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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gehäuseteilanordnung, insbesondere einen Lagerschild, für eine elektrische Maschine, der zur Abdeckung zumindest eines Teils eines Wicklungskopfes einer Wicklung eines Stators der elektrischen Maschine vorgesehen ist, eine elektrische Maschine mit einer solchen Gehäuseteilanordnung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrische Maschinen, die typischerweise als Motoren und/oder Generatoren verwendet werden, können zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt im Fahrzeug verwendet werden. Typischerweise werden Temperatursensoren verwendet, um Temperaturen während des Betriebs der elektrischen Maschine zu überwachen und um bei Bedarf Schäden aufgrund zu hoher Temperaturen verhindern zu können. Ebenso können Temperatursensoren zur Steuerung und/oder Regelung von Kühlungen wie z.B. Flüssigkeitskühlungen oder Lüfter verwendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden eine Gehäuseteilanordnung für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit der Befestigung von Temperatursensoren in elektrische Maschinen. Wie eingangs erwähnt, werden Temperatursensoren z.B. verwendet, um Temperaturen zu überwachen, Schäden aufgrund zu hoher Temperaturen zu verhindern oder Kühlungen wie z.B. Flüssigkeitskühlungen zu steuern bzw. zu regeln. Wie sich gezeigt hat, ist hierbei ein konstanter und naher Kontakt des Temperatursensors zu Punkten oder Teilen bzw. Komponenten mit besonders hoher oder gar der höchsten Temperatur beim Betrieb der elektrischen Maschine nötig. Hier kommt insbesondere die Wicklung des Stators der elektrischen Maschine (sog. Statorwicklung) in Betracht, welche aufgrund hoher Stromstärken sehr warm werden kann.
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Temperatursensoren können hierfür z.B. in die Wicklung bzw. deren Imprägnierung eingebettet werden. Ein Nachteil hierbei ist aber, wie sich gezeigt hat, dass ein Temperatursensor dann nur durch Zerstörung der Imprägnierung wieder entfernt werden kann, wenn er z.B. aufgrund eines Defekts ausgetauscht werden soll. Außerdem muss der Temperatursensor dann schon während der Herstellung der Wicklung bzw. des Stators eingebracht werden. Eine elektrische Zuleitung (Kabel) für den Temperatursensor muss dann bei nachfolgenden Montageschritten immer beachtet werden, was zusätzlichen Aufwand erfordert, auch um etwaige weitere Beschädigungen zu vermeiden. Temperatursensoren können auch nachträglich an Teilen oder Komponenten des Stators befestigt werden, auch an der Wicklung bzw. Windung, z.B. durch Klips oder ähnliches. Dies birgt aber die Gefahr, bei der Anbringung die Wicklung bzw. deren Isolierung (Imprägnierung) zu beschädigen. Eine weitere Möglichkeit ist, Temperatursensoren an Stromschienen von Anschlussplatten für die Wicklung anzubringen. Dort werden aber, wie sich gezeigt hat, nicht immer die höchsten bzw. nicht hinreichend hohe Temperaturen erreicht, wie dies nötig wäre, um zu hohe Temperaturen zu erkennen, die Schäden verursachen. Wie erwähnt, wäre eine solche Stelle für ausreichend hohe Temperaturen die Statorwicklung.
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Eine geeignete Stelle für die Positionierung eines Temperatursensors ist insbesondere der Wickelkopf (d.h. der außerhalb des Eisenkerns befindliche Teil, in welchem die Wicklungen von einer Nut in eine andere verlaufen) der Statorwicklung. Hier setzt die Erfindung an und schlägt vor, einen Temperatursensor an oder in einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine zu positionieren, sodass sich der Temperatursensor zwar nahe dem Wickelkopf befindet, aber nicht an dem Wickelkopf, sondern, z.B. mittelbar, an dem Gehäuseteil angebracht wird. Dann kann der Temperatursensor durch geeignete Mittel an den Wickelkopf gedrückt werden. Als Gehäuseteil kommt dabei z.B. ein Lagerschild der elektrischen Maschine in Betracht. Als Temperatursensoren kommen insbesondere sog. NTC-Temperatursensoren in Betracht; dabei steht NTC für „Negative Temperature Coefficient“ und bezeichnet einen sog. Heißleiter, bei dem der elektrische Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt.
