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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturmessung, insbesondere zur Temperaturmessung von Statorwicklungen, aufweisend einen Temperatursensor, eine erste Aufnahmehülse zum Aufnehmen und Positionieren des Temperatursensors und aufweisend eine zweite Aufnahmehülse zum Aufnehmen und Positionieren eines länglichen Abschnitts einer Komponente. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Komponente mit einer derartigen Anordnung zur Temperaturmessung.
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Bei hoch beanspruchten Elektromotoren werden an den Statorwicklungen Temperatursensoren eingesetzt, um einen dauerhaften und zuverlässigen Betrieb der Elektromotoren zu gewährleisten. Ein Temperatursensor wird üblicherweise direkt an einer Wicklung platziert. Zum Vermeiden von Störungen und Fehlmessungen durch Luft und Verschmutzung zwischen dem Temperatursensor und der Wicklung ist ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Temperatursensor und der Wicklung notwendig. Des Weiteren erwärmen sich die Statorwicklungen im Betrieb des Elektromotors und können zusammen mit Vibrationen die Temperaturmessung durch den Temperatursensor beeinträchtigen. Die Temperaturmessung muss darüber hinaus trotz Fertigungstoleranzen störungsfrei und präzise erfolgen.
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Es sind bereits unterschiedliche Möglichkeiten zur Temperaturmessung von Statorwicklungen bekannt, bei welchen der Temperatursensor in den Stator geklebt oder in die Statorwicklungen hinein imprägniert ist. Weiterhin sind Temperaturmessungen bekannt, bei welchen der Temperatursensor federnd angeordnet geformt und gegen die Statorwicklung gedrückt montiert wird. Ein derartiger Temperatursensor ist aus der
DE 10 2011 084 229 A1 bekannt. Dabei kann der Temperatursensor direkt oder in einer Aufnahmeröhre positioniert als eine Feder geformt werden, welche radial oder axial gegen eine Statorwicklung gepresst wird. Eine derartig erzeugte Federkraft kann im Vergleich zu konventionellen Axialfedern mittelfristig nachlassen und somit eine zunehmend abweichende Temperaturmessung zur Folge haben.
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Die bereits bekannten Lösungen zum Durchführen von Temperaturmessungen von Statorwicklungen weisen üblicherweise explizite konstruktive Maßnahmen zum Befestigen von Temperatursensoren auf. Derartige konstruktive Maßnahmen beinhalten oftmals Aussparungen, Befestigungsbohrungen, Anschlussbuchsen und dergleichen. Durch die konstruktiven Eingriffe in den Stator können die Herstellungskosten des Elektromotors erhöht und die strukturelle Stabilität des Stators herabgesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum kosteneffizienten und präzisen Messen von Temperaturen an Statorwicklungen zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zur Temperaturmessung bereitgestellt. Die Anordnung weist einen Temperatursensor und eine erste Aufnahmehülse zum Aufnehmen und Positionieren des Temperatursensors auf. Zwischen dem Temperatursensor und einem Endabschnitt der ersten Aufnahmehülse ist eine Feder angeordnet, welche den Temperatursensor beispielsweise von dem Endabschnitt der ersten Aufnahmehülse weggerichtet drückt.
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Des Weiteren weist die Anordnung eine zweite Aufnahmehülse zum Aufnehmen und Positionieren eines länglichen Abschnitts einer Komponente auf. Der längliche Abschnitt der Komponente kann beispielsweise eine aus dem Stator hinausragende Verbindung oder Lötverbindung zwischen zwei elektrisch miteinander verbundenen Wicklungen sein. Alternativ kann der längliche Abschnitt als eine aus dem Stator geführte Wicklung ausgestaltet sein, welche in die zweite Aufnahmehülse hineinsetzbar ist. Die Anordnung und das durch die Anordnung bereitgestellte Verfahren zur Temperaturmessung sind nicht auf den Einsatz in Statorwicklungen von Elektromotoren beschränkt. Beispielsweise können Wicklungen von Transformatoren, Anschlüsse von elektronischen Bauteilen, drahtförmige Abschnitte und dergleichen in die zweite Aufnahmehülse eingesetzt und zum Durchführen einer Temperaturmessung anhand des Temperatursensors verwendet werden.
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Erfindungsgemäß ist die erste Aufnahmehülse mit der zweiten Aufnahmehülse verbindbar, wobei in einem verbundenen Zustand der ersten Aufnahmehülse mit der zweiten Aufnahmehülse der Temperatursensor durch die Feder gegen den Abschnitt der Komponente gepresst ist.
