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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verschaltungseinrichtung für einen Stator und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verschaltungseinrichtung für einen Stator.
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Stand der Technik
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In elektrischen Maschinen kann zur Ermittlung einer Temperatur meist ein NTC Sensor im Bereich der Endwindungen angebracht werden. Für den Servicefall, kann es notwendig sein, dass der Sensor tauschbar ausgeführt wird. Falls nicht genügend Bauraum im Bereich der Endwindungen verfügbar ist, kann der NTC Sensor an der Verschaltbaugruppe angebracht sein. Um eine Kontaktkraft zwischen Sensor und Messstelle zu gewährleisten kann dann ein separates Federelement, etwa aus Kupfer, verwendet werden.
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Das Federelement kann dabei selbst über eine eigene Halterung verfügen, welche an dem Stator angebracht werden kann.
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Durch die Montage an der Verschaltbaugruppe wird somit ein zusätzliches Bauteil oder eine zusätzliche Lasche benötigt. Es kann dabei eine Alterserscheinung auch das Federelement betreffen.
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In der
DE 10 2015 222 720 A1 wird ein Stator mit einem Wickelkopf und einem Temperatursensor beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Verschaltungseinrichtung für einen Stator nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verschaltungseinrichtung für einen Stator nach Anspruch 9.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine elektrische Verschaltungseinrichtung für einen Stator und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verschaltungseinrichtung für einen Stator anzugeben, bei welchen der Sensor besser an Endwindungen des Stators anbindbar ist und ein Befestigungsaufwand verringert werden kann und eine Austauschbarkeit des Sensors gegeben sein kann.
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Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Verschaltungseinrichtung für einen Stator eine elektrische Verschaltungseinrichtung für einen Stator, eine Verschaltbaugruppe, welche mit einer Endwindung einer Spule des Stators verschaltbar ist; eine Sammelschiene, welche mit der Verschaltbaugruppe elektrisch und mechanisch in Kontakt steht; zumindest einen Sensor für den Stator; und ein mechanisches Verbindungselement, durch welches die Sammelschiene und die Verschaltbaugruppe mechanisch aneinander andrückbar sind, wobei die Verschaltbaugruppe und/oder die Sammelschiene und/oder das mechanische Verbindungselement eine Ausnehmung aufweist, in welcher der Sensor eingesetzt ist.
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Bei der elektrischen Verschaltungseinrichtung kann es sich um eine elektrische Verschaltungseinrichtung mit einem integrierten Temperatursensor handeln.
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Die Verschaltbaugruppe kann ein oder mehrere Leiterelemente umfassen, die mit Endwindungen einer oder mehrerer Spulen des Stators elektrisch leitbar verbunden sein können. Die Endwindung kann eine Bezeichnung für eine oder mehrere Windungen einer oder mehrerer Spulen des Stators sein, welche an einem Randbereich der Spule und des Stators positioniert sein kann, damit nahe an dieser oder direkt anliegend an dieser ein Sensor mit dieser verbunden werden kann. Die Sammelschiene kann ein oder mehrere metallische Leiterelemente umfassen, etwa eine sogenannte „busbar“.
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Die Sammelschiene und die Verschaltbaugruppe können mechanisch aneinander andrückbar sein, was mit anderen Worten beschreibt, dass diese beiden oder auch andere Komponenten des Stators oder der elektrischen Verschaltungseinrichtung direkt oder indirekt aneinander mit einer Gegenkraft angedrückt werden können. Diese Gegenkraft kann von dem mechanischen Verbindungselement ausgelöst werden.
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Der Sensor kann vollständig in die Ausnehmung eingefasst werden oder sich bereichsweise über diese hinaus (heraus) erstrecken, etwa zur benachbarten Komponente der Verschaltungseinrichtung hin.
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Die Montage des Sensors kann damit weniger empfindlich auf Umgebungs- und Alterungseffekte sein als separate Befestigungselemente und/oder als Federn zum Einspannen des Sensors.
