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Die Erfindung betrifft eine Temperatursensorbaugruppe, umfassend ein Gehäuse und ein darin aufgenommenes Sensorelement, das mit aus dem Gehäuse herausgeführten Leitungen verbunden ist.
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Eine elektrische Maschine weist bekanntlich eine Wicklung auf, die als Einzahnwicklung, Hairpin-Wicklung oder Wellenwicklung ausgeführt sein kann und endseitig zwei Wickelköpfe umfasst. Üblicherweise wird bei einer solchen elektrischen Maschine mit einer verteilten Wicklung die Betriebstemperatur gemessen, wozu ein Temperatursensor im Bereich eines der Wickelköpfe angeordnet wird. Hierzu wird eine Temperatursensorbaugruppe verwendet, umfassend ein Gehäuse, in dem in einem länglichen, stiftförmigen Gehäuseabschnitt ein entsprechender Temperatursensor vorgesehen ist. Dieser längliche Gehäuseabschnitt wird in den Wickelkopf hineingeschoben und dort eine Anlage zu einem Leiter gesucht. Das Gehäuse selbst wird an einem Leiter einer Statorbrücke fixiert, wobei sich von diesem Befestigungsabschnitt der längliche, zylindrische und stabförmige Gehäuseabschnitt mit dem Sensor in den Wickelkopf erstreckt. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise aus
DE 10 2019 121 232 A1 bekannt.
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Die Genauigkeit der Messung hängt u.a. davon ab, ob der Gehäuseabschnitt mit dem Temperatursensor in eine korrekte Anlage an einen Leiter im Inneren des Wickelkopfes gebracht werden kann. Je nach dem kann ein besserer oder schlechterer thermischer Kontakt gegeben sein. Das heißt, dass eine reproduzierbare Montage nicht sichergestellt ist.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Temperatursensorbaugruppe anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Temperatursensorbaugruppe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse eine Einsteckaufnahme zur klemmenden Aufnahme wenigstens eines axial von einem Wickelkopf abragenden Drahtendenpaares aufweist, wobei benachbart zu einer die Einsteckaufnahme begrenzenden Gehäusewand das Sensorelement angeordnet ist.
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Am Wickelkopf stehen eine Vielzahl von Drahtendenpaaren axial ab, die jeweils als Paare miteinander verschweißt sind und Teil einer umlaufenden Wicklung sind. Die Erfindung sieht nun vor, die Temperatursensorbaugruppe auf ein solches Drahtendenpaar axial aufzustecken. Um dies zu ermöglichen, weist das Gehäuse der Temperatursensorbaugruppe eine Einsteckaufnahme auf, die der Aufnahme des Drahtendenpaares dient und die dieses klemmend umschließt. Die Aufnahme, die bevorzugt, jedoch nicht zwingend, im Wesentlichen der Querschnittsform des Drahtendenpaares, dessen Drähte zumeist rechteckigen Querschnitts sind, entspricht, ist an den vier Seiten sowie am Boden geschlossen, so dass das Gehäuse axial auf das Drahtendenpaar aufgeschoben werden kann, bis dieses gegen den Aufnahmeboden läuft und die Montageendstellung erreicht ist. In dieser ist das Drahtendenpaar klemmend fixiert, das heißt, dass eine feste Verbindung des Gehäuses zum Drahtendenpaar gegeben ist, die ein versehentliches Herunterrutschen ausschließt.
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Der Temperatursensor, der gehäuseseitig montiert ist und dort bevorzugt vergossen ist, ist vorzugsweise an einer diese Einsteckaufnahme begrenzenden Gehäusewand angeordnet, so dass er in thermischem Kontakt mit dieser Gehäusewand und damit mit dem aufgenommenen Drahtendenpaar steht. Die Einbaulage des Temperatursensors im Gehäuse ist, nachdem die Temperatursensorbaugruppe vormontiert ist, stets von Baugruppe zu Baugruppe gleich. Auch die Befestigung der Baugruppe an dem Drahtendenpaar ist stets gleich, da einerseits die Drahtendenpaare stets den gleichen Querschnitt respektive die gleiche Geometrie aufweisen, und da der Aufsteckvorgang ebenfalls reproduzierbar stets der gleiche ist. Folglich befindet sich der Temperatursensor stets in derselben Position relativ zum Drahtendenpaar. Hieraus ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Temperatursensorbaugruppe reproduzierbar stets in der gleichen Weise montiert werden kann und daher auch demzufolge eine über eine Vielzahl von Statoren stets gleiche exakte Temperaturmessung möglich ist.