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Die Aufnahmehülsen können im Wesentlichen zylindrisch oder rohrförmig ausgestaltet sein. Insbesondere kann die zweite Aufnahmehülse mit dem Abschnitt der Komponente verrasten bzw. formschlüssig verbinden und somit den Abschnitt der Komponente gegenüber der ersten Aufnahmehülse arretieren. Die erste Aufnahmehülse kann den Temperatursensor gegenüber der zweiten Aufnahmehülse federgespannt arretieren.
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Es wird der Abschnitt der Komponente als Messpunkt für den Temperatursensor verwendet. Durch das Pressen des Temperatursensors über die Feder auf den Abschnitt der Komponente kann eine dauerhafte kontante Anpresskraft realisiert werden, welche in konstanten Messbedingungen und in einer gleichbleibenden Messgenauigkeit resultiert. Die Feder kann beispielsweise eine Axialfeder oder eine Radialfeder sein.
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Der Druck der Feder kann über alle Toleranzlagen und Betriebszustände aufrecht gehalten werden. Die konstruktive Umsetzung der Anordnung kann beispielsweise durch zwei als Pinhülsen ausgestaltete Aufnahmehülsen erfolgen.
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Die zweite Aufnahmehülse wird an der Komponente, wie beispielsweise einem Stator und insbesondere an einer Statorwicklung, befestigt. Die erste Aufnahmehülse nimmt den Temperatursensor mit der Feder auf. Durch das Verbinden der ersten Aufnahmehülse mit der zweiten Aufnahmehülse drückt die Feder den Temperatursensor gegen den durch die zweite Aufnahmehülse aufgenommenen länglichen Abschnitt der Komponente. Hierdurch kann eine technisch einfache und kosteneffiziente Möglichkeit zur Temperaturmessung bereitgestellt werden.
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Der Temperatursensor und der Abschnitt der Komponente können zuverlässig miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn die erste Aufnahmehülse mit der zweiten Aufnahmehülse über eine Schraubverbindung oder über einen Bajonettverschluss miteinander verbindbar sind. Insbesondere kann die erste Aufnahmehülse ein Innengewinde und die zweite Aufnahmehülse ein Außengewinde aufweisen, welche formschlüssig miteinander wechselwirken können. Alternativ kann die erste Aufnahmehülse ein Innengewinde und die zweite Aufnahmehülse ein Außengewinde aufweisen. Analog zu einer Verbindung der Aufnahmehülsen über eine Schraubverbindung kann ein Bajonettverschluss zum dauerhaften Koppeln der Aufnahmehülsen eingesetzt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Aufnahmehülse einteilig ausgeführt, wobei die zweite Aufnahmehülse einen Schlitz zum seitlichen Hineinschieben des Abschnitts der Komponente und zum Arretieren des Abschnitts, insbesondere eines Lötpunkts des Abschnitts, relativ zu der ersten Aufnahmehülse aufweist. Die erste Aufnahmehülse kann hierbei analog zur zweiten Aufnahmehülse einteilig ausgestaltet sein. Die erste Aufnahmehülse kann eine Öffnung an dem Endabschnitt zum Durchführen des Temperatursensors aufweisen. Alternativ kann ein seitlich in den Endabschnitt eingebrachter Schlitz vorgesehen sein, durch welchen der Temperatursensor mit der ersten Aufnahmehülse verrastbar ist. Die zweite Aufnahmehülse kann ebenfalls einen Schlitz aufweisen oder in Form eines Hakens ausgestaltet sein, um den Abschnitt der Komponente formschlüssig zumindest bereichsweise aufzunehmen. Durch diese Maßnahme kann die zweite Aufnahmehülse auch im Bereich von Hinterschneidungen, wie beispielsweise sogenannten Hairpin-Statoren, ohne konstruktive Modifikationen des Stators eingesetzt werden.
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Die zweite Aufnahmehülse kann auch bei komplex geformten Abschnitten der Komponente eingesetzt werden, wenn die zweite Aufnahmehülse zweiteilig ausgestaltet ist und eine Aussparung zum bereichsweisen Aufnehmen des Abschnitts der Komponente aufweist. Die zweiteilig ausgestaltete Aufnahmehülse ist vorzugsweise durch eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte ausbildbar. Dabei können die beiden Hälften der zweiten Aufnahmehülse den Abschnitt der Komponente umgreifen und ein gemeinsames Außengewinde ausbilden. Durch ein Aufschrauben der ersten Aufnahmehülse können die Hälften der zweiten Aufnahmehülse befestigt und als eine Einheit arretiert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Temperatursensor eine endseitige Verbreiterung auf, wobei ein Lagerring zum Spannen des Temperatursensors durch die Feder an die endseitige Verbreiterung anlegbar ist. Durch diese Maßnahme kann der Temperatursensor technisch besonders einfach durch die Feder gespannt bzw. gepresst werden. Die endseitige Verbreiterung kann in Form einer endseitigen Lotkugel oder als eine endseitig verbreiterte Aufnahme für einen Temperatursensor ausgestaltet sein. Der Temperatursensor kann beispielsweise ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer sein.
