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Der vorliegende Gegenstand bezieht sich im Allgemeinen auf eine elektrische Vorrichtung, die eine Temperaturerfassungseinrichtung mit einem die Isolierung durchdringenden Kontakt bzw. Schneid-Klemm-Kontakt aufweist.
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Temperatursensoren, wie z.B. Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) oder Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), werden in vielen Anwendungen mit hoher Stromstärke zum Überwachen der Temperatur von Komponenten zum Zweck der Sicherheit und des Betriebs verwendet. Beispielsweise erhalten Plug-in-Elektrofahrzeuge (EVs), die reine Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybride beinhalten, Energie bzw. Strom von einer Elektrofahrzeug-Ladestation, die auch als Elektrofahrzeug-Ladeeinrichtung (EVSE) bezeichnet wird, über eine standardisierte Schnittstelle, wie z.B. einen Verbinderstecker zur Kopplung mit einer komplementären Verbinderbuchse des Elektrofahrzeugs, wobei es sich beispielsweise um eine Schnittstelle handelt, wie diese durch Industrienormen SAE J1772, IEC 62196, VDE-AR-E 2323-2-2, EV-Plug Alliance und/oder CHAdeMO definiert sind. Der Verbinderstecker ist durch einen Stromkreis für hohe Stromstärke mit einer Stromquelle elektrisch verbunden und führt dem Elektrofahrzeug Strom gemäß einer Industrienorm oder einem Level bzw. Ladebereich zu. Beispielsweise kann eine Elektrofahrzeug-Ladeeinrichtung, die Strom gemäß einer Wechselstrom- (AC-) Ladenorm in dem Ladebereich Level 2 bereitstellt, bis zu 80 Ampere Ladestrom an das angeschlossene Elektrofahrzeug liefern.
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An einzelnen Stellen, wie z.B. Übergängen und/oder Verbindungsstellen, die die Komponenten der Elektrofahrzeug-Ladeeinrichtung und des Elektrofahrzeugs verbinden, tritt Widerstandserwärmung auf, die auch als joulesche Erwärmung oder ohmsche Erwärmung bezeichnet wird. Darüber hinaus kann die Widerstandserwärmung an diesen Stellen aufgrund von verschiedenen Parametern oder Bedingungen zunehmen, wie z.B. Herstellungstoleranzen, mechanischer Alterung und Reduzierung des Kontaktdrucks, chemische Korrosion oder Oxidation von Verbindungsflächen oder unsachgerechtem Gebrauch und Missbrauch, die zu beeinträchtigter Leistung führen. Ein erhöhter Widerstand kann potenziell zu Überhitzung und Beschädigung der Komponenten der Elektrofahrzeug-Ladeeinrichtung und/oder des Elektrofahrzeugs während des Betriebs führen.
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Aus solchen Gründen wie der Sicherheit, den Kosten und/oder Auslegungsparametern werden Temperatursensoren nicht in direktem Kontakt mit den einzelnen zu überwachenden Stellen angeordnet. Temperatursensoren werden vielmehr in einem Abstand von der Verbindungsstelle positioniert, um die Temperatur über einen thermisch leitfähigen Pfad zwischen der einzelnen Stelle und dem Temperatursensor indirekt oder passiv zu erfassen. Zum Überwachen von Temperaturschwankungen der Verbindungsstelle zwischen einem Verbinder und einem Drahtleiter kann der Temperatursensor beispielsweise an einer Außenfläche des Drahtleiters, wie z.B. einem Isoliermantel des Drahtleiters, in einem Abstand entlang des Drahtleiters von der Verbindungsstelle mit einem Befestigungselement, wie z.B. einem Federclip, einem Metall-Greifclip, einer Klemme und dergleichen angebracht sein. Die Widerstandswärme an der Verbindungsstelle wird über den thermisch leitfähigen Pfad, der durch den Drahtleiter, den Isoliermantel und das Befestigungselement gebildet ist, zu dem Temperatursensor geleitet. Die Wirksamkeit des Temperatursensors zum raschen und exakten Erfassen der Temperaturänderungen an der Verbindungsstelle steht mit der Länge und der Wärmeleitfähigkeit des thermisch leitfähigen Pfads in Beziehung. Mit steigender Länge und sinkender Wärmeleitfähigkeit nimmt daher die Wirksamkeit des Temperatursensors ab. Darüber hinaus können die Befestigungselemente Umweltbedingungen ausgesetzt sein, wie z.B. Vibration, Temperatur und dergleichen, die die Wirksamkeit des Temperatursensors vermindern.
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Aus diesem Grund besteht das zu lösende Problem in der Bereitstellung einer Temperaturerfassungseinrichtung, die Temperaturänderungen an einer Verbindungsstelle wirksam erfasst.