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Durch die beschriebene Anordnung des Sensors kann eine Reduktion der Kosten und Erhöhung der Zuverlässigkeit der Messung erzielt werden.
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Es kann eine Reduktion der Materialkosten durch den Entfall eines zusätzlichen Sensorhalters erzielt werden. Des Weiteren kann eine Reduktion der Montagekosten durch den Entfall der NTC Vormontage auf dem Halter erreicht werden.
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Es kann eine erhöhte Zuverlässigkeit durch den Entfall eines Federelements zum Aufbringen der Kontaktkraft (Gegenkraft) erhalten bleiben. Die Höhe der Ausnehmung/Nut kann die Anpresskraft (Gegenkraft) von benachbarten Komponenten betreffen, etwa der Sammelschiene und der Verschaltbaugruppe an den Sensor.
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Es kann eine erhöhte Zuverlässigkeit durch den Entfall von Toleranzeinflüssen des Halters erzielt werden, da der Halter selbst entfallen kann. Eine Variation der Länge/Breite/Materialstärke des Halters kann daher nicht zu einer Variation des Wärmeleitpfades führen.
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Die elektrische Verschaltungseinrichtung kann in allen E-Maschinen mit einer Temperaturmessung im Bereich des Stators, Endwindungen/Wickelkopf oder Busbars eingesetzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verschaltungseinrichtung ist der zumindest eine Sensor ein Temperatursensor.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verschaltungseinrichtung umfasst der Temperatursensor einen NTC-Sensor.
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Durch einen oder mehrere Temperatursensoren kann die Temperatur der Spule und/oder des Stators erfasst werden und beispielsweise auf einen Betriebsmodus des Stators rückgeschlossen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verschaltungseinrichtung umfasst das mechanische Verbindungselement eine Schraubverbindung, mit welcher die Sammelschiene und ein Leiterelement der Verschaltbaugruppe mechanisch gegeneinander einspannbar sind.
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Die Schraubverbindung kann einen Schraubenkopf, eine Unterlegsscheibe und eine Mutter aufweisen, zwischen welche weitere Komponenten, wie die Verschaltbaugruppe und/oder die Sammelschiene und damit der Sensor, einfassbar und/oder gegeneinander an einer bestimmten Position fixierbar sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verschaltungseinrichtung ist die Ausnehmung in einem Leiterelement der Verschaltbaugruppe ausgeformt.
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Das Leiterelement kann metallisch sein und eine gute thermische Leitfähigkeit zum Transport von Wärme von der Endspule/Endwindung zum Sensor ermöglichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verschaltungseinrichtung umfasst das mechanische Verbindungselement eine Schraubverbindung mit einer Mutter und einer Unterlegscheibe, wobei sich die Ausnehmung in der Unterlegscheibe oder der Mutter erstreckt.
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Mit der Ausnehmung in der Unterlegscheibe oder der Mutter oder dem Schraubkopf kann ein Temperaturabfall zwischen diesen oder in Komponenten ermittelbar sein, die an die Ausnehmung anliegen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verschaltungseinrichtung erstreckt sich die Ausnehmung in zwei aneinanderliegenden Komponenten, wobei die Komponenten die Verschaltbaugruppe und/oder die Sammelschiene und/oder das mechanische Verbindungselement umfassen.
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Wenn sich die Ausnehmung in zwei Komponenten erstreckt, kann ein entsprechend größerer Sensor eingesetzt werden, als wenn sich die Ausnehmung in nur einer Komponente erstreckt. Dann kann ebenso ein Temperaturabfall über diese mehreren Komponenten ermittelbar sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Verschaltungseinrichtung umfasst der NTC-Sensor eine runde oder rechteckige Sensorpille.