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Die Feder kann den Temperatursensor präzise entlang einer Achse gegen den länglichen Abschnitt der Komponente drücken, wenn die erste Aufnahmehülse einen Hohlraum zum Aufnehmen der Feder und des Temperatursensors aufweist, wobei die Feder den Temperatursensor aus dem Hohlraum hinausdrückt. Vorzugsweise ist der Hohlraum derart zylindrisch geformt, dass die Feder passgenau hineingleiten und in dem Hohlraum positioniert werden kann. Der Endabschnitt der ersten Aufnahmehülse begrenzt vorzugsweise axial einseitig den Hohlraum. Die Feder kann somit den Temperatursensor von dem Endabschnitt abstoßen. Ein seitliches Verbiegen der Feder wird durch eine Wandung der ersten Aufnahmehülse, welche den Hohlraum radial begrenzt, unterbunden. Der Lagerring kann ein unmittelbares Einwirken der Feder auf den Temperatursensor dämpfen bzw. übertragen. Dabei kann der Lagerring einen Außendurchmesser entsprechend einem Innendurchmesser des Hohlraums aufweisen und somit ein präzises Gleiten ermöglichen. Der Lagerring kann den Temperatursensor axial führen und ein radiales bzw. seitliches Verdrehen oder Verbiegen des Temperatursensors unterbinden. Die Federkraft kann somit präzise auf den Temperatursensor einwirken und den Temperatursensor in einem verbundenen Zustand der ersten Aufnahmehülse mit der zweiten Aufnahmehülse konstant gegen den Abschnitt der Komponente drücken. Durch diese Maßnahme kann die Anpresskraft des Temperatursensors auf den Abschnitt der Komponente und die Messbedingungen für eine Temperaturmessung langfristig konstant aufrechterhalten werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Aufnahmehülse dazu eingerichtet, in den Hohlraum der ersten Aufnahmehülse hineinzuragen und mit der ersten Aufnahmehülse eine formschlüssige Verbindung auszubilden. Durch diese Maßnahme kann die zweite Aufnahmehülse im verbundenen Zustand von der ersten Aufnahmehülse umgriffen und ortsfest fixiert werden. Insbesondere kann die an der Komponente befestigbare zweite Aufnahmehülse besonders kompakt ausgestaltet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Komponente, insbesondere ein Stator oder eine Statorwicklung, bereitgestellt. Die Komponente weist mindestens eine erfindungsgemäße Anordnung zur Temperaturmessung auf.
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Vorzugsweise kann eine zweite Aufnahmehülse formschlüssig an der Komponente bzw. an einem länglichen Abschnitt der Komponente befestigt werden. Dabei kann der längliche Abschnitt beispielsweise analog zu einem Bowdenzug in die zweite Aufnahmehülse hineinragen und mit der zweiten Aufnahmehülse verhaken.
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Die zweite Aufnahmehülse kann anschließend mit der ersten Aufnahmehülse verbunden werden. Dabei wird ein federgespannter Temperatursensor gegen den Abschnitt der Komponente gepresst. Durch diese Maßnahme kann ein Messpunkt für eine Temperaturmessung ausgebildet werden.