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Der Gehäuseteil ist also ein solcher, der zur Abdeckung zumindest eines Teils eines Wickelkopfes einer Wicklung eines Stators der elektrischen Maschine vorgesehen ist, wobei der Gehäuseteil eine axiale Wandung (z.B. in Art eines Deckels oder ähnlichem) zur Abdeckung zumindest des Teils des Wickelkopfes in axialer Richtung und eine seitliche Wandung zur Abdeckung zumindest des Teils des Wickelkopfes in radialer bzw. Umfangsrichtung aufweist. Als axiale Richtung ist dabei die Richtung zu verstehen, in der eine Rotationsachse der elektrischen Maschine ausgerichtet ist. Entsprechend ist dann die radiale Richtung senkrecht zu dieser axialen Richtung.
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An dem Gehäuseteil ist dann eine Halterung für einen Temperatursensor vorgesehen, die derart angeordnet ist, dass sie sich, insbesondere in der axialen Richtung, entlang der seitlichen Wandung erstreckt, vorzugsweise derart, dass zumindest ein Teil der Halterung sich zwischen dem Wickelkopf und der seitlichen Wandung befindet, wenn der Gehäuseteil zumindest den Teil des Wickelkopfes abdeckt. In die Halterung ist ein Temperatursensor dann derart einbringbar oder eingebracht, dass er (der Temperatursensor) sich in axialer Richtung zumindest teilweise auf Höhe des Wickelkopfes befindet. Zudem ist dann ein Fixiermittel vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, den Temperatursensor, wenn er in die Halterung eingebracht ist, mittelbar oder unmittelbar, in radialer Richtung weg von der seitlichen Wandung, insbesondere gegen den Wickelkopf, zu drücken. Der Gehäuseteil, die Halterung und das Fixiermittel sowie ggf. der Temperatursensor bilden die Gehäuseteilanordnung.
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Dies erlaubt eine besonders einfache und flexible Montage des Temperatursensors, ohne Beschädigung der Wicklung oder deren Imprägnierung; dennoch kann der Temperatursensor in direkten Kontakt mit der Wicklung - und zwar am Wickelkopf, der heißesten Stelle der Wicklung - gebracht werden.
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Zweckmäßigerweise ist das Fixiermittel aus einem isolierenden Material wie Kunststoff, um Beschädigungen des Temperatursensors und/oder der Wicklung zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt umfasst das Fixiermittel ein Element, insbesondere eine Schraube oder ein Stopfen, das in einer Öffnung (insbesondere mit Gewinde) in der seitlichen Wandung in einer Richtung, die zumindest eine Komponente in radialer Richtung aufweist, verstellbar ist, bevorzugt (im Wesentlichen oder genau) in radialer Richtung. Es versteht sich, dass dies auch bedeutet, dass dieses Element auf Höhe (in axialer Richtung) des Temperatursensors bzw. auf einer Höhe, in der der Temperatursensor zu platzieren ist, angeordnet sein muss. Mittels des Elements lässt sich so der Temperatursensor an den Wickelkopf drücken oder pressen. Im Falle einer Schraube als Element kann diese z.B. von außen mit einem Werkzeug in ein zugehöriges Gewinde eingedreht werden.
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Alternativ ist es auch bevorzugt, wenn das Fixiermittel eine Feder, insbesondere eine Blattfeder, umfasst, die zwischen der seitlichen Wandung und dem Temperatursensor bzw. dessen Halterung angeordnet ist. Auch dies erlaubt es, den Temperatursensor an den Wickelkopf zu drücken oder zu pressen. Grundsätzlich denkbar ist auch die Verwendung beider Arten von Fixiermittel, also z.B. Schraube und Feder.
