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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Der Stator hat ein Statorpaket, das zumindest teilweise von einer elektrischen Isolierung umgeben ist. Für die Kontaktierung der Wickeldrähte sind Kontakttaschen vorgesehen, in welche die Wickeldrahtenden eingeführt und dort mit entsprechenden Kontakten, beispielsweise Schneidklemmkontakten, kontaktiert werden. Die Kontakttaschen befinden sich an einem Kontakttaschenträger, der einstückig mit der elektrischen Isolierung ausgebildet ist. Für unterschiedliche Bereiche des Wickeldrahtdurchmessers sind unterschiedliche Geometrien der Kontakttaschen notwendig, da die Statorpaketumspritzung vom Wickeldrahtdurchmesser abhängt, von dem wiederum die Kontakttaschengeometrie abhängig ist. Dementsprechend müssen in einem Spritzgießwerkzeug, mit dem die elektrische Isolierung und der Kontakttaschenträger hergestellt werden, unterschiedliche Wechseleinsätze für die unterschiedlichen Geometrien der Kontakttaschen verwendet werden. Je nach Baulänge und Geometrie der Kontakttaschen ist eine entsprechend hohe Zahl an unterschiedlichen Spritzgießwerkzeugen oder Wechseleinsätzen notwendig. Da diese in der Regel komplex ausgebildet sind, ist auch das Umrüsten aufwändiger.
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Ein weiteres Problem sind die Fließwege und die Wandstärkenunterschiede, vor allem bei großen Motorbaugrößen und langen Statorpaketlängen. Dies führt erfahrungsgemäß zu großen Schwindungen des Kunststoffes, worunter die Präzision der Kontakttaschenpositionen leidet. Außerdem sind aufwändige Werkzeuganpassungsmaßnahmen und Freigabemessungen für jede Spritzgießwerkzeugvariante erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Stator so auszubilden, dass er kostengünstig mit unterschiedlichen Geometrien der Kontakttaschen hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Stator erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Stator werden die elektrische Isolierung und der Kontakttaschenträger getrennt hergestellt. Diese getrennt hergestellten Bauteile werden dann im Stator fest miteinander verbunden. Wenn die elektrische Isolierung durch eine Umspritzung des Statorpaketes zur Paketisolation verwendet wird, sind weniger Varianten für eine solche Paketumspritzung erforderlich. Die Werkzeugrüstkosten werden verringert. Außerdem können dadurch höhere Losgrößen erzielt werden, die nur noch von der Baulänge des Stators bzw. des Statorpaketes abhängen. Die Komplexität des Umspritzwerkzeuges ist gering, weil der Kontakttaschenträger unabhängig von der elektrischen Isolierung im Werkzeug hergestellt wird. Dadurch fallen auch geringere Werkzeugkosten für ein solches Spritzwerkzeug an.
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Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausbildung wird ein Teil der elektrischen Isolierung des Stators durch eine Isolierscheibe gebildet. An ihr ist wenigstens ein Wärmeleitelement zur Erfassung der Temperatur der Wicklung angeordnet. Die elektrische Isolierung ist an der Stirnseite des Statorpaketes vorgesehen.
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Vorteilhaft ist die Isolierscheibe einstückig mit dem Kontakttaschenträger ausgebildet. Da das Wärmeleitelement zur Erfassung der Wicklungstemperatur an der Isolierscheibe vorgesehen ist, kann das Wärmeleitelement einfach lagegenau am Stator positioniert werden.
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Vorteilhaft ist das Wärmeleitelement zur Erfassung der Wicklungstemperatur so an der Isolierscheibe vorgesehen, dass es direkten Kontakt mit der Wicklung des Stators hat, jedoch gegen die Wicklung elektrisch isoliert ist.
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Dadurch kann die Wicklungstemperatur zuverlässig erfasst und ausgewertet werden.
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Für jede Variante der Kontakttaschengeometrie wird zwar ein Werkzeugwechseleinsatz benötigt. Dieses Werkzeug ist allerdings im Vergleich zu einem kompletten Statorpaket-Umspritzwerkzeug klein und weist nur eine geringe Komplexität auf. Da die elektrische Isolierung und der Kontakttaschenträger getrennt hergestellt werden, können die Wandstärken und damit auch die Schwindung beim Erkalten des Kunststoffes reduziert werden, so dass die Präzision der Kontakttaschenposition verbessert werden kann. Dadurch werden auch die Losgrößen je Kontakttaschengeometrie erhöht.
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In vorteilhafter Ausbildung ist der Kontakttaschenträger und/oder die Isolierscheibe mit den Kontakttaschen ringförmig ausgebildet.
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Hierbei kann der Kontakttaschenträger und/oder die Isolierscheibe einstückig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache Montage des Kontakttaschenträgers bzw. der Isolierscheibe im Stator möglich ist.
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Der Kontakttaschenträger und/oder die Isolierscheibe kann auch aus teilringförmigen Segmenten zusammengesetzt sein.
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Eine besonders einfache Montagemöglichkeit ergibt sich, wenn der Kontakttaschenträger über eine Rastverbindung mit der elektrischen Isolierung verbunden ist. Über die Rastverbindung lässt sich der Kontakttaschenträger in einfacher Weise auf der elektrischen Isolierung befestigen. Da der Kontakttaschenträger ein von der elektrischen Isolierung getrenntes Bauteil ist, kann er je nach Geometrie der Kontakttaschen mit jeder Baulänge des Statorpaketes kombiniert werden. Insbesondere kann erst direkt vor dem Wickelvorgang entschieden werden, welche Variante benötigt wird.
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Die Rastverbindung kann in vorteilhafter Weise Rasthaken aufweisen, die an der der Achse des Stators zugewandten Innenseite des Kontakttaschenträgers vorgesehen sind. Die Rasthaken sind vorteilhaft einstückig mit dem Kontakttaschenträger ausgebildet, so dass eine zusätzliche Befestigung der Rasthaken am Kontakttaschenträger nicht erforderlich ist.