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Gleichzeitig ist es unter Verwendung der erfindungsgemäßen Temperatursensorbaugruppe auch möglich, den Wickelkopf ohne Probleme nach Beendigung der Montage mit einer Beschichtung zu versehen, um verbleibende blanke Kupferstellen, wie sie nach dem Verschweißen der Drahtendenpaare wie auch der Verschweißung der Leiter einer Sternverschaltung noch vorliegen, mit einer isolierenden Beschichtung zu belegen. Dies geschieht beispielsweise indem der erhitzte Stator in ein fluidisiertes Epoxid-Pulverbecken getaucht wird, was zur Beschichtung der Leiter respektive der blanken Kupferstellen führt. Hierbei kann auch die Temperatursensorbaugruppe zumindest teilweise mit eingetaucht und entsprechend beschichtet werden, wobei während dieses Vorgangs die Baugruppe fest an dem Drahtendenpaar verbleibt, da klemmend an dem Drahtendenpaar fixiert. Die finale Sicherung respektive Fixierung der Temperatursensorbaugruppe erfolgt dann über die ausgehärtete Beschichtung, die auch die Temperatursensorbaugruppe fest an dem Wickelkopf fixiert.
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Damit lässt die erfindungsgemäße Temperatursensorbaugruppe einerseits eine sehr einfache Montage zu, weil sie lediglich axial auf das Drahtendenpaar aufzustecken ist. Des Weiteren erlaubt sie auch eine einfachere und sichere endgültige Fixierung der Baugruppe am Wickelkopf durch das Beschichten. Und schließlich ermöglicht es die erfindungsgemäße Temperatursensorbaugruppe, den Temperatursensor reproduzierbar stets in einen bestmöglichen thermischen Kontakt zum Wickelkopf zu bringen.
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Die Einsteckaufnahme selbst weist zweckmäßigerweise einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, entsprechend dem üblicherweise rechteckigen Querschnitt eines Drahtendenpaares, das aufzunehmen ist.
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Weiterhin kann das Sensorelement zweckmäßigerweise einer eine zur Einsteckaufnahme parallele Wandfläche aufweisenden ersten Gehäusewand der Einsteckaufnahme angeordnet sein, wobei an wenigstens einer weiteren Gehäusewand der Einsteckaufnahme wenigstens ein beim Aufstecken auf das Drahtendenpaar deformierbares Klemmelement vorgesehen ist. Das Sensorelement ist also in direktem thermischen Kontakt mit einer die Einsteckaufnahme unmittelbar begrenzenden Gehäusewand angeordnet, wobei diese Gehäusewand mittels des beim Aufstecken deformierbaren Klemmelements in entsprechenden Kontakt zum Drahtendenpaar gebracht wird. Es ist also eine möglichst kurze, direkte Wärmeübertragungsstrecke gegeben. Hierzu ist es denkbar, dass an allen drei weiteren Gehäusewänden jeweils wenigstens ein Klemmelement vorgesehen ist, wobei insbesondere das an der der ersten Gehäusewand gegenüber liegenden Gehäusewand angeordnete Klemmelement dafür sorgt, dass die erste Gehäusewand fest gegen das Drahtendenpaar geklemmt wird.
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Ein solches Klemmelement ist beispielsweise eine, insbesondere parallel zur Einsteckrichtung verlaufende, Rippe. Eine solche Rippe ist, nachdem das Gehäuse bevorzugt aus Kunststoff gefertigt ist, einerseits ohne Weiteres mittels eines Formwerkzeugs herstellbar. Zum anderen ist sie, eben weil aus Kunststoff, auch bei entsprechend kräftigem axialem Aufstecken verformbar, um die Klemmwirkung zu erzielen.