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Die Ausnehmung kann als eine Nut in der Komponente ausgeformt sein, zylindrisch oder in einer anderen Geometrie, und der NTC Sensor kann in der Nut an der Verschraubungsstelle von Verschaltbaugruppe und Busbar angebracht sein.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verschaltungseinrichtung für einen Stator ein Bereitstellen einer Verschaltbaugruppe, welche mit einer Endwindung einer Spule des Stators verschaltet wird; ein Bereitstellen einer Sammelschiene, welche mit der Verschaltbaugruppe elektrisch und mechanisch in Kontakt gebracht wird; ein Bereitstellen zumindest eines Sensors für den Stator; und ein Bereitstellen eines mechanischen Verbindungselements, durch welches die Sammelschiene mit der Verschaltbaugruppe mechanisch aneinander angedrückt werden, wobei die Verschaltbaugruppe und/oder die Sammelschiene und/oder das mechanische Verbindungselement eine Ausnehmung aufweist, in welcher der Sensor eingesetzt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Sensor in die Ausnehmung eingesetzt und eine Komponente mit der Ausnehmung wird mit einer an diese Komponente anliegende weitere Komponente durch das mechanische Verbindungselement gegengespannt, wobei die Komponenten die Verschaltbaugruppe und/oder die Sammelschiene und/oder das mechanische Verbindungselement umfassen.
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Die elektrische Verschaltungseinrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Verschaltbaugruppe mit einer Sammelschiene an einem Stator;
- 2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Verschaltungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Verschaltungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Verschaltungseinrichtung für einen Stator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine Verschaltbaugruppe mit einer Sammelschiene an einem Stator.
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Eine elektrische Verschaltungseinrichtung VE für einen Stator ST umfasst eine Verschaltbaugruppe VB, welche mit einer Endwindung EW einer Spule des Stators ST verschaltbar ist; eine oder mehrere Sammelschienen SM, welche mit der Verschaltbaugruppe VB elektrisch und mechanisch in Kontakt steht; zumindest einen Sensor für den Stator ST; und ein mechanisches Verbindungselement, durch welches die Sammelschiene SM und die Verschaltbaugruppe VB mechanisch aneinander andrückbar sind. Der Sensor (nicht gezeigt) kann dabei ein Temperatursensor oder irgendeine andere Art von Sensor sein. Die Sammelschienen SM können mit einer Schraubeinrichtung als mechanisches Verbindungselement mit den Endwindungen verbunden sein und am Stator, etwa an der Verschaltbaugruppe, angebracht sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Verschaltungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Darstellung der 2 ist ähnlich jener aus der 1. Nach der 2 ist bei der elektrischen Verschaltungseinrichtung VE für einen Stator ST das mechanische Verbindungselement V als eine Schraubverbindung ausgeführt und mit der Verschaltbaugruppe VB verbunden und an dieser fixiert. Dadurch kann eine thermische und elektrische Leitfähigkeit zu den Endwindungen realisiert sein und der Sensor S kann mit dem mechanischen Verbindungselement V, durch welches die Sammelschiene SM und die Verschaltbaugruppe VB mechanisch aneinander andrückbar sind, mit dem Stator verbunden sein, insbesodere mit einer der Komponenten als Sammelschiene SM und/oder mechanischem Verbindungselement V. In der 2 ist eine Schnittlinie SL zur Orientierung für die Darstellung auf der linken Seite der 3 eingezeichnet.
