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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus
US 2013/0270973 A1 , sind elektrische Maschinen bekannt, in welchen Temperatursensoren an Steckwicklungen der elektrischen Maschine befestigt werden, um die Temperatur der Steckwicklungen zu messen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist den Vorteil auf, dass eine Halterung für einen Temperatursensor, welche den Temperatursensor in thermischen Kontakt mit einer Wicklung in der elektrischen Maschine bringt, zerstörungsfrei lösbar ausgestaltet ist. Dadurch kann der Temperatursensor, beispielsweise im Falle eines Defekts, in der elektrischen Maschine mit besonders hoher Leichtigkeit ausgetauscht werden. Dafür weist die elektrische Maschine einen Stator mit einer elektrischen Steckwicklung, einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur an einer Stelle der elektrischen Steckwicklung und eine Halterung für einen Temperatursensor auf. Der Temperatursensor weist ein Sensorelement zur Messung der Temperatur auf. Die Steckwicklung ist aus einer Vielzahl stabförmiger oder haarnadelförmiger Leiterelemente gebildet, wobei die Leiterelemente Leiterenden aufweisen, die einen Wickelkopf der Steckwicklung bilden. Hierbei ist die Halterung lösbar auf zumindest ein Leiterende, insbesondere auf eine Gruppe von miteinander gefügten Leiterenden aufgesteckt. Die Halterung weist außerdem einen gegen das zumindest eine Leiterende elastisch vorgespannten Federabschnitt und einen Gegenabschnitt auf, wobei der Gegenabschnitt an einer dem Federabschnitt gegenüberliegenden Seite an dem zumindest einen Leiterende anliegt. Der Gegenabschnitt und der Federabschnitt sind dabei miteinander, insbesondere einstückig, verbunden, sodass das zumindest eine Leiterende zwischen dem Federabschnitt und dem Gegenabschnitt angeordnet ist. Des Weiteren ist das Sensorelement des Temperatursensors an dem Federabschnitt oder an dem Gegenabschnitt vorgesehen. Insbesondere kann dabei eine Federkraft des Federabschnitts den Temperatursensor beziehungsweise das Sensorelement des Temperatursensors gegen das Leiterende pressen. Dadurch kann die Temperatur der Steckwicklung zuverlässig erfasst werden und der Temperatursensor leicht ausgetauscht werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise ist das Sensorelement des Temperatursensors in einer Aufnahme des Federabschnitts oder des Gegenabschnitts angeordnet. Alternativ kann das Sensorelement in dem Material des Federabschnitts oder des Gegenabschnitts eingebettet sein. Dadurch kann die Federkraft des Federabschnitts das Sensorelement des Temperatursensors in Richtung des Leiterendes pressen, wobei die Halterung beziehungsweise der Temperatursensor durch Überwinden der Federkraft leicht ausgetauscht werden kann.
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Vorteilhafterweise kann ein Teil des Temperatursensors, insbesondere das Sensorelement, durch eine Öffnung in der Aufnahme des Federabschnitts oder des Gegenabschnitts herausragen, um an dem Leiterende anzuliegen. Dadurch kann das Sensorelement eine Temperatur des Leiterendes besonders präzise erfassen.
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Vorzugsweise kann die Halterung eine Sensorbaueinheit aufweisen, welche das Sensorelement, zumindest ein Sensorkabel zum elektrischen Anschließen des Sensorelements und eine das Sensorelement und das Sensorkabel zur Sensorbaueinheit verbindende Vorumspritzung umfasst. Hierbei ist die Sensorbaueinheit an dem Federabschnitt oder an dem Gegenabschnitt befestigt, insbesondere von dem Material der Halterung umspritzt. Das Sensorelement kann hierbei ein NTC-Thermistor oder ein PTC-Thermistor sein. Dadurch kann der Temperatursensor besonders günstig und einfach hergestellt werden und gewichtsarm sein. Insbesondere kann der Temperatursensor hierbei stabil und leicht in der Halterung durch Umspritzung integriert sein.
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Vorteilhafterweise kann die Halterung das zumindest eine Leiterende zumindest teilweise umschließen. Die Halterung kann hierbei insbesondere hülsenförmig ausgebildet sein. Dadurch kann ein Verrutschen der Halterung verhindert werden, wodurch der Temperatursensor besonders stabil an dem Leiterende gehalten wird.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Halterung an einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder an dem zumindest einen Leiterende befestigt ist. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass sich die Halterung unbeabsichtigt löst oder verrutscht, wodurch eine zuverlässige Temperaturerfassung gewährleistet werden kann.