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In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement benachbart zu einer eine zur Einsteckaufnahme parallele Wandfläche aufweisenden ersten Gehäusewand der Einsteckaufnahme angeordnet ist, und dass die Einsteckaufnahme eine Unterdeckung bezüglich des Querschnitts des Drahtendenpaares aufweist. Bei dieser Ausgestaltung, bei der das Sensorelement ebenfalls an der ersten Gehäusewand angeordnet ist, erfolgt eine form- und kraftschlüssige Fixierung des Gehäuses am Drahtendenpaar, indem die Einsteckaufnahme selbst eine entsprechende Unterdeckung verglichen mit dem Querschnitt des Drahtendenpaares aufweist, also in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in zwei orthogonalen Richtungen, schmäler oder kürzer als das Drahtendenpaar ist, so dass das Gehäuse beim Aufstecken zwangsläufig entsprechend aufgedrückt und aufgeklemmt wird. Auch hierüber wird sichergestellt, dass die erste Gehäusewand in möglichst unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem Drahtendenpaar gelangt und damit der Temperatursensor sehr exakt messen kann.
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Dabei ist es bei dieser Erfindungsausgestaltung zweckmäßig, wenn zumindest die weiteren Gehäusewände aus einem weicheren, insbesondere elastischeren, Material als der übrige Teil des Gehäuses bestehen. Das heißt, dass zumindest ein Teil, vorzugsweise alle drei weiteren, die Einsteckaufnahme begrenzenden Gehäusewände aus einem etwas elastischeren Material bestehen und demzufolge entsprechend beim Aufstecken aufgeweitet oder aufgedehnt werden können, so dass eine entsprechende Klemmung einsetzt. Eine solche Ausgestaltung ist ohne Weiteres möglich, nachdem, wie ausgeführt, das Gehäuse aus einem Kunststoff gefertigt ist und es ohne Probleme möglich ist, den wesentlichen Gehäuseteil aus einem entsprechend härteren, ersten Kunststoffmaterial herzustellen, und die weiteren Gehäusewände einschließlich des Bodens, die die Einsteckaufnahme begrenzen, aus einem demgegenüber weicheren, zweiten Kunststoffmaterial zu fertigen, beispielsweise in einem 2K-Spritzverfahren.
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Das Gehäuse selbst weist zweckmäßigerweise einen länglichen ersten Schenkel auf, der wannenförmig ist und in dem das Sensorelement in einer Vergussmasse aufgenommen ist, sowie einen davon im Wesentlichen rechtwinklig abragenden zweiten Schenkel, an dem die Einsteckaufnahme ausgebildet ist, deren Einstecköffnung im Wesentlichen rechtwinklig zum ersten Schenkel verläuft und zu diesem hin offen ist. Diese quasi L-förmige Ausgestaltung ermöglicht es, die entsprechenden, vom Temperatursensor abgehenden Leitungen durch den längeren ersten Schenkel zu dessen Schenkelende zu führen und dort aus dem Gehäuse auszuführen. Damit liegen sie in einer Ebene, die beim nachträglichen Beschichten über das Tauchbad nicht eingetaucht wird, so dass die Kabelummantelungen der Leitungen, die mitunter nur schwer benetzt werden können, überhaupt nicht benetzt werden. Die Einsteckaufnahme ist an dem zweiten, entsprechend kürzeren und rechtwinklig abragenden Schenkel ausgeformt, so dass sich ein sehr kompakter Aufbau ergibt und der erste Schenkel in der Montagestellung parallel und benachbart zu dem Drahtendenpaar verläuft.
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Das Gehäuse selbst ist wie beschrieben bevorzugt aus Kunststoff, wobei jedes Kunststoffmaterial verwendet werden kann, das die entsprechenden mechanischen respektive physikalischen und chemischen Eigenschaften im Hinblick auf Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und auch chemische Beständigkeit bezüglich des Beschichtens aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Temperatursensorbaugruppe,
- 2 eine Längsschnittansicht der Temperatursensorbaugruppe aus 1,
- 3 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines Wickelkopfes sowie der Temperatursensorbaugruppe vor der Montage,
- 4 die Anordnung aus 3 nach der Montage,
- 5 eine Perspektivansicht der Anordnung aus 4,
- 6 eine Schnittansicht der Anordnung aus 4 in Längsrichtung und
- 7 eine Schnittansicht der Anordnung aus 4 in Querrichtung.