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In vorteilhafter Ausbildung weist die Rastverbindung von der elektrischen Isolierung abstehende, vorzugsweise einstückig mit ihr ausgebildete Rastelemente auf. Sie sind in vorteilhafter Weise so angeordnet, dass sie beim Aufsetzen des Kontakttaschenträgers mit dessen Rasthaken zusammenwirken. Der Kontakttaschenträger wird vorteilhaft in Achsrichtung des Stators auf die elektrische Isolierung aufgesetzt. Der Rasthaken und das Rastelement erstrecken sich in diesem Falle in Axialrichtung des Stators, so dass die Verbindung zwischen dem Kontakttaschenträger und der elektrischen Isolierung in einfacher Weise möglich ist.
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Am Kontakttaschenträger und/oder an der Isolierscheibe ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform wenigstens ein Element zur Erfassung der Temperatur der Wicklung des Stators vorgesehen. In diesem Falle kann dieses Element gleichzeitig mit der Montage des Kontakttaschenträgers bzw. der Isolierscheibe am Stator positioniert werden.
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Vorteilhaft ist der Kontakttaschenträger und/oder die Isolierscheibe mit wenigstens einem Halter versehen, der dieses Element aufnimmt. Im Halter kann das Element einwandfrei gesichert werden, so dass bei der Montage des Kontakttaschenträgers bzw. der Isolierscheibe über den Halter das Element in seine vorgesehene Einbaulage gelangt.
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Der Halter erstreckt sich bei einer vorteilhaften Ausführungsform vom Kontakttaschenträger und/oder von der Isolierscheibe aus radial. In der Einbaulage erstreckt sich damit der Halter über den Bereich der Wicklung des Stators hinweg. Je nach Gestaltung des Halters kann dadurch das Element zur Erfassung der Wicklungstemperatur an der gewünschten Stelle einfach positioniert werden.
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Damit das Element zur Erfassung der Wicklungstemperatur zuverlässig geschützt ist, ist der Halter bei einer vorteilhaften Ausbildung an einer der elektrischen Isolierung der Wicklung zugewandten Seite an den Kontakttaschenträger und/oder an die Isolierscheibe angebunden. Dadurch kann der Halter unmittelbar im Bereich der Wicklung des Stators angeordnet werden, so dass die Temperatur der Wicklung beim Einsatz des Stators zuverlässig erfasst werden kann.
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Der Halter ist an seiner der elektrischen Isolierung zugewandten Unterseite in vorteilhafter Weise mit wenigstens einer Vertiefung versehen. Sie kann zur Aufnahme von Sensorleitungen dienen, mit denen das Element zur Temperaturerfassung mit beispielsweise Kontakten auf einer Leiterplatte verbunden werden kann.
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Das Element zur Erfassung der Temperatur der Wicklung ist vorteilhaft ein Temperatursensor.
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Er kann in Axialrichtung des Stators so angeordnet sein, dass er in unmittelbarer Nähe der Wicklung des Stators angeordnet ist. Die elektrische Isolierung ist zumindest im Bereich des Temperatursensors in diesem Falle sehr dünn ausgebildet, so dass der Temperatursensor die Temperatur der Wicklung trotz der elektrischen Isolierung einwandfrei erfassen kann.
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Bei einer anderen Ausführung ist der Temperatursensor so im Stator vorgesehen, dass er radial an der Wicklung anliegt. In diesem Falle hat der Temperatursensor unmittelbaren Kontakt mit der Wicklung, so dass eine zuverlässige Temperaturerfassung gewährleistet ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Element zur Erfassung der Wicklungstemperatur ein Wärmeleitelement, das die Wärme an der Wicklung aufnimmt und weiterleitet, so dass diese von einem entsprechenden Sensor erfasst werden kann. Er liegt vorteilhaft unmittelbar am Wärmeleitelement an, so dass die Wicklungstemperatur sehr genau erfasst werden kann.
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Vorteilhaft liegt der Temperatursensor mit einer Druckkraft beaufschlagt am Wärmeleitelement an, was zur genauen Temperaturerfassung beiträgt.
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Der Temperatursensor kann durch ein entsprechendes Druckelement, wie ein Federelement, gegen das Wärmeleitelement gedrückt werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Wärmeleitelement so ausgebildet, dass es einen elastisch verformbaren Abschnitt aufweist, der in der Einbaulage durch den Temperatursensor elastisch verformt ist. Auch dadurch wird erreicht, dass der Temperatursensor mit Druckkraft beaufschlagt am Wärmeleitelement anliegt.
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Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
- 1 in perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Stator mit einer Statorpaketumspritzung als elektrische Isolierung und einem Kontakttaschenring als Kontakttaschenträger,
- 2 den Stator gemäß 1 ohne Kontakttaschenring,
- 3 in perspektivischer Darstellung den Kontakttaschenring des erfindungsgemäßen Stators,
- 4 in vergrößerter Darstellung einen Teil des Kontakttaschenringes gemäß 3,
- 5 in vergrößerter Darstellung und teilweise im Schnitt den Verbindungsbereich zwischen der Statorpaketumspritzung und dem Kontakttaschenring,
- 6 in vergrößerter Darstellung teilweise im Schnitt den Verbindungsbereich zwischen der Statorpaketumspritzung und dem Kontakttaschenring mit einer Zentrierung,
- 7 in vergrößerter Darstellung einen Teil des Kontakttaschenringes mit einem Halter für einen Sensor,
- 8 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt die Befestigung eines Temperatursensors sowie die Kontaktverbindung zwischen einer Sensorleitung, einem Kontakt und einer Leiterplatte,
- 9 in perspektivischer und vergrößerter Darstellung die Anordnung eines Temperatursensors mit einer radialen Anlage an der Wicklung des Stators,
- 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X in 9,
- 11 in vergrößerter Darstellung und teilweise im Schnitt den Bereich des Temperatursensors mit radialer Anlage an der Wicklung des Stators,
- 12 in vergrößerter Darstellung ein Wärmeleitelement, das in einen Halter eingelegt ist, der an den Kontakttaschenring angebunden ist,
- 13 in perspektivischer und vergrößerter Darstellung einen Halter, in den ein Temperatursensor eingesetzt ist und der auf einer Leiterplatte angeordnet ist,
- 14 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt den Halter gemäß 13 mit eingelegtem Temperatursensor in Einbaulage am Stator,
- 15 in einer Darstellung entsprechend 14 eine weitere Ausführungsform eines Wärmeleitelementes in Einbaulage,
- 16 in vergrößerter und perspektivischer Darstellung einen Temperatursensor, der an einer Leiterplatte vorgesehen und mit dem Wärmeleitelement gemäß 15 in Kontakt gebracht wird,
- 17 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt das Wärmeleitelement gemäß 15 und den Temperatursensor gemäß 16 in der Einbaulage.