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Vorzugsweise kann die Halterung eine Öffnung des Gehäuses in Richtung der Steckwicklung durchragen und in der Öffnung befestigt, insbesondere verrastet sein. Hierfür weist die Halterung zumindest einen Rasthaken auf, der die Öffnung auf einer der Steckwicklung zugewandten Innenseite hintergreift. Dadurch kann die Halterung besonders stabil an dem Leiterende befestigt sein.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Halterung zumindest eine Gegenfeder aufweist, welche den Rasthaken gegen die Innenseite des Gehäuses elastisch vorspannt. Dadurch ist das Gehäuse, insbesondere ein Rand der Öffnung des Gehäuses, zwischen dem Rasthaken und der Gegenfeder eingespannt, wodurch die Halterung besonders stabil an dem Gehäuse befestigt werden kann. Der Rasthaken und die Gegenfeder können außerdem eine Toleranz in den Dimensionen des Gehäuses und/oder der Öffnung des Gehäuses ausgleichen. Die Federkräfte der Rasthaken und der Gegenfeder können leicht von einem Nutzer überwunden werden, wodurch die Halterung von dem Gehäuse zerstörungsfrei lösbar ist und beispielsweise ausgetauscht werden kann.
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Vorzugsweise kann die Halterung zumindest ein Arretierungselement aufweisen, welches zur Befestigung der Halterung jeweils in einer Vertiefung des zumindest einen Leiterendes verrastet. Dadurch kann die Halterung besonders stabil an dem Leiterende befestigt sein. Bevorzugt kann das Arretierungselement als Rasthaken ausgebildet sein, welcher in die Vertiefung des Leiterendes greift und verrastet.
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Vorteilhafterweise kann das Arretierungselement an der Halterung drehbar gelagert sein und einen Vorsprung aufweisen, welcher in die Vertiefung des Leiterendes greift. Dadurch kann ein Nutzer durch Drehen des Arretierungselements die Befestigung der Halterung an dem Leiterende leicht lösen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Halterung ein klappbares Verriegelungselement und eine Aufnahme für das Verriegelungselement aufweist. Dabei ist das Verriegelungselement eingerichtet, in der Aufnahme einzurasten und in diesem eingerasteten Zustand eine Drehung des Arretierungselements und damit ein Lösen des Vorsprungs von der Vertiefung zu verhindern. Dadurch kann die Arretierung der Halterung vorteilhafterweise weiter stabilisiert werden.
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Vorzugsweise kann das Sensorelement in einem vorsprungförmigen Kontaktabschnitt des Federabschnitts angeordnet sein. Das heißt, dass der Federabschnitt einen Vorsprung aufweisen kann, in welchem das Sensorelement angeordnet ist. Dadurch kann eine Kontaktfläche zwischen dem Teil des Federabschnitts, in welchem das Sensorelement angeordnet ist, und dem Leiterende vorteilhafterweise erhöht sein, wodurch die Temperatur besonders zuverlässig erfasst werden kann.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Leiterende eine Aussparung aufweist, welche zum Aufnehmen des Sensorelements, insbesondere des Kontaktabschnitts des Federabschnitts, eingerichtet ist. Dadurch kann die Kontaktfläche zwischen dem Federabschnitt, insbesondere dem Teil des Federabschnitts, in welchem das Sensorelement angeordnet ist, und dem Leiterende vorteilhafterweise weiter erhöht werden, wodurch die Temperatur besonders zuverlässig erfasst werden kann.
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Vorzugsweise kann sich der Federabschnitt mit einem schrägen Winkel zu einer Fügerichtung erstrecken. Dadurch kann der Federabschnitt vorteilhafterweise eine elastische Vorspannkraft ausüben, durch welche das Leiterende zwischen dem Federabschnitt und dem Gegenabschnitt eingeklemmt wird.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn ein deformierbares Wärmeleitelement zwischen dem Sensorelement und dem Leiterende angeordnet ist. Hierbei kann das Wärmeleitelement aus einem besonders leitfähigem und/oder elastischem Material, beispielsweise sogenannte Wärmepads, gebildet sein. Dadurch kann eine besonders zuverlässige flächenhafte Wärmeleitung zwischen der Steckwicklung beziehungsweise dem Leiterende und dem Sensorelement gewährleistet werden. Das Wärmeleitelement kann außerdem ein Verrutschen der Halterung verhindern beziehungsweise erschweren.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine seitliche Detailschnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 3 eine perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 4 eine perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 5 eine perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
- 6 eine perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Maschine 100 gemäß einer ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die elektrische Maschine 100 der vorliegenden Erfindung weist einen Stator 101, einen Rotor 102 und eine Rotorwelle 103 auf. Des Weiteren weist die elektrische Maschine 100 ein Gehäuse 11 auf, in welchem der Stator 101 und der Rotor 102 angeordnet sind. Der Rotor 102 ist mit der Rotorwelle 103 verbunden.