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1 zeigt eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Temperatursensorbaugruppe 1, umfassend ein Gehäuse 2 vorzugsweise aus Kunststoff. Das Gehäuse weist einen ersten längeren Schenkel 3 sowie einen kürzeren, davon rechtwinklig abstehenden zweiten Schenkel 4 auf, ist also im Querschnitt, siehe 2, quasi L-förmig. Der längere Schenkel 3 respektive das Gehäuse 2 ist hohl, in seinem Inneren ist ein Temperatursensor 5 angeordnet, siehe 2. Die entsprechenden Leitungen 6 laufen von dort ab und werden, siehe 1, am freien Ende zur Seite hin aus dem Gehäuse 2 geführt. Die Sensoranordnung ist mit einer Vergussmasse 7 vergossen.
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Der Temperatursensor 5 ist in Anlage an eine erste Gehäusewand 8 angeordnet, steht also mit dieser in direktem thermischem Kontakt. Diese erste Gehäusewand 8 begrenzt gleichzeitig eine Einsteckaufnahme 9 mit einer nach unten offenen Einstecköffnung, welche Einsteckaufnahme 9 am zweiten Schenkel 4 ausgebildet ist und die zu den drei verbleibenden Seiten über weitere Gehäusewände 10 abgegrenzt ist und in Längsrichtung der Baugruppe über eine Bodenwand 11. Dies ist in der Schnittansicht gemäß 2 deutlich dargestellt. Die Gehäusewand 8 wie auch die weiteren Gehäusewände 10 weisen ebene Wandflächen auf, mit denen sie die Einsteckaufnahme begrenzen.
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Des Weiteren sind im gezeigten Beispiel an der hinteren Gehäusewand 10, in gleicher Weise aber auch an der vorderen Gehäusewand 10 sowie bevorzugt auch an der der ersten Gehäusewand 8 gegenüber liegenden Gehäusewand 10, zwei Klemmelemente 12 in Form von längs laufenden Rippen 13 vorgesehen, die an dem aus Kunststoff gefertigten Gehäuse 2 angeformt sind. Diese Klemmelemente 12 respektive Rippen 13 werden im Rahmen der Montage verformt, so dass das Gehäuse 2 fest klemmend auf ein Drahtendenpaar aufgesteckt und daran fixiert werden kann, während gleichzeitig die erste Gehäusewand 8 in direktem thermischem Kontakt mit dem Drahtendenpaar steht.
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Die Montage der Temperatursensorbaugruppe 1 an einem Wickelkopf 14 ist in den 3 und 4 gezeigt. 3 zeigt die Anordnung, bei der die Temperatursensorbaugruppe 1 noch nicht am Wickelkopf 14 fixiert ist. Der z.B. als Hairpin-Kopf ausgeführte Wickelkopf 14 weist hier, siehe 3, eine Vielzahl von radial benachbart zueinander liegenden Drahtendenpaaren 15 auf, die aus jeweils zwei im Querschnitt rechteckigen und benachbart zueinander verlaufenden Drahtenden 16 bestehen, die axial über eine nicht näher gezeigte Schweißverbindung miteinander verbunden sind. Auf das radial gesehen außen liegende Drahtendenpaar 15 wird nun die Temperatursensorbaugruppe 1 respektive das Gehäuse 2 aufgesteckt, das heißt, dass die beiden Drahtenden 16 in die Einsteckaufnahme 9 eingeführt werden. Hierbei werden die Klemmelemente 12 respektive die Rippen 13 deformiert, so dass es, wenn die Einsteckendstellung erreicht ist, in der die freien Stirnflächen der Drahtendenpaare 16 gegen die Bodenwand 11 laufen, zu einer festen, klemmenden Fixierung des Gehäuses 2 an dem Drahtendenpaar 15 kommt.
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Die entsprechende perspektivische Montagestellung ist in 5, die entsprechende Längsschnittansicht in 6 und die Querschnittsansicht in 7 gezeigt. Ersichtlich sind, siehe 6, die beiden Drahtenden 16 maximal in die Einsteckaufnahme 9 eingesteckt, sie füllen diese nahezu vollständig und damit nahezu formschlüssig aus und sind gleichzeitig klemmend aufgrund der Rippendeformation fixiert. Ersichtlich liegt die erste Gehäusewand 8 flächig an dem benachbarten Drahtende 16 an, so dass das Sensorelement 5 in optimalem thermischem Kontakt zum Drahtende 16 steht und dessen Temperatur messen kann.