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1 zeigt einen Stator mit einem Statorpaket 1, das mit einer Wicklung in bekannter Weise versehen wird. Das Statorpaket 1 ist zur Paketisolation von einer elektrischen Isolierung in Form einer Umspritzung 2 umgeben.
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Das Statorpaket 1, das aus aufeinander liegenden Blechlamellen besteht, hat in bekannter Weise mit Abstand voneinander liegende Radialarme 3, die, wie 2 zeigt, an einen inneren Ring 4 anschließen. Am radial äußeren Ende sind die Radialarme 3 mit in Umfangsrichtung liegenden Stegen 5 versehen, die mit Abstand in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Radialarme 3 werden in bekannter Weise umwickelt.
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Die Umspritzung 2 bedeckt die Radialarme 3, den Ring 4 und die Stege 5 sowohl an den in Axialrichtung verlaufenden Seitenwänden als auch an den beiden Stirnseiten.
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Auf den Ring 4 ist als Kontakttaschenträger ein Kontakttaschenring 6 aufgesetzt. In vorteilhafter Weise ist der Kontakttaschenring 6 so angeordnet, dass der Ring 4 der Umspritzung 2 den Kontakttaschenring 6 radial nach innen überragt (1).
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Die Umspritzung 2 besteht aus elektrisch isolierendem Kunststoff, der mittels eines Spritzgießverfahrens am Statorpaket 1 angebracht wird.
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Der Kontakttaschenring 6 dient zur Aufnahme entsprechender Kontakte und ist im Ausführungsbeispiel als einstückiger Ring ausgebildet. Es besteht die Möglichkeit, den Kontakttaschenring 6 auch aus mehreren Ringabschnitten zusammenzusetzen. In diesem Falle werden die Ringabschnitte einzeln auf dem Ring 4 der Umspritzung 2 montiert.
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Wenn im Folgenden von einem Kontakttaschenring die Rede ist, dann ist hierunter sowohl die einstückige als auch die mehrteilige Ringgestaltung gemeint.
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Der Kontakttaschenring 6 stellt ein von der Umspritzung 2 getrenntes Bauteil dar. Für jede Taschengeometrie des Kontakttaschenringes 6 wird ein Werkzeugwechseleinsatz benötigt. Das Werkzeug ist allerdings verhältnismäßig klein und wenig komplex, weil mit ihm nur der Kontakttaschenring 6, nicht jedoch die Umspritzung 2 am Statorpaket 1 hergestellt wird. Das entsprechende Werkzeug weist dadurch auch eine weniger komplizierte Form auf, als wenn mit dem Spritzgießwerkzeug sowohl die Umspritzung 2 als auch der Kontakttaschenring 6 aus einem Stück gespritzt werden sollen.
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Da der Kontakttaschenring 6 separat hergestellt wird, können die Wandstärken des Kontakttaschenringes 6 bzw. seiner Kontakttaschen gering sein, was beim Spritzgießen zu dem Vorteil führt, dass auch die Schwindung beim Erkalten des Kunststoffes reduziert wird. Dies führt zu einer besseren Präzision der Kontakttaschenpositionen.
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1 zeigt beispielhaft drei Temperatursensoren 7, die vorteilhaft PTC-Sensoren sind und am radial inneren Bereich entsprechender Radialarme 3 des Statorpaketes 1 angeordnet sind. Die Temperatursensoren 7 sind am Kontakttaschenring 6 in noch zu beschreibender Weise vormontiert und erstrecken sich beispielhaft in Radialrichtung des Stators.
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Mit den Temperatursensoren 7 wird die Temperatur der Statorwicklung erfasst.
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Die Umspritzung 2 ist im Bereich des Ringes 4 mit wenigstens einem axial über den Ring 4 vorstehenden Zentrierelement 8 (2) versehen, das zur Zentrierung des Kontakttaschenringes 6 dient.
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Im Ausführungsbeispiel sind mehrere über den Umfang des Ringes 4 vorteilhaft gleichmäßig verteilt angeordnete Zentrierelemente 8 vorgesehen. Wie aus 2 hervorgeht, befinden sich die Zentrierelemente 8 im Bereich zwischen benachbarten Radialarmen 3 des Statorpaketes 1. Beispielhaft sind die Zentrierelemente 8 im Bereich übernächster Nuten 9 angeordnet, die zwischen benachbarten Radialarmen 3 gebildet werden.
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Vorteilhaft sind die Zentrierelemente 8 unmittelbar benachbart zum radial inneren Rand der Nuten 9 angeordnet. Je nach Lage und/oder Ausbildung des Kontakttaschenringes 6 können die Zentrierelemente 8 auch an anderer Stelle auf dem Ring 4 vorgesehen sein.
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Die Zentrierelemente 8 haben beispielhaft, in Radialrichtung gesehen, Rechteckform. Die Zentrierelemente 8 sind in Umfangsrichtung derart gekrümmt ausgebildet, dass sie auf einem gemeinsamen gedachten Kreis mit dem Mittelpunkt in der Achse des Statorpaketes 1 liegen.
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Für die vorteilhaft gleich ausgebildeten Zentrierelemente 8 ist am Kontakttaschenring 6 eine entsprechende Zahl von Aufnahmen 10 vorgesehen, in welche die Zentrierelemente 8 in der Einbaulage eingreifen. 4 zeigt eine dieser Aufnahmen 10 in der Stirnseite 11 des Kontakttaschenringes 6. Die Aufnahmen 10 sind komplementär zu den Zentrierelementen 8 ausgebildet, so dass in der Einbaulage der Kontakttaschenring 6 einwandfrei gegenüber der Umspritzung 2 auf deren Ring 4 positioniert werden kann.