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Wie erwähnt, ist das Fixiermittel dazu eingerichtet, den Temperatursensor mittelbar oder unmittelbar in radialer Richtung weg von der seitlichen Wandung zu drücken. Im unmittelbaren Fall ist dann z.B. in der Halterung eine entsprechende Aussparung für z.B. die Schraube, sodass diese direkt an den Temperatursensor anliegen kann. Im mittelbaren Fall würde das Fixiermittel die Halterung in radialer Richtung weg von der seitlichen Wandung drücken, die die Kraft dann wiederum auf den Temperatursensor überträgt.
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Vorzugsweise ist in der axialen Wandung (des Gehäuseteils) eine Öffnung für die Halterung und/oder den Temperatursensor vorgesehen. Durch diese Öffnung kann dann z.B. zumindest ein Teil der Halterung eingebracht (z.B. eingesteckt) sein, oder es kann zumindest ein Teil der Halterung in das Gehäuseteil darüber eingebracht werden. Auch kann z.B. der Temperatursensor über die Öffnung in das Gehäuseteil eingebracht werden, ebenso kann eine elektrische Zuleitung zu dem Temperatursensor hierdurch geführt sein. Auch mehrere Möglichkeiten zugleich sind denkbar. Diese Öffnung erlaubt damit eine noch einfachere Montage, indem z.B. der Temperatursensor erst ganz zum Schluss eines Fertigungsprozesses eingebracht wird, ebenso kann z.B. der Temperatursensor darüber später einfach wieder entnommen werden, falls gewünscht oder nötig. Auch die Halterung kann z.B. entnehmbar in dem Gehäuseteil angeordnet sein. Alternativ oder auch zusätzlich kann der Temperatursensor entnehmbar in die Halterung einbringbar oder eingebracht sein.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine mit einem Stator mit Statorwicklung mit Wickelkopf und mit einer erfindungsgemäßen Gehäuseteilanordnung, insbesondere umfassend das Gehäuseteil als Lagerschild. Es versteht sich, dass die elektrische Maschine wie üblich auch einen Rotor aufweist und z.B. einen Regler oder dergleichen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine, insbesondere wie sie vorstehend näher beschrieben worden ist. Dabei gibt es verschiedene bevorzugte Möglichkeiten, wann, d.h. bei bzw. nach welchen einzelnen Montageschritten, die Halterung und der Temperatursensor während eines Fertigungsvorgangs vorgesehen bzw. angebracht werden.
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Ein bevorzugter Ablauf ist, dass zunächst die Halterung in oder an dem Gehäuseteil angeordnet wird, dann wird der Gehäuseteil am Stator angebracht. Ebenso kann dabei der Rotor vorgesehen werden. Danach wird der Temperatursensor in die Halterung eingebracht, und zwar insbesondere durch die erwähnte Öffnung in der axialen Wandung.
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Ein weiterer bevorzugter Ablauf ist, dass zunächst der Temperatursensor in die Halterung eingebracht wird, die dann, mit eingebrachtem Temperatursensor, in oder an dem Gehäuseteil angeordnet wird. Der Gehäuseteil wird dann am Stator angebracht. Ebenso kann dabei der Rotor vorgesehen werden.
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Ein weiterer bevorzugter Ablauf ist, dass zunächst der Gehäuseteil am Stator angebracht wird. Ebenso kann dabei der Rotor vorgesehen werden. Danach wird der Temperatursensor in die Halterung eingebracht, die dann, mit eingebrachtem Temperatursensor, in oder an dem Gehäuseteil angeordnet wird.