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Eine Querschnittansicht durch die Anordnung ist in 7 gezeigt. Dort ist einerseits die Einsteckaufnahme 9 über den Schnitt durch den zweiten Schenkel 4 dargestellt, zum anderen die beiden Drahtenden 16 des Drahtendenpaares 15. Wie 7 anschaulich zeigt, sind die Rippen 13, also die Klemmelemente 12 deformiert, so dass die entsprechenden weiteren Gehäusewände 10 fest gegen die Drahtenden 16 geklemmt sind. Ersichtlich liegt die erste Gehäusewand 8 flächig am Drahtende 16 an.
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Die Anordnung, wie sie in 5 gezeigt ist, kann ohne Weiteres durch ein Tauchverfahren, im Rahmen dessen die Drahtendenpaare 15 des Wickelkopfs 14 in ein Tauchbad getaucht werden und mit ihnen auch abschnittsweise die Temperatursensorbaugruppe 1, beschichtet werden. Denn die Temperatursensorbaugruppe 1 ist aufgrund der klemmenden Fixierung an dem Drahtendenpaar 15 sicher gehaltert, die finale Fixierung kann dann über die Beschichtung erfolgen, die die Temperatursensorbaugruppe 1 fest mit dem Wickelkopf 14 verbindet.
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Wenngleich die Figuren eine Einsteckaufnahme 9 mit nach innen ragenden Klemmelementen 12, hier den Rippen 13, zeigen, wäre es auch denkbar, solche Klemmelemente 12 nicht vorzusehen und statt dessen die Einsteckaufnahme 9 mit einer geringen Unterdeckung bezogen auf den Querschnitt des Drahtendenpaares 15 auszuführen. Das heißt, dass die Einsteckaufnahme 9, gesehen in einem Querschnitt, in einer oder in beiden Richtungen etwas schmäler ist als die beiden Drahtenden 16 in der jeweiligen Richtung ist, so dass es beim Aufstecken zu einem entsprechenden Aufklemmen respektive leichten Aufweiten der Gehäusewände kommt. Es ergibt sich dann ein kraft- und formschlüssiges Aufklemmen. Denkbar ist es hierbei, die weiteren Gehäusewände 10 beispielsweise aus einem etwas weicheren Kunststoffmaterial herzustellen als den sonstigen Gehäusekörper.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die Einsteckaufnahme 9 nicht nur zur Aufnahme eines Drahtendenpaares 15 ausgelegt ist, sondern auch mehrere benachbarte Drahtendenpaare 15 aufnimmt, beispielsweise alle in einer Radialebene aneinander anschließenden Drahtendenpaare 15. Bezogen auf 5 würde sie demzufolge alle in weiterer Längserstreckung des zweiten Schenkels 4 mit der Einsteckaufnahme 9 folgenden Drahtendenpaare 15 aufnehmen. Die Einsteckaufnahme 9 würde dann mit einer größeren Anzahl an entsprechenden Klemmelementen 12 beispielsweise in Form der Quetschrippen 13 versehen sein. Die Temperaturmessung erfolgt aber nach wie vor an dem dem Temperatursensor 5 unmittelbar benachbarten Drahtende 16.
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Des Weiteren ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Temperatursensorbaugruppe 1 statt am radial äußeren Umfang radial innenliegend anzuordnen, wobei die Temperatursensorbaugruppe identisch für beide Varianten ausgeführt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperatursensorbaugruppe
- 2
- Gehäuse
- 3, 4
- Schenkel
- 5
- Temperatursensor
- 6
- Leitungen
- 7
- Vergussmasse
- 8
- Gehäusewand
- 9
- Einsteckaufnahme
- 10
- Gehäusewände
- 11
- Bodenwand
- 12
- Klemmelemente
- 13
- Rippen
- 14
- Wickelkopf
- 15
- Drahtendenpaar
- 16
- Drahtenden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019121232 A1 [0002]