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6 zeigt, wie der Kontakttaschenring 6 mit seiner Stirnseite 11 auf dem Ring 4 der Umspritzung 2 aufliegt. Das Zentrierelement 8 der Umspritzung 2 greift in die Aufnahme 10 des Kontakttaschenringes 6 ein. Vorteilhaft ist die Tiefe der Aufnahme 10 größer als die Höhe des Zentrierelementes 8. Dadurch ist sichergestellt, dass der Kontakttaschenring 6 zuverlässig so an der Umspritzung 2 montiert werden kann, dass er mit seiner Stirnseite 11 auf dem Ring 4 aufliegt.
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Um den Kontakttaschenring 6 axial fest mit der Umspritzung 2 verbinden zu können, stehen vom Ring 4 axial Rastelemente 12 (2) ab, die ebenso wie die Zentrierelemente 8 einstückig mit der Umspritzung 2 ausgebildet sind. Die Rastelemente 12 liegen jeweils zwischen benachbarten Zentrierelementen 8, vorteilhaft in Höhe der entsprechenden Nuten 9 des Statorpaketes 1.
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Um eine sichere Befestigung des Kontakttaschenringes 6 auf dem Ring 4 sicherzustellen, sind zumindest die Rastelemente 12 über den Umfang des Ringes 4 in vorteilhafter Weise in gleichmäßigen Abständen verteilt angeordnet.
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Die Rastelemente 12 können kleineren radialen Abstand vom Rand 13 des Ringes 4 haben als die Zentrierelemente 8 (2).
Zum Verrasten des Kontakttaschenringes 6 mit dem Ring 4 ist der Kontakttaschenring 6 mit federnden Rasthaken 14 versehen (4), die an der der Achse des Stators zugewandten Innenseite 15 des Kontakttaschenringes 6 vorgesehen sind.
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Die Rasthaken 14 erstrecken sich in Achsrichtung des Statorpaketes 1 und sind am freien Ende mit einer Hakennase 16 versehen. Wie aus 5 hervorgeht, haben die freien Enden der Rasthaken 14 geringen axialen Abstand von der Stirnseite 11 des Kontaktaschenringes 6.
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Damit die Rasthaken 14 beim Rastvorgang eine ausreichende elastische Bewegung ausführen können, liegen die Rasthaken 14 im Bereich von Vertiefungen 17, die sich von der Stirnseite 11 aus über einen Teil der axialen Höhe des Kontakttaschenringes 6 erstrecken. Die Vertiefungen 17 sind ausreichend tief, damit beim Aufsetzen des Kontakttaschenringes 6 auf die Umspritzung 2 die Rasthaken 14 elastisch so gebogen werden können, dass sie in Rastkontakt mit den Rastelementen 12 der Umspritzung 2 gelangen können.
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Die Rastelemente 12 sind im Unterschied zu den Rasthaken 14 nicht elastisch biegbar ausgebildet, sondern in Radialrichtung ausreichend dick gestaltet, so dass die Rastelemente 12 beim Rastvorgang nicht in unerwünschter Weise wegbiegen können.
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Die Rastelemente 12 weisen an ihrem freien Ende eine Rastnase 18 auf, die in Richtung auf die Rasthaken 14 radial vorsteht. Die Hakennase 16 und die Rastnase 18 übergreifen einander mit entsprechenden Rastflächen 19, 20 (5 und 6).
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Die Hakennasen 16 sind mit einer stirnseitigen Schrägfläche 21 versehen, die beim Aufsetzen des Kontakttaschenringes 6 auf die Umspritzung 2 dafür sorgt, dass die Rasthaken 14 so weit elastisch zurückgebogen werden, bis die Hakennasen 16 die Rastnasen 18 untergreifen.
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Um eine sichere Einbaulage des Kontakttaschenringes 6 zu gewährleisten, ist seine Stirnseite 11 eben ausgebildet. Mir ihr liegt er in der Einbaulage flächig auf dem Ring 4 der Umspritzung 2 auf. Die Stirnseite 11 und der Ring 4 liegen in einer Radialebene des Stators bzw. des Statorpaketes 1.
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Der Kontakttaschenring 6 ist an seiner Innenseite 15 mit über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten flachen Vertiefungen 22 versehen, die sich im Unterschied zu den Vertiefungen 17 über die gesamte axiale Höhe des Kontakttaschenringes 6 erstrecken. Die Vertiefungen 22 verringern das Gewicht des Kontakttaschenringes 6 und führen dazu, dass weniger Material zur Herstellung benötigt wird.
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Am Kontakttaschenring 6 ist wenigstens ein Temperatursensor 7 vormontiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Temperatursensoren 7 am Kontaktaschenring 6 vormontiert (1 und 3). Sie sind vorteilhaft PTCs. Nach der Montage des Kontakttaschenringes 6 mit den vormontierten Temperatursensoren 7 wird das Statorpaket 1 bewickelt. Die Wicklung liegt dadurch axial an den Temperatursensoren 7 an. Mit Hilfe der Temperatursensoren 7 wird somit unmittelbar die Temperatur der Wicklungen im Einsatz des Stators erfasst.
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Die Temperatursensoren 7 sind auf Haltern 23, 24 angeordnet, die vorteilhaft radial vom Kontakttaschenring 6 nach außen abstehen. Die Halter 23, 24 sind mit ihrem radial inneren Ende auf der Stirnseite 11 des Kontakttaschenringes 6 gehalten. Vorteilhaft sind die Halterungen 23, 24 einstückig mit dem Kontakttaschenring 6 ausgebildet. Es ist aber auch möglich, die Halter 23, 24 als gesonderte Teile zu fertigen und in geeigneter Weise an der Stirnseite 11 zu befestigen, beispielsweise anzukleben oder anzuschweißen.
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Die Halter 23 sind L-förmig ausgebildet und haben einen langen Arm 25, der sich radial nach außen erstreckt und am freien Ende rechtwinklig in einen kurzen Arm 26 übergeht. Er erstreckt sich in der Einbaulage gemäß 1 aufwärts.