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In allen Fällen kann danach, d.h. im Ablauf nach den jeweils genannten Schritten, das Fixiermittel vorgesehen werden, z.B. die Schraube in die Öffnung eingebracht und ggf. betätigt werden, d.h. die Schraube wird eingedreht, sodass der Temperatursensor gegen den Wickelkopf gedrückt wird. Im Falle einer Feder als Fixiermittel muss dieses nur vorgesehen bzw. eingebracht werden, aber nicht betätigt. Die Feder kann z.B. auch Bestandteil der Halterung sein, entweder auch aus Kunststoff bestehen oder ein dort, d.h. in der Halterung, vormontiertes Einzelteil. Dann würde die Feder nicht einzeln nachträglich eingefügt werden, wobei auch dies als Alternative möglich ist
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Je nach möglicher Integration in den Fertigungsprozess kann dabei einer der bevorzugten Abläufe schneller oder einfacher sein. Hierzu sei noch erwähnt, dass die genannten Schritte des Ablaufs der Fertigung zwar in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden, jedoch können auch weitere, hier nicht genannte Zwischenschritte vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine, bei der die Erfindung eingesetzt werden kann.
- 2 bis 5 zeigen schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
- 6 bis 9 zeigen schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist schematisch eine elektrische Maschine 100 dargestellt, bei der die Erfindung eingesetzt werden kann. Die elektrische Maschine 100 weist einen Stator 110 mit Statorkern und Statorwicklung 112 auf, wobei die Statorwicklung 112 Wickelköpfe 114 umfasst, in denen die Wicklung aus dem Statorkern austritt, umgeführt ist, und wieder in den Statorkern eintritt. Weiterhin weist die elektrische Maschine 100 einen Rotor 120 mit Rotorwelle 122 auf, der um eine Rotationsachse 124 rotierbar ist. Der Rotor 120 bzw. die Rotorwelle 122 ist auf der sog. A-Seite in einem Lagerschild 130` und auf der sog. B-Seite in einem Lagerschild 130 gelagert. Die Lagerschilde 130 und 130' sind an einem zylindrischen Gehäuseteil 130" befestigt. Weiterhin ist hier am B-seitigen Lagerschild 130 ein Regler bzw. Inverter 140 vorgesehen, über den die elektrische Maschine 100 z.B. motorisch und/oder generatorisch betrieben werden kann. Dieser kann zur Regelung der Spannung bzw. des Drehmoments und zur Gleichrichtung bzw. Wechselrichtung der Ströme durch den Stator dienen.
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In dem B-seitigen Lagerschild 130 als einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine 100 ist ein Temperatursensor 150 vorgesehen, der über eine elektrische Zuleitung 152 an den Regler 140 angeschlossen ist. Die Erfindung beschäftigt sich mit der Art und Weise, den Temperatursensor 150 anzuordnen und soll nachfolgend anhand von zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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In den 2 bis 5 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In 2 ist zunächst schematisch ein Teil der elektrischen Maschine gezeigt, nämlich der B-seitige Lagerschild 130 sowie ein Teil des Stators 110 (Eisenkern) und ein Wickelkopf 114 (Wicklungsdrähte). Der Lagerschild 130 weist dabei einen axiale Wandung 132 auf, die zur Abdeckung zumindest eines Teils des Wickelkopfes 114 in axialer Richtung A dient, und eine seitliche Wandung 134, die zur Abdeckung zumindest eines Teils des Wickelkopfes 114 in radialer Richtung R dient.
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In dem Lagerschild 130 ist eine Halterung 160 vorgesehen, die mit einem oberen Teil in einer Öffnung 136 eingebracht oder eingesteckt ist; die Öffnung 136 ist in der axialen Wandung 132 vorgesehen. Die Halterung 160 erstreckt sich, im Wesentlichen in axialer Richtung, entlang der seitlichen Wandung 134 und zwar so weit, dass sich zumindest ein unteres Ende, also ein Teil der Halterung 160 zwischen dem Wickelkopf 114 und der seitlichen Wandung 134 befindet.
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In die Halterung 160 ist nun der Temperatursensor 150 eingebracht, und zwar derart, dass er sich in axialer Richtung zumindest teilweise, hier ganz, auf Höhe des Wickelkopfes 114 befindet. Die elektrische Zuleitung 152 des Temperatursensors ist durch die Öffnung 136 herausgeführt. Darunter, dass sich der Temperatursensor 150 zumindest teilweise auf Höhe des Wickelkopfes 114 befindet, ist dabei insbesondere zu verstehen, dass der Temperatursensor 150 und der Wickelkopf 114 in axialer Richtung überlappen.