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Der Sensor kann mit einem Kabel zur Auslesung und zu dessen Betrieb verbunden sein.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Verschaltungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der 3 sind auf der linken Seite eine Schnittansicht der elektrischen Verschaltungseinrichtung VE nach der Linie SL aus der 2 und auf der rechten Seite eine Frontansicht der elektrischen Verschaltungseinrichtung VE von Seiten des Schraubkopfes dargestellt. Die Sammelschiene SM sowie das Leiterelement LE der Verschaltbaugruppe VB können von der Schraube des mechanischen Verbindungselements V, welches in diesem Fall eine Schraubverbindung umfassen kann, durchdrungen werden. Beim Festziehen der Mutter M kann die Sammerlschiene SM und das an dieser anliegende Leiterelement LE aneinander angedrückt werden. Die Ausnehmung AN kann in dem Leiterlement LE umfasst sein und der Sensor S kann sich in dieser Ausnehmung befinden und entlang der Achsenrichtung der Schraube auf der einen Seite von einem Boden des Leiterlelements LE und auf der anderen Seite von der Sammelschiene SM abgedeckt werden. Der Sensor kann mit einem Kabel verbunden sein und seitlich und/oder aus einer radialen Richtung, gegenüber dem Querschnitt der Schraube aus dessen länglicher Erstreckungsrichtung, in die Ausnehmung eingesteckt sein/werden, da die Ausnehmung AN aus dieser seitlichen Richtung offen sein kann. Die Schraubverbindung kann einen Unterlegscheibe US aufweisen, die etwa am Kopf der Schraube anliegen kann und an der Sammelschiene SM anliegen kann. Die Anordnung der Sammelschiene, des Leiterelements und der Unterlegscheibe kann auch anders sein. Die Ausnehmung AN und damit der Sensor S kann in jeder oder mehreren der genannten Komponenten aus Verschaltbaugruppe VB, Sammelschiene SM oder mechanischen Verbindungselement V umfasst sein. Der Sensor kann im Falle der 3 den Temperaturabfall zwischen den Oberflächen des Leiterelements LE ermitteln. Für eine andere Position der Ausnehmung würde dann ein jeweils anderer Bereich auf dessen Temperaturabfall vermessen werden können.
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Eine Variation der Tiefe der Ausnehmung kann eine genaue Einstellung der Anpresskraft ermöglichen, etwa wenn der Sensor sich bis an die offene Oberseite der Ausnehmung heran oder darüber hinaus (in Richtung der benachbarten Komponente) erstrecken kann. Es kann sich der Sensor über die Ausnehmung hinaus zur benachbarten Komponente erstrecken (dabei kann die Höhe des Sensors größer sein als die Höhe/Tiefe der Ausnehmung).
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Dadurch kann mit dem Anpressdruck der benachbarten Komponenten, etwa durch das mechanische Verbindungselement, eine Einstellung der Anpresskraft erfolgen.
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Der Sensor kann beispielsweise in einer Nut (AN) im Leiterelement LE oder in einer Nut in der Busbar oder in beidseitigen Nuten der anliegenden Bauteile eingesetzt werden.
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Durch die Anordnung in der Nut kann somit der Sensor und die Messung der Temperatur nach gleichem Prinzip zwischen Busbar SM und Leiterelement LE, oder zwischen
Schraubenkopf und Unterlegscheibe, oder zwischen Unterlegscheibe und Busbar, oder zwischen Leiterelement und Mutter gegeben sein.
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Der Sensor kann ein NTC Sensor mit runder oder auch rechteckiger Sensorpille sein, oder ein alternativer Temperatursensor oder ein Thermoelement.
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4 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Verschaltungseinrichtung für einen Stator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
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Bei dem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verschaltungseinrichtung für einen Stator erfolgt ein Bereitstellen S1 einer Verschaltbaugruppe, welche mit einer Endwindung einer Spule des Stators verschaltet wird; ein Bereitstellen S2 einer Sammelschiene, welche mit der Verschaltbaugruppe elektrisch und mechanisch in Kontakt gebracht wird; ein Bereitstellen S3 zumindest eines Sensors für den Stator; und ein Bereitstellen S4 eines mechanischen Verbindungselements, durch welches die Sammelschiene mit der Verschaltbaugruppe mechanisch aneinander angedrückt werden, wobei die Verschaltbaugruppe und/oder die Sammelschiene und/oder das mechanische Verbindungselement eine Ausnehmung aufweist, in welcher der Sensor eingesetzt wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015222720 A1 [0005]