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In der Unterseite des Armes 25 befindet sich wenigstens ein in seiner Längsrichtung sich erstreckender Kanal 27 (7), der zur Verlegung einer Leitung dient, über welche der Temperatursensor 7 mit entsprechenden Kontakten 28 einer Leiterplatte 29 leitungsverbunden werden kann (8).
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Der Arm 26 des Halters 23 ist in einem Profilteil 30 gehalten, der vorteilhaft einstückig mit der Umspritzung 2 ausgebildet ist. Er erstreckt sich axial von der Umspritzung 2 stirnseitig aufwärts und hat einen Aufnahmeraum 31, der den Arm 26 des Halters 23 aufnimmt. Der Aufnahmeraum 31 erstreckt sich über die gesamte axiale Höhe des Profilteiles 30 und wird in Umfangsrichtung von zwei Seitenwänden 32, 33 begrenzt, die am radial äußeren Ende durch einen sich in Umfangsrichtung sich erstreckenden Boden 34 miteinander verbunden sind.
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Vorteilhaft sind die Seitenwände 32, 33 an Stützwände 35, 36 über quer zu ihnen verlaufende Zwischenwände 37, 38 angebunden. Die Stützwände 35, 36 liegen in Umfangsrichtung mit Abstand neben den Seitenwänden 32, 33. Die Zwischenwände 37, 38 erstrecken sich in Umfangsrichtung und verbinden die radial inneren Enden der Seitenwände 32, 33 sowie der Stützwände 35, 36.
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Der Profilteil 30 mit den Wänden 32, 33, 35 bis 38 und der Boden 34 sind vorteilhaft einstückig miteinander ausgebildet und erstrecken sich jeweils über die axiale Höhe des Profilteiles 30.
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Wie 8 zeigt, sind in den Armen 26 der Halter radial außen liegende Kontakttaschen 28a zur Aufnahme der als Schneidklemmkontakte ausgebildeten Kontakte 28 vorgesehen. Mit ihnen werden die Sensorleitungen kontaktiert. Über die Leiterplatte 29 können die Kontakte beispielsweise mit einer Auswerteelektronik verbunden werden.
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Wie die 1 und 2 zeigen, sind die Profilteile 30 an den radial äußeren Enden der Radialarme 3 des Statorpaketes 1 vorgesehen. Sie sind vorteilhaft gleich ausgebildet, so dass je nach Ausbildung des Stators sowie der entsprechenden Wicklungen die Halter 23 mit den Temperatursensoren 7 an jeder geeigneten Stelle des Stators angebracht werden können.
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Der Halter 24 (3) hat lediglich einen geraden Arm 39, der wesentlich kürzer ist als der Arm 25 der Halter 23. Der kurze Halter 24 liegt beispielhaft zwischen den beiden längeren Haltern 23 und erstreckt sich radial in Bezug auf den Kontakttaschenring 6. Der am Halter 24 vorgesehene Temperatursensor 7 ist über (nicht dargestellte) Leitungen in geeigneter Weise mit Kontakten auf der Leiterplatte 29 (8) verbunden.
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Die Halter 23, 24 sind so ausgebildet, dass sie die flächige Auflage der Stirnseite 11 des Kontakttaschenringes 6 auf dem Ring 4 nicht beeinträchtigen. Im Bereich des Temperatursensors 7 ist der Arm 25, 39 mit einer Vertiefung 42 versehen (8), in welcher der Temperatursensor 7 untergebracht ist. Wie 2 zeigt, sind in der Stirnseite der Umspritzung 2 Vertiefungen 40, 41 für die Halter 23, 24 vorgesehen. Die Vertiefungen 40, 41 sind an die Umrissform der Halter 23, 24 angepasst und so tief, dass die Halter 23, 24 nicht über die Stirnseite der Umspritzung 2 vorstehen.
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Da die Kanäle 27 in der Unterseite der Halter 23 liegen, sind diese sowie die darin verlaufenden Leitungen nicht sichtbar. Innerhalb des Kanales 27 sind die Leitungen geschützt, so dass ein frühzeitiger Ausfall der Temperatursensoren 7 nicht zu erwarten ist.
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Wie beispielsweise 1 zeigt, sind an der freien Stirnseite des Kontakttaschenringes 6 in Umfangsrichtung hintereinander liegend die Kontakttaschen 44 vorgesehen, die in die freie Stirnseite des Kontakttaschenringes 6 münden. Sie sind so ausgebildet, dass in die Kontakttaschen 44 Schneidklemmkontakte eingesetzt werden können, mit denen in bekannter Weise die Kontaktierung mit den Wickeldrähten erfolgen kann.
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Der beschriebene Stator ermöglicht es, immer die gleiche Statorpaketumspritzung 2 unabhängig vom Drahtdurchmesser einzusetzen und auch unabhängig von der zugehörigen Kontakttaschengeometrie. Dafür wird der Kontakttaschenring 6 als separates Bauteil eingesetzt, das die zugehörige Geometrie der Kontakttaschen 44 aufweist und in geeigneter Weise mit der Umspritzung 2 fest verbunden werden kann. Anstelle der beschriebenen Clipsoder Rastverbindung ist auch jede andere geeignete Verbindung zwischen dem Kontakttaschenring 6 und der Umspritzung 2 möglich. Die Verbindung kann auch zwischen dem Kontakttaschenring 6 und dem Statorpaket 1 direkt erfolgen, wenn am Statorpaket 1 eine geeignete Haltegeometrie vorgesehen ist.
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Der oder die Temperatursensoren 7 oder auch Temperaturschalter ist/sind am Kontakttaschenring 6 in der beschriebenen Weise vormontiert. Beim Zusammenfügen gewährleisten die Zentrierelemente 8 die Ausrichtung des Kontakttaschenringes 6 zentrisch zur Umspritzung 2. Außerdem wird der Kontakttaschenring 6 durch die Zentrierelemente 8 radial fixiert.
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Durch die Rasthaken 14 und die Rastelemente 12 wird der Kontakttaschenring 6 axial fest gegen die Stirnseite der Umspritzung 2 gedrückt bzw. gezogen.
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Die Rastelemente 12 können auch am Statorpaket 1 und nicht an der Umspritzung 2 vorgesehen sein.