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Im verbundenen Zustand der ersten Aufnahmehülse mit der zweiten Aufnahmehülse werden der Temperatursensor und der Messpunkt verkapselt und somit vor äußeren Einflüssen und vor Verschmutzung geschützt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Komponente mit einer Anordnung zur Temperaturmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Lagerings zum Führen eines Temperatursensors,
- 3 eine Schnittdarstellung des Temperatursensors,
- 4 eine Schnittdarstellung der ersten Aufnahmehülse,
- 5 eine perspektivische Darstellung einer einteilig geformten zweiten Aufnahmehülse, und
- 6 eine perspektivische Darstellung einer zweiteilig geformten zweiten Aufnahmehülse.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Komponente 100 mit einer Anordnung 10 zur Temperaturmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Komponente 100 ist als ein Stator mit sogenannten Hairpin-Wicklungen 110 ausgestaltet, welche endseitig miteinander verschweißt oder verlötet sind. Es sind entsprechende Lötpunkte 111 des länglichen Abschnitts 110a der Hairpins 110b schematisch dargestellt. Ein Lötpunkt 111 kann erfindungsgemäß auch als Schweißstelle und ganz allgemein als mechanische Verbindung verstanden werden. Denn aufgrund der hohen Temperaturen ist Löten eher unüblich, vielmehr, speziell beim Hairpin, wird Schweißen als Verbindungstechnik der Einzeldrähte angewandt. Daher sind Hairpins als Wickeltechnik bei der Anwendung der Erfindung vorgesehen. Ein derartiger Lötpunkt 111 kann als Messpunkt zur Temperaturmessung verwendet werden. Die Wicklungen 110 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als längliche Abschnitte 110a der Komponente 100 ausgestaltet.
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Die Lötpunkte 111 bzw. Messpunkte können hierbei als beliebige Verbreiterungen oder Schleifen der Wicklungen 110 ausgestaltet sein.
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An einem Lötpunkt 111 von zwei Hairpins 110b ist eine zweite Aufnahmehülse 40 angeordnet. Auf die zweite Aufnahmehülse 40 ist eine erste Aufnahmehülse 20 geschraubt. Die zweite Aufnahmehülse 40 weist eine Aussparung 41 auf, durch welche die Hairpins 110b bzw. Wicklungen des Stators 100 hindurchragen können. Die Aussparung 41 ist jedoch kleiner als der Lötpunkt 111, wodurch die zweite Aufnahmehülse 40 in Axialrichtung A gerichtet durch den Lötpunkt 111 blockiert ist. Das Positionieren der zweiten Aufnahmehülse 40 an der Komponente 100 ist in der 5 und der 6 veranschaulicht.
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Die erste Aufnahmehülse 20 ist mit der zweiten Aufnahmehülse 40 verschraubt. Hierzu weist die erste Aufnahmehülse 20 einen zylinderförmigen Hohlraum 21 auf, welcher axial endseitig durch einen Endabschnitt 22 begrenzt ist. Der Endabschnitt 22 weist eine Durchführung 23 zum Aufnehmen eines Temperatursensors 30 auf.
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Der Temperatursensor 30 kann in Axialrichtung A durch die als Durchgangsbohrung ausgestaltete Durchführung 23 ragen. In dem Hohlraum 21 sind eine Feder 50 und ein Lagerring 60 angeordnet. Die Feder 50 ist als eine Axialfeder mit einem konstanten Durchmesser ausgestaltet.
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Der Lagerring 60 ist auf dem Temperatursensor 30 angeordnet und kann durch eine endseitige Verbreiterung 31 des Temperatursensors 30 gehalten werden. An einer der endseitigen Verbreiterung 31 entgegengesetzter Seite des Lagerrings 60 ist die Feder 50 angeordnet. Die Feder 50 stößt den Lagerring 60 und die endseitige Verbreiterung 31 des Temperatursensors 30 in Axialrichtung A von dem Endabschnitt 22 der ersten Aufnahmehülse 20 weg.
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Die zweite Aufnahmehülse 40 ist derart dimensioniert, dass sie in den Hohlraum 21 der ersten Aufnahmehülse 20 hineinragend angeordnet und dort mit der ersten Aufnahmehülse 20 verbindbar ist. Dabei kann eine Verbindung 42 zwischen der ersten Aufnahmehülse 20 und der zweiten Aufnahmehülse 40 auf unterschiedliche Arten erfolgen. Beispielsweise kann die Verbindung 42 durch eine Schraubverbindung, Rastverbindung, ein Bajonettverschluss und dergleichen realisiert werden. Dabei kann die Verbindung 42 lösbar oder unlösbar ausgestaltet sein.
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Im verbundenen Zustand der ersten Aufnahmehülse 20 mit der zweiten Aufnahmehülse 40 kann die Feder 50 den Temperatursensor 30 gegen den Messpunkt bzw. den Lötpunkt 111 der Komponente 100 pressen. Dabei kann die in Axialrichtung A gerichtete Anpresskraft der Feder 50 langfristig konstant erhalten werden.
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In der 2 ist eine perspektivische Darstellung des Lagerings 60 zum Führen eines Temperatursensors 30 gezeigt. Der Lagerring 60 kann vorzugsweise entlang des Hohlraums 21 der ersten Aufnahmehülse 20 gleiten und somit den Temperatursensor 30 axial führen. Der Lagerring 60 weist eine Aussparung 61 auf, durch welche ein länglicher Abschnitt 32 des Temperatursensors 30, jedoch nicht die endseitige Verbreiterung 31, hindurchragen kann.