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Die elektrische Maschine 100 der vorliegenden Erfindung weist außerdem eine zerstörungsfrei lösbare Halterung 1 für einen Temperatursensor 2 (vergleiche 2 bis 4) auf, wobei die Halterung 1 an einem Wickelkopf 104 einer Steckwicklung 26 (vergleiche 3) des Stators 101 befestigt ist. Die Halterung 1 ist hierfür in eine Öffnung 12 des Gehäuses 11 einführbar. Der Temperatursensor 2 weist ein Sensorelement 18 (vergleiche 2) auf, welches die Temperatur der Steckwicklung 26 beziehungsweise des Wickelkopfes 104 des Stators 101 erfasst und beispielsweise ein NTC-Thermistor oder ein PTC-Thermistor ist.
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2 zeigt eine seitliche Detailschnittansicht der elektrischen Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 2 zeigt insbesondere eine Detailschnittansicht der Halterung 1 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die elektrische Steckwicklung 26 (vergleiche 3) ist aus einer Vielzahl von stabförmigen oder haarnadelförmigen Leiterelementen gebildet. Die Leiterelemente weisen außerdem Leiterenden 3 auf, wobei die Leiterenden 3 den in 1 dargestellten Wickelkopf 104 bilden.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass die Halterung 1 für den Temperatursensor 2 einen Federabschnitt 4 und einen Gegenabschnitt 5 aufweist. Der Gegenabschnitt 5 ist beispielsweise Teil eines hohlzylinderförmigen oder hülsenförmigen Öffnungsabschnitts 6 der Halterung 1, der mit seitlichen Wänden 9 zumindest ein Leiterende 3 zumindest teilweise umschließt.
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Die Halterung 1 ist derart mit einer Fügerichtung 41 in die Öffnung 12 des Gehäuses 11 eingeführt und auf zumindest ein Leiterende 3 der Steckwicklung 26 des Stators 101 gesteckt, dass das zumindest eine Leiterende 3 in dem hülsenförmigen Öffnungsabschnitt 6 der Halterung 1 zwischen dem Federabschnitt 4 und dem Gegenabschnitt 5 eingeklemmt ist.
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Der Federabschnitt 4 verläuft von den seitlichen Wänden 9 des Öffnungsabschnitts 6 der Halterung 1 ausgehend und ragt mit einem freien Ende schräg bezüglich der Fügerichtung 41 bzw. bezüglich einer Achse des Öffnungsabschnitts 6 in den Öffnungsabschnitt 6 hinein. Der Federabschnitt 4 ist also mit seinem einen Ende einstückig mit dem Öffnungsabschnitt 6 der Halterung verbunden, beispielsweise an einem axialen Ende des Öffnungsabschnitts 6, und verläuft schräg in Richtung des anderen axialen Endes des Öffnungsabschnitts 6. Auf diese Weise kann der Federabschnitt 4 mit seinem freien Ende eine Federkraft auf das zumindest eine Leiterende 3 ausüben, sobald das zumindest eine Leiterende 3 zwischen dem Federabschnitt 4 und dem Gegenabschnitt 5 eingeführt ist. Dabei presst die Federkraft des Federabschnitts 4 das zumindest eine Leiterende 3 in einer Klemmrichtung 10, welche senkrecht zur Fügerichtung 41 ist, gegen den Gegenabschnitt 5 der Halterung 1. Der Federabschnitt 4 und der Gegenabschnitt 5 der Halterung 1 sind über die seitlichen Wände 9 einstückig miteinander verbunden.
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Erfindungsgemäß ist das Sensorelement 18 des Temperatursensors 2 an dem Federabschnitt 4 oder an dem Gegenabschnitt 5 vorgesehen.