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Nach der Montage des Kontakttaschenringes 6 mit den vormontierten Temperatursensoren 7 wird das Statorpaket 1 bewickelt. Die Wicklung liegt bei der Variante mit den liegend angeordneten Temperatursensoren 7 (1) axial an den Temperatursensoren 7 an.
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Die Kontakttaschengeometrie kann, da der Kontakttaschenring 6 ein gesondertes Bauteil ist, mit jeder Baulänge des Stators kombiniert werden. Erst unmittelbar vor dem Wickeln des Statorpaketes 1 kann entschieden werden, welche Variante an Kontakttaschen 44 benötigt wird. Dadurch kann die Zahl der Teilenummern verringert und die Lagerhaltungskosten geringgehalten werden.
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Vorteilhaft weisen der Kontakttaschenring 6 bzw., wenn er aus mehreren Teilen zusammengesetzt wird, die entsprechenden Ringsegmente Merkmale zur automatisierten Kennung auf, für welche Varianten, d.h. für welchen Drahtdurchmesser, der jeweilige Kontakttaschenring 6 geeignet ist. Dadurch wird zuverlässig eine Verwechslung von Kontaktringen ausgeschlossen. Auch werden dadurch Fehler bei der Bewicklung bzw. Kontaktierung vermieden.
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Merkmale zur automatisierten Erkennung eines Kontakttaschenringes 6 können z.B. sein ein oder mehrere oder kein Zapfen z.B. auf der Oberseite des Kontakttaschenringes zwischen den Kontakttaschen 44 oder einer anderen geeigneten Stelle. Als weitere Möglichkeit kommen beispielhaft eingespritzte oder aufgedruckte DataMatrix-Codes auf dem entsprechenden Bauteil in Betracht, z.B. auf den Stirnseiten der Radialarme 3, so dass die unterschiedlichen Geometrien der Kontakttaschen 44 automatisch erkannt und eine Verwechslung ausgeschlossen werden kann.
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Da der Kontakttaschenring 6 mit den Temperatursensoren 7 vor dem Bewickeln des Statorpaketes 1 vormontiert wird, liegt die Wicklung direkt an den Temperatursensoren an. Sie müssen darum nicht nachträglich undefiniert an den Wickelköpfen angebracht werden, die zudem je nach Wicklungsauslegung unterschiedlich geformt sein können. Dies sorgt für eine wiederholbare und genaue Erfassung der Wicklungstemperatur.
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Die 9 bis 11 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher der Temperatursensor 7 mit radialer Anlage an der Wicklung des Statorpaketes 1 ausgebildet ist. Der Kontakttaschenring 6 ist im Wesentlichen gleich ausgebildet wie beim vorigen Ausführungsbeispiel. Der Temperatursensor 7, der vorteilhaft ein PTC ist, ist in einem axial sich erstreckendem Aufnahmeraum 45 (10) untergebracht, der sich über die axiale Höhe des Kontakttaschenringes 6 erstreckt und radial nach innen zumindest über einen Teil seiner Höhe durch eine Rückwand 46 geschlossen ist. Der Aufnahmeraum 45 befindet sich zwischen zwei benachbarten Kontakttaschen 44 (9).
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In den 9 und 10 sind schematisch die Sensorleitungen 47 des Temperatursensors 7 dargestellt. Sie liegen im Aufnahmeraum 45 und werden nach oben zu entsprechenden Kontakten auf der Leiterplatte 29 geführt (11). Die Sensorleitungen 47 werden in den radial liegenden Bereichen des Kontakttaschenringes 6 geführt, um nachträglich entweder an die (nach dem Bewickeln) montierte Leiterplatte 29 angeschlossen oder nachträglich direkt in eine Leistungselektronik geführt und dort angeschlossen zu werden.
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Der Temperatursensor 7 wird so eingebaut, dass er radial geringfügig in einen Wicklungsraum 48 ragt. Er befindet sich im Bereich zwischen den auf einem Ring angeordneten Kontakttaschen 44 und den Profilteilen 30 am radial äußeren Rand des Statorpaketes 1.
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Die in 9 dargestellten Radialarme 3 werden umwickelt, wodurch sich die Wicklung 49 gemäß 11 ergibt. Die Wicklung 49 erstreckt sich bis zur äußeren Wandung des Kontakttaschenringes 6. Die Wicklung 49 berührt den in den Wicklungsraum 48 ragenden Teil des Temperatursensors 7 (11), wodurch beim Bewickeln des Statorpaketes 1 ein sicherer Wärmeübergang von der Wicklung 49 zum Temperatursensor 7 sichergestellt ist. Der Temperatursensor 7 liegt in diesem Falle an der Wicklung 49 an.
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In 11 ist als Wicklungsträger eine Isolierscheibe 2' dargestellt, die auf der Stirnseite des Statorpaketes 1 aufliegt und aus isolierendem Kunststoff besteht. Die Isolierscheibe 2' ist einstückig mit dem Kontakttaschenring 6 ausgebildet und weist die Kontakttaschen 44 sowie die Profilteile 30 auf. Vor dem Wickelvorgang wird die Isolierscheibe 2' an der Stirnseite des Statorpaketes 1 positioniert. Nach dem Wickelvorgang sind die Arme 50 der Isolierscheibe 2' von der Wicklung 49 umgeben.
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Die Kontakttaschen 44 nehmen die Kontaktelemente für die Wickeldrahtkontaktierung in bekannter Weise auf. Die Kontaktelemente sind vorteilhaft Schneidklemmkontaktelemente. Die Isolierscheibe 2' hat den inneren Ring 6 mit den Kontakttaschen 44, die gleich ausgebildet sind wie bei der vorigen Ausführungsform. Die Isolierscheibe 2' ist so ausgebildet, dass sie auf der Stirnseite der Radialarme 3 des Statorpaketes 1 mit entsprechend gestalteten Armen 50 aufliegt. Die Arme 50 liegen über Rippen 51 am Statorpaket 1 an (11).
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Auch bei dieser Ausführungsform ist der Temperatursensor 7 vormontiert, so dass eine einfache Montage der Isolierscheibe 2' und ein einfacher Wicklungsvorgang möglich sind.