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Weiterhin ist in der Öffnung 138 in der seitlichen Wandung 134 eine Schraube 170 eingebracht, die in der Öffnung (durch ein nicht gezeigtes Gewinde darin) in radialer Richtung verstellt werden kann, z.B. mittels eines entsprechenden Werkzeugs wie einem Schraubendreher oder Sechskantschlüssel. Durch Verstellen der Schraube in radialer Richtung auf den Wickelkopf 114 zu (also nach innen hin), wird durch die Schraube 170 eine Kraft auf den Temperatursensor 150 ausgeübt, sodass dieser in Richtung weg von der seitlichen Wandung 132 und insbesondere gegen den Wickelkopf 114 gedrückt wird. Damit dient die Schraube 170 als Fixiermittel.
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In 3 ist der Lagerschild 130 in einer anderen Ansicht, hier perspektivisch, und ohne den Rest der elektrischen Maschine gezeigt, zudem die Halterung 160. Bei dem Lagerschild 130 sind insbesondere auch die beiden Öffnungen 136 in der axialen Wandung und 138 in der seitlichen Wandung zu sehen. In der seitlichen Wandung 134 ist im Bereich der Öffnung 138 sowie in Richtung der Öffnung 136 eine Anlagefläche zu sehen, an die die Halterung 160 angelegt werden kann.
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Zur Montage der Halterung 160 kann diese in der durch einen breiten Pfeil, der nach unten zeigt, angedeuteten Richtung (diese ist entlang der axialen Richtung) bewegt werden, sodass ein (in der 3 unteres) Ende 162 der Halterung 160 (in 4 gezeigt) in die Öffnung 136 eingebracht bzw. eingesteckt wird. Denkbar sind, wie angedeutet, noch Nasen 166 am anderen Ende der Halterung 160 (in 4 gezeigt), die in Ausnehmungen in der seitlichen Wandung 134 eingreifen können. Auf diese Weise kann die Halterung 160 in dem Lagerschild 130 angeordnet und auch (entnehmbar) fixiert werden.
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In 5 ist die Halterung 160 gezeigt, nachdem sie entsprechend in dem Lagerschild 130 angeordnet worden ist. Hier ist nun insbesondere zu sehen, dass sich das Ende 162 in der Öffnung 136 befindet und dass an dem Ende 164 (die Enden sind nur in 4 mit Bezugszeichen versehen) eine Aussparung im Bereich der Öffnung 138 vorgesehen ist. Dies erlaubt es, einen später eingebrachten Temperatursensor direkt mit der Schraube, wie in 2 gezeigt, in Kontakt zu bringen, um den Temperatursensor gegen den Wickelkopf zu drücken.
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Der Temperatursensor kann dabei z.B. vor Anbringen der Halterung 160 im Lagerschild 130 schon in die Halterung 160 eingebracht werden, sodass er zusammen mit der Halterung im Lagerschild 130 angeordnet wird. Denkbar ist aber auch, dass der Temperatursensor erst später, dann durch die Öffnung 136, in die Halterung 160 eingebracht wird.
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Um den Temperatursensor wieder zu entfernen, muss lediglich die Schraube 170 wieder gelöst werden, sodass der Temperatursensor herausgezogen werden kann, ggf. unter Zuhilfenahme eines geeigneten Werkzeuges. Wenn der Lagerschild von dem Rest der elektrischen Maschine entfernt wird, kann auch die Halterung 160 daraus entfernt werden.