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Gemäß der ersten Ausführungsform nach 2 ist das Sensorelement 18 in dem Material des Federabschnitts 4 oder des Gegenabschnitts 5 der Halterung 1 eingebettet. Dazu wird die Halterung 1 spritzgegossen und das Sensorelement 18 mitumspritzt, so dass es in der Halterung 1 integriert ist. Die Halterung 1 ist somit ein Spritzgussteil.
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Die Halterung 1 kann eine Sensorbaueinheit umfassen, die das Sensorelement 18, beispielsweise den NTC-Thermistor oder den PTC-Thermistor, zumindest ein Sensorkabel 8 zum elektrischen Anschließen des Sensorelements 18 und eine das Sensorelement 18 und das Sensorkabel 8 zur Sensorbaueinheit verbindende Vorumspritzung aufweist. Die Sensorbaueinheit ist an dem Federabschnitt 4 oder an dem Gegenabschnitt 5 befestigt, indem sie beispielsweise von dem Material der Halterung 1 umspritzt ist.
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Der Federabschnitt 4 der Halterung 1 kann einen in Richtung des zumindest einen Leiterendes 3 vorspringenden, beispielsweise halbovalförmigen oder abgerundeten, Kontaktabschnitt 19 zur Kontaktierung des zumindest einen Leiterendes 3 aufweisen, der beispielsweise durch das gespritzte Material der Halterung 1 ausgebildet ist. Das Sensorelement 18 kann in dem Kontaktabschnitt 19 oder im Übrigen Federabschnitt 4 nahe dem Kontaktabschnitt 19 angeordnet sein. Außerdem kann an dem Kontaktabschnitt 19 ein Wärmeleitelement 20 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, vorgesehen sein. Das Wärmeleitelement 20 ist formschlüssig mit dem Material des Federabschnitts 4 verbunden und liegt am Material des Federabschnitts 4 an, um einen guten Wärmeübergang zu erreichen. Zur formschlüssigen Befestigung am Federabschnitt 4 kann das Wärmeleitelement 20 beispielsweise vom Material des Federabschnitts 4 teilweise umspritzt sein. Das Wärmeleitelement 20 kann beispielsweise blechförmig, scheibenförmig, plättchenförmig oder folienförmig ausgebildet sein. Weiterhin kann das Wärmeleitelement 20 den Federabschnitt 4 im Bereich des Kontaktabschnittes 19 vollständig oder teilweise umschließen.
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Des Weiteren kann ein Teil des Kabels 8 zur Zugentlastung in der Halterung 1, beispielsweise in der Vorumspritzung, eingebettet sein. Durch die vorstehend beschriebene Federkraft wird der Kontaktabschnitt 19 gegen das zumindest eine Leiterende 3 gepresst, wodurch ein besonders zuverlässiger und reproduzierbarer thermischer Kontakt zwischen dem Leiterende 3 und dem Temperatursensor 2 gewährleistet wird.
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Das Leiterende 3 kann eine Aussparung 17 aufweisen, welche zum Aufnehmen des Kontaktabschnitts 19 eingerichtet ist. In der Aussparung 17, zwischen dem Leiterende 3 und dem Kontaktabschnitt 19, kann außerdem ein deformierbares Wärmeleitelement 20, auch Wärmepad genannt, angeordnet sein, das am Leiterende 3 oder am Kontaktabschnitt 19 befestigt sein kann. Dadurch wird eine besonders vorteilhaft große Kontaktfläche zwischen dem Kontaktabschnitt 19 und dem Leiterende 3 gewährleistet. Außerdem kann durch die Aussparung 17 eine besonders reproduzierbare Positionierung des Temperatursensors 2 beziehungsweise des Federabschnitts 4 gewährleistet werden.
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Die Halterung 1 durchragt die Öffnung 12 des Gehäuses 11 in Richtung der Steckwicklung 26 und ist in der Öffnung 12 befestigt, beispielsweise verrastet. Dazu weist die Halterung 1 am Öffnungsabschnitt 6 zumindest einen, beispielsweise zwei oder drei, Rasthaken 13 auf, der die Öffnung 12 auf einer der Steckwicklung 26 zugewandten Innenseite 15 hintergreift.