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Zum Fixieren des Temperatursensors 7 dient eine axiale Vertiefung 52 ( 11), die im Bereich der Kontakttaschen 44 an der Isolierscheibe 2' vorgesehen ist. Der Temperatursensor 7 wird in die Vertiefung 52 gesteckt, deren Querschnitt an den in der Vertiefung befindlichen Teil des Temperatursensors 7 angepasst ist.
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Da der Temperatursensor 7 in der beschriebenen Weise direkten Kontakt mit der Wicklung 49 hat, kann die Temperatur der Wicklung direkt erfasst und ausgewertet werden.
Die 12 bis 14 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher die Temperaturerfassung indirekt erfolgt.
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Am Kontakttaschenring 6 ist wenigstens ein Wärmeleitelement 53 vormontiert. Es ist als flaches Band ausgebildet, das in einen Halter 54 eingesetzt ist. Er ist an der Stirnseite 11 des Kontakttaschenringes 6 angeordnet und steht radial nach außen über den Kontakttaschenring 6 vor (12). Der Halter 54 ist an seiner in der Einbaulage unten liegenden Seite mit einer Vertiefung 55 versehen, die das Wärmeleitelement 53 aufnimmt. Der Halter 54 reicht beispielhaft bis zur Innenseite 15 des Kontakttaschenringes 6.
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Der Halter 54 ist vorteilhaft einstückig mit dem Kontakttaschenring 6 ausgebildet, kann aber auch in geeigneter Weise an ihm befestigt sein, beispielsweise angeklebt oder angeschweißt.
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An der Innenseite 15 ist der Kontakttaschenring 6 mit einer Vertiefung 56 versehen, in die sich ein Endabschnitt 53a des Wärmeleitelementes 53 erstreckt (14). Die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Vertiefung 56 entspricht der Breite des Abschnittes 53a, der dadurch einwandfrei lagepositioniert ist. Auch die Vertiefung 55 des Halters 54 hat eine dem Wärmeleitelement 53 entsprechende Breite.
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Der Kontakttaschenring 6 kann auch Teil einer Isolierscheibe 2' sein, wie dies beispielhaft anhand der vorigen Ausführungsform beschrieben worden ist.
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In der Einbaulage liegt am Endabschnitt 53a des Wärmeleitelementes 53 der Temperatursensor 7 an, der in einem Halter 57 angeordnet ist. Er hat L-Form mit einem axial verlaufenden Arm 58 (13 und 14), der an seinem vom Statorpaket 1 abgewandten Ende in einen Arm 59 übergeht. Er ist an der dem Statorpaket zugewandten Unterseite 60 der Leiterplatte 29 in geeigneter Weise befestigt.
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Gemäß 14 erstreckt sich der Arm 58 des Halters 57 von der Leiterplatte 29 aus abwärts in Richtung auf die Umspritzung 2.
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Wie 14 zeigt, ist das Wärmeleitelement 53 im Arm 55 nur durch eine dünne Schicht 61 gegen die (nicht dargestellte) Wicklung elektrisch isoliert. Die Wicklung wird in der beschriebenen Weise innerhalb des Wicklungsraumes 48 an den Radialarmen 3 des Statorpaketes 1 angebracht. Das Wärmeleitelement 53 liegt somit unterhalb der Wicklung. Der Wicklungsraum 48 befindet sich wie bei den vorigen Ausführungsformen im Bereich zwischen dem Kontakttaschenring 6 und den Profilteilen 30 am radial äußeren Ende der Radialarme 3.
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Da die Schicht 61 nur dünn ist, kann die Wärme von der Wicklung auf das Wärmeleitelement 53 zuverlässig übertragen werden.
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Der Temperatursensor 7 ist mittels des Halters 57 so eingebaut, dass er vorteilhaft unter radialem Druck am Endabschnitt 53a des Wärmeleitelementes 53 anliegt. Dadurch kann der Temperatursensor 7 indirekt über das Wärmeleitelement 53 die Wicklungstemperatur erfassen. Über die Leitungen 47 ist der Temperatursensor 7 an die entsprechenden Kontakte auf der Leiterplatte 29 angeschlossen.
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Das Wärmeleitelement 53 kann in den Halter 54 beispielhaft eingelegt, wie eingeklipst, oder durch Heißverstemmen mit ihm verbunden werden.
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Es ist auch möglich, das Wärmeleitelement 53 teilweise in den Halter 54 einzuspritzen. Dadurch ist ein besserer Wärmeübergang möglich. Insbesondere entfällt ein zusätzlicher Montageschritt zum Einsetzen des Wärmeleitelementes 53 in den Halter 54.
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Je nach Ausbildung des Stators können weitere Wärmeleitelemente 53 vorgesehen werden, um mehrere Phasen bzw. Spulen des Stators zu überwachen.
Es besteht ferner die Möglichkeit, ein zusammenhängendes Wärmeleitelement für die unterschiedlichen Spulen bzw. Wicklungen vorzusehen, beispielsweise in Form eines Ringes, der Laschen aufweist.
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Den mehreren Wärmeleitelementen 53 kann eine entsprechende Zahl von Temperatursensoren 7 zugeordnet werden, die jeweils in der beschriebenen Weise mit entsprechenden Kontakten auf der Leiterplatte 29 verbunden sind. So ist es beispielsweise möglich, alle Phasen bzw. Wicklungen des Stators mit den Temperatursensoren zu überwachen.
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Der Halter 57 stellt sicher, dass der Temperatursensor 7 sich in der richtigen Fügeposition befindet.
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Damit ein sicherer Wärmeübergang vom Wärmeleitelement 53 auf den Temperatursensor 7 erreicht wird, wird der Halter 57 so eingebaut, dass der Temperatursensor 7 unter entsprechendem Druck am Endabschnitt 53a des Wärmeleitelementes anliegt.
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Wie aus 14 hervorgeht, ist die Umspritzung 2 mit einer Vertiefung 62 an ihrer Stirnseite versehen, in der sich der Halter 54 des Wärmeleitelementes 53 befindet. Außerdem ragt der Arm 58 des Halters 57 des Temperatursensors 7 mit seinem einen Ende in die Vertiefung 62 und liegt an deren Boden an.
