenwand
- 17
- Ausformung
- 18
- Vorsprung
- 20
- Stelle
- 30
- elektrische Maschine
- 31
- Motorgehäuse
- 32
- Flansch
- 33
- Stator
- 34
- Blechpaket
- 35
- Spulenkörper
- 36
- Statorwicklung
- 37
- Wicklungskopf
- 38
- Aufnahmeraum
- 39
- Vergussmasse
- 40
- Zylindermantelgrenze
- B1
- Bereich
- B2
- Bereich
- H
- Hauptachse
- M
- Montagerichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013000949 A1 [0003]
- DE 102014215916 A1 [0004]
- DE 102015203435 A1 [0005]
- DE 102016121853 A1 [0006]
- DE 102017215091 A1 [0007]