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Die Halterung 1 kann außerdem mehrere, beispielsweise zwei, Gegenfedern 14 aufweisen, die die Halterung 1 in axialer Richtung bezüglich der Fügerichtung 41 bzw. bezüglich der Achse des Öffnungsabschnitts 6 federnd an dem Gehäuse 11 abstützen und dazu an einer Außenoberfläche 16 des Gehäuses 11 anliegen. Die Gegenfedern 14 spannen die Rasthaken 13 gegen die Innenseite 15 des Gehäuses 11 elastisch vor.
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Die 3 zeigt eine weitere perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie aus der 3 ersichtlich, können die Rasthaken 13 einen nach außerhalb des Gehäuses 11, also über die Außenoberfläche 16 hinaus, reichenden Griffabschnitt 27 aufweisen, mit dem die entsprechende Rastverbindung geöffnet werden kann. Zum Lösen der Halterung 1 aus der Öffnung 12 des Gehäuses 11, können die Griffabschnitte 27 zusammengedrückt und die Halterung 1 aus der Öffnung 12 des Gehäuses 11 entnommen werden.
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Aus der 3 ist außerdem ersichtlich, dass die seitlichen Wände 9 eine Führung für das Leiterende 3 bilden, sodass ein Verrutschen der Halterung 1 in der Fügerichtung 41 erschwert oder verhindert wird.
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Die 4 zeigt eine perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 5 zeigt eine perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 6 zeigt eine perspektivische Detailschnittansicht der elektrischen Maschine 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Temperatursensor 2, insbesondere die Sensorbaueinheit, in dem Gegenabschnitt 5 der Halterung 1 integriert beziehungsweise vormontiert (siehe 4). Das heißt, dass der Temperatursensor 2 in dem Gegenabschnitt 5 montiert ist, bevor die Halterung 1 an dem Gehäuse 11 arretiert wird. Hierbei sind der Gegenabschnitt 5 und der Federabschnitt 4 einteilig gebildet. Der Gegenabschnitt 5 weist hierfür insbesondere eine Aufnahme 42 auf, in welcher der Temperatursensor 2 beziehungsweise die Sensorbaueinheit angeordnet ist.
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Außerdem weist der Gegenabschnitt 5, insbesondere die Aufnahme 42, eine Öffnung 7 auf, durch welche der Temperatursensor 2, insbesondere das Sensorelement 18 des Temperatursensors 2, in den Öffnungsabschnitt 6 zwischen dem Federabschnitt 4 und dem Gegenabschnitt 5 ragt, um an dem Leiterende 3 anzuliegen. Hierfür kann das Leiterende 3 eine Aussparung 17 (siehe 2) für das Sensorelement 18 und/oder ein Wärmeleitelement 20 aufweisen.
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Hierbei kann der dem Gegenabschnitt 5 gegenüberliegende Federabschnitt 4 als federnd ausgebildet sein, um die gleiche Klemmwirkung wie bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Hierfür kann der Federabschnitt 4 Schlitze 31 aufweisen (siehe 6), welche eine scharnierartige, federnde Bewegung des Federabschnitts 4 ermöglichen.
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Die Halterung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist außerdem zwei Arretierungselemente 21 auf, welche in der Halterung 1 drehbar gelagert sind. Genauer ausgedrückt weisen die Arretierungselemente 21 Stifte 29 auf, welche in Löchern 28 der Halterung 1 gesteckt sind und ein Drehen der Arretierungselemente 21 ermöglichen (siehe insbesondere 6).
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Des Weiteren weisen die Arretierungselemente 21 Vorsprünge 22 auf, welche in Verprägungen beziehungsweise Vertiefungen 23 des Leiterendes 3 greifen. Somit sind die Arretierungselemente 21 in Form von Rasthaken ausgebildet. Hierbei können die Arretierungselemente 21 ebenfalls als federnd ausgebildet sein, um die Vorsprünge 22 durch eine Federkraft jeweils in die entsprechende Vertiefung 23 zu pressen.
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Die Halterung 1 weist außerdem zwei klappbare Verriegelungselemente 24 und zwei Aufnahmen 25 auf, wobei die Verriegelungselemente 24 in einer Richtung 30 um 90° in einer Ebene parallel zu dem Leiterende 3 klappbar sind. Dabei können die Verriegelungselemente 24 in den Aufnahmen 25 einrasten und arretiert werden, wodurch eine Drehung des angrenzenden Arretierungselements 21 und damit ein Lösen des Vorsprungs 22 von der Vertiefung 23 verhindert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0270973 A1 [0002]