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Es ist ferner möglich, mittels eines Federelementes oder dgl. den Arm 58 des Halters 57 so zu belasten, dass der Temperatursensor 7 am Endabschnitt 53a des Wärmeleitelementes 53 unter Druck anliegt. Auch der Arm 58 kann eine gewisse Federwirkung haben.
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Ähnlich der vorherigen Ausführungsform gemäß den 9 bis 11 liegt der Temperatursensor 7 unter Radialbelastung am Wärmeleitelement an.
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Die Ausführungsform nach den 12 bis 14 zeichnet sich ferner dadurch aus, dass der Temperatursensor 7 mit Hilfe des Halters 57 nachträglich am Stator angebracht werden kann, z.B. zusammen mit der Schaltleiterplatte 29.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den 15 bis 17 liegt der Temperatursensor 7 axial am Wärmeleitelement 53 an. Das Wärmeleitelement 53 ist als flacher Blechstreifen ausgebildet, der in die Vertiefung 62 der Umspritzung 2 des Statorpaketes 1 eingesetzt ist. An der der Umspritzung 2 zugewandten Stirnseite des Kontakttaschenringes 6 ist der radial nach außen abstehende Halter 54 vorgesehen, in dessen Vertiefung 55 das Wärmeleitelement 53 eingelegt ist.
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Die Vertiefung 55 mündet in einen Aufnahmeraum 63, der an der Stirnseite des Kontakttaschenringes 6 vorgesehen ist und in dem der Temperatursensor 7 untergebracht wird (17).
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Der Boden 64 der Vertiefung 62 der Umspritzung 2 ist in Höhe des Temperatursensors 7 in Richtung auf das Statorpaketes 1 abfallend ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass das Wärmeleitelement 53 in diesem Bereich durch den Temperatursensor 7 in Richtung auf den Boden 64 elastisch verformt werden kann. Dadurch liegt der Temperatursensor 7 gut wärmeleitend am Wärmeleitelement 53 an.
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Vorteilhaft ist der dem Wärmeleitelement 53 gegenüberliegende Boden 65 des Aufnahmeraumes 63 in seiner Formgebung an die Form des Temperatursensors 7 angepasst, so dass er sicher am Boden 65 zur Anlage kommt. Im Ausführungsbeispiel ist der Boden 65 des Aufnahmeraumes 63 mit einer an die Umrissform des Temperatursensors 7 angepassten Vertiefung 66 versehen (15).
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Über die Sensorleitungen 47 ist der Temperatursensor 7 an entsprechende Kontakte auf der Leiterplatte 29 angeschlossen.
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Der Kontakttaschenring 6 kann auch Teil der Isolierscheibe 2' sein, wie dies zuvor beschrieben worden ist. Das Wärmeleitelement 53 ist vormontiert, kann aber partiell umspritzt werden, wie dies anhand des vorigen Ausführungsbeispieles erläutert worden ist. Dann entfällt ein zusätzlicher Montageschritt für das Einsetzen des Wärmeleitelementes 53 in den Halter 54. Das Wärmeleitelement 53 kann auf unterschiedliche Weise am Halter 54 befestigt werden, z.B. durch ein bloßes Einlegen, ein Einklipsen oder durch einen Heißverstemmvorgang.
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Wie anhand des vorigen Ausführungsbeispieles erläutert, kann für jede Wicklung ein eigener Temperatursensor eingesetzt werden, so dass alle Wicklungen überwacht werden können.
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Der Temperatursensor 7, der vorteilhaft ein PTC ist, kann nach der Montage bzw. Kontaktierung der Leiterplatte 29 in den Aufnahmeraum 63 zwischen dem Kontakttaschenring 6 und dem Wärmeleitelement 53 geschoben werden. Die federnde Ausbildung des Wärmeleitelementes 53 erlaubt es, einen ausreichend hohen Anpressdruck zwischen dem Temperatursensor 7 und dem Wärmeleitelement 53 zu erzeugen.
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Im Übrigen ist der Stator gleich ausgebildet wie bei der vorigen Ausführungsform.
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Die Verwendung des Wärmeleitelementes 53 hat den Vorteil, dass in den Radialarmen 3 keine Kanäle zur Verlegung der Anschlusslitzen radial nach außen sowie die dort angebrachten Kontaktkammern erforderlich sind. Dadurch kann der Kontakttaschenring 6 mit dem Wärmeleitelement 53 einfach hergestellt werden, insbesondere dann, wenn das Wärmeleitelement 53 in der beschriebenen Weise in die Umspritzung 2 eingespritzt ist. Außerdem wird dadurch eine einfache Montage des Kontakttaschenringes 6 erreicht.
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Am Kontakttaschenring ist keine Anschlusslitzenverlegung erforderlich, so dass auch keine Störungen beim Bewickeln des Stators zu befürchten sind.
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An den Temperatursensorlitzen können die Kontakte vorkonfektioniert sein, obwohl dies nicht erforderlich ist, weil die Sensorleitungen 47 direkt an der Schaltleiterplatte 29 angelötet sein können. Vorkonfektionierte Kontakte wären z.B. bei der Ausführungsform gemäß 11 sinnvoll.
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Bei Verwendung von vorkonfektionierten Kontakten an den Enden der Temperatursensorlitzen ist eine einfache Kontaktierung der Elektronik möglich. Durch eine Steckverbindungstechnik kann der Temperatursensor einfach an die Steuerelektronik angeschlossen werden.
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Es können einzelne Temperatursensoren 7 im Außenbereich der Wicklung 49 vorgesehen sein. Die Kontaktierung an der Schaltleiterplatte ist nach dem Montieren der Leiterplatte möglich.
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Bei einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann das Wärmeleitelement als metallische Beschichtung auf den elektrisch isolierenden Kunststoff der Umspritzung aufgebracht sein.
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Die Wärmeleitelemente 53 können in einer nicht dargestellten Ausführungsform gabelförmig gestaltet sein. Dann können mehrere Spulen bzw. Wicklungen gleichzeitig durch einen Temperatursensor 7 überwacht werden, da über das gabelförmige Wärmeleitelement die Temperatur mehrerer Spulen erfasst wird.