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In den 6 bis 9 ist schematisch ein Ausschnitt einer weiteren bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Schnittansicht dargestellt. In 6 ist ein Teil der elektrischen Maschine teilweise gezeigt, nämlich der B-seitige Lagerschild 130 sowie ein Teil des Stators 110 und ein Wickelkopf 114. Zudem sind die axiale Wandung 132 und die seitliche Wandung 134 gezeigt, ebenso die Öffnung 136 in der axialen Wandung 132. Eine Öffnung in der seitlichen Wandung 134 ist hier nicht vorgesehen.
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In dem Lagerschild 130 ist eine Halterung 260 vorgesehen, die mit einem oberen Teil in der Öffnung 136 eingebracht bzw. eingesteckt ist; insbesondere kann diese Halterung 260 von oben bzw. außen durch diese Öffnung 136 eingebracht werden. Die Halterung 260 erstreckt sich, im Wesentlichen in axialer Richtung, entlang der seitlichen Wandung 134 und zwar so weit, dass zumindest ein unteres Ende, also ein Teil der Halterung 260 zwischen dem Wickelkopf 114 und der seitlichen Wandung 134 befindet.
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Die Halterung 260 weist eine Nase 264 am oberen Ende auf, durch die die Halterung 260 daran gehindert wird, weiter als in 6 gezeigt in die Öffnung 136 bzw. den Lagerschild 130 eingebracht zu werden (siehe hierzu auch die Ansicht in 9). Zudem ist ein Schnapphaken 262 vorgesehen, der verhindert, dass die Halterung 260 einfach aus der Öffnung 136 bzw. dem Lagerschild 130 herausgenommen werden kann, sondern nur bei Bedarf z.B. durch Zuhilfenahme eines Werkzeugs. So kann z.B. mittels eines Schraubendrehens dieser Schnapphaken 262 zurückgedrückt werden.
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In die Halterung 260 ist nun der Temperatursensor 150 eingebracht, und zwar derart, dass er sich in axialer Richtung zumindest teilweise, hier ganz, auf Höhe des Wickelkopfes 114 befindet. Die elektrische Zuleitung 152 des Temperatursensors ist durch die Öffnung 136 herausgeführt.
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In 7 ist die Halterung 260 nur mit dem Temperatursensor 150 mit dessen elektrischer Zuleitung 152 in einer anderen Ansicht gezeigt.
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Weiterhin ist zwischen der seitlichen Wandung 134 und der Halterung 260 auf Höhe des Temperatursensors 150 eine Feder 270, insbesondere eine Blattfeder, eingebracht, die eine Kraft auf den unteren Teil der Halterung 260 und darüber (mittelbar) auf den Temperatursensor 150 ausübt, sodass dieser in Richtung weg von der seitlichen Wandung 134 und insbesondere gegen den Wickelkopf 114 gedrückt wird. Damit dient die Feder 270 als Fixiermittel. In 8 ist diese Feder 270 nochmals in anderer Ansicht gezeigt.
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Zur Montage der Halterung 260 kann diese von außen mit ihrem unteren Ende zuerst in die Öffnung 136 eingebracht bzw. eingesteckt werden. Auf diese Weise kann die Halterung 260 sehr einfach und vor allem auch bei schon mit dem Rest der elektrischen Maschine verbundenen Lagerschild 130 angeordnet und (entnehmbar) fixiert werden. Die Feder 270 kann hierbei schon zuvor an der gewünschten Stelle montiert werden. Die Feder kann z.B. entweder als einzelnes Bauteil vorab in dem Lagerschild vormontiert worden sein oder als in der Halterung vormontiertes Teil mit selbiger gemeinsam in das Lagerschild eingefügt werden (in letztgenanntem Fall müsste sie im Zuge des Einführens ggf. komprimiert werden).
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Um den Temperatursensor wieder zu entfernen, kann dieser z.B. aus der Halterung 260 durch die Öffnung 136 herausgezogen werden, ggf. unter Zuhilfenahme eines geeigneten Werkzeuges. Ebenso kann die Halterung 260, wie erwähnt, z.B. durch Zurückdrücken des Schnapphakens 262, aus dem Lagerschild 130 entfernt werden, insbesondere auch zusammen mit dem Temperatursensor.