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Der Lagerring 60 ist zylindrisch oder als eine Scheibe geformt und weist eine Durchgangsbohrung als Aussparung 61 auf.
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Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Temperatursensors 30. Der Temperatursensor 30 weist eine endseitige Verbreiterung 31 auf, welche in einen länglichen Abschnitt 32 des Temperatursensors 30 übergeht. Die endseitige Verbreiterung 31 ist kugelförmig ausgestaltet. Dabei kann der Temperatursensor 30 eine Aufnahme 33 zum Aufnehmen eines Thermoelements aufweisen. Alternativ kann die endseitige Verbreiterung 31 als ein Lötpunkt eines Thermoelements ausgestaltet sein.
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In der 4 ist eine Schnittdarstellung der ersten Aufnahmehülse 20 illustriert. Die erste Aufnahmehülse 20 weist einen zylinderförmigen Aufnahmeraum 21 zum Aufnehmen der Feder 50, des Temperatursensors 30 und des Lagerrings 60 auf. Der Hohlraum 21 kann unterschiedliche Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnitten aufweisen, um beispielsweise einen Lagerring 60 mit gegenüber der Feder 50 abweichenden Abmessungen aufzunehmen. Alternativ kann der Hohlraum 21 einen in Axialrichtung A konstanten Querschnitt aufweisen.
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Endseitig kann die erste Aufnahmehülse 20 beispielsweise ein Innengewinde 24 zum Ausbilden der Verbindung 42 aufweisen. Hierzu zeigt die 5 eine perspektivische Darstellung einer einteilig geformten zweiten Aufnahmehülse 40, welche ein dem Innengewinde 24 korrespondierendes Außengewinde 44 aufweist. Durch das Ineinandergreifen des Innengenwindes 24 mit dem Außengewinde 44 kann die Verbindung 42 ausgebildet und die erste Aufnahmehülse 20 mit der zweiten Aufnahmehülse 40 verbunden werden.
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Die einteilige zweite Aufnahmehülse 40 weist eine Aussparung 41 auf, in welche eine oder mehrere Wicklungen 110 hineinragen können. Über einen seitlichen Schlitz 43 kann die Wicklung 110 endseitig in die zweite Aufnahmehülse 40 eingesetzt werden.
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In der 6 ist eine perspektivische Darstellung einer zweiteilig geformten zweiten Aufnahmehülse 40 gezeigt. Die zweite Aufnahmehülse 40 weist eine erste Hälfte 45 und eine zweite Hälfte 46 auf. Das Außengewinde 44 erstreckt sich umfangsseitig über beide Hälften 45, 46. Die Hälften 45, 46 der zweiten Aufnahmehülse 40 können miteinander verbindbar oder lose ausgestaltet sein. Dabei können beide Hälften 45, 46 der zweiten Aufnahmehülse 40 in den Hohlraum 21 der ersten Aufnahmehülse 20 hineinragen und eine gemeinsame Verbindung 42 ausbilden. Insbesondere kann die erste Aufnahmehülse 20 beide Hälften 45, 46 miteinander verbinden und somit den Messpunkt 111 eines länglichen Abschnitts 110a der Komponente 100 ortsfest arretieren.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Komponente / Stator
- 110
- Statorwicklung
- 110a
- länglicher Abschnitt
- 110b
- Hairpin
- 111
- Messpunkt / Lötpunkt
- 10
- Anordnung
- 20
- erste Aufnahmehülse
- 21
- Hohlraum
- 22
- Endabschnitt
- 23
- Durchführung
- 24
- Innengewinde
- 30
- Temperatursensor
- 31
- endseitige Verbreiterung
- 32
- länglicher Abschnitt des Temperatursensors
- 33
- Aufnahme / Durchführung zum Aufnehmen eines Thermoelements
- 40
- zweite Aufnahmehülse
- 41
- Aussparung in der zweiten Aufnahmehülse
- 42
- Verbindung zwischen erster und zweiter Aufnahmehülse
- 43
- seitlicher Schlitz
- 44
- Außengewinde
- 45
- erste Hälfte der zweiteiligen zweiten Aufnahmehülse
- 46
- zweite Hälfte der zweiteiligen zweiten Aufnahmehülse
- 50
- Feder
- 60
- Lagerring
- 61
- Aussparung des Lagerrings
- A
- Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084229 A1 [0003]