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Gelöst wird dieses Problem durch eine Sensoranordnung, die eine obere Schale und eine untere Schale aufweist, die zur Verbindung zusammen mit der oberen Schale ausgebildet ist. Die obere und die untere Schale bilden einen Hohlraum zwischen sich, der sich entlang einer Länge der Schalen erstreckt. Der Hohlraum ist zum Aufnehmen eines Drahts ausgebildet, der einen Isoliermantel und einen Leiter aufweist. Ein Kontaktelement ist im Inneren des Hohlraums positioniert und dazu ausgebildet, den Isoliermantel zu durchdringen und mit dem Leiter zusammenzuwirken, um einen direkten thermisch leitfähigen Pfad zu einer einzelnen Stelle eines Hauptstromkreises herzustellen. Ein Sensor steht mit dem Kontaktelement betriebsmäßig in Verbindung, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Temperatur an der einzelnen Stelle über den direkten thermisch leitfähigen Pfad zu erfassen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine Sensoranordnung ein Gehäuse mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende mit einer Öffnung in einen Hohlraum. Das Gehäuse ist gebildet aus einer oberen und einer unteren Schale, die entlang einer Grenzfläche miteinander verbunden sind, die sich entlang eines Bereichs der Schalen erstreckt. Die obere und die untere Schale bilden zwischen sich den Hohlraum, der sich entlang einer Länge der Schalen erstreckt. Der Hohlraum ist dazu ausgebildet, einen Draht mit einem Isoliermantel und einem Leiter aufzunehmen. Der Draht ist zur elektrischen Verbindung mit einem Hauptstromkreis ausgebildet. Ein elektrischer Schneid-Klemm-Anschluss ist im Inneren des Hohlraums des Gehäuses angebracht. Der elektrische Schneid-Klemm-Anschluss ist dazu ausgebildet, den Isoliermantel zu durchdringen und mit dem Leiter zusammenzuwirken, um einen direkten thermisch leitfähigen Pfad zu einer einzelnen Stelle entlang des Hauptstromkreises herzustellen. Ein Sensor steht in thermischer Verbindung mit dem elektrischen Schneid-Klemm-Anschluss, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Temperatur an der einzelnen Stelle über den direkten thermisch leitfähigen Pfad zu erfassen.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Vorrichtung eine Stromversorgung; eine Last und einen Stromkreis, der elektrisch zwischen die Stromversorgung und die Last geschaltet ist, wobei der Stromkreis einen Draht mit einem Isoliermantel und einem Leiter aufweist. Ein Gehäuse beinhaltet ein vorderes Ende und ein hinteres Ende mit einer Öffnung in einen Hohlraum. Das Gehäuse ist gebildet aus einer oberen und einer unteren Schale, die entlang einer Grenzfläche miteinander verbunden sind, die sich entlang eines Bereichs der Schalen erstreckt. Die obere und die untere Schale bilden zwischen sich den Hohlraum, der sich entlang einer Länge der Schalen erstreckt. Ein elektrischer Schneid-Klemm-Anschluss ist im Inneren des Hohlraums des Gehäuses angebracht. Der elektrische Schneid-Klemm-Anschluss ist dazu ausgebildet, den Isoliermantel zu durchdringen und mit dem Leiter zusammenzuwirken, um einen direkten thermisch leitfähigen Pfad zu einer einzelnen Stelle entlang des Stromkreises herzustellen. Ein Sensor steht in thermischer Verbindung mit dem elektrischen Schneid-Klemm-Anschluss, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Temperatur an der einzelnen Stelle über den direkten thermisch leitfähigen Pfad zu erfassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine perspektivische Frontansicht einer Sensoranordnung der elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 3 eine auseinandergezogene Querschnittsansicht der Sensoranordnung entlang einer Schnittlinie A-A der 2 gemäß einer Ausführungsform;
- 4 eine auseinandergezogene perspektivische Frontansicht der Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 5 eine Querschnittsansicht des Kontaktelements in einer verbundenen Position entlang der Schnittlinie A-A der 2 gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Die elektrische Vorrichtung 10 befindet sich in dem elektrischen Ladesystem, das einen Hauptstromkreis 12 mit einer Last 14 und eine Stromversorgung 16 beinhaltet, und ist in diesem elektrisch angeschlossen. Die elektrische Vorrichtung 10 weist einen elektrischen Verbinder 18, einen komplementären elektrischen Verbinder 20 sowie entsprechende Drähte 22 und 24 an Verbindungsstellen 26, 28 auf. Eine Sensoranordnung 100 ist mit dem Draht 22 betriebsmäßig verbunden, wie z.B. thermisch und/oder mechanisch, um Temperaturbedingungen an einer durch die Verbindungsstelle 28 definierten, einzelnen Stelle zu erfassen. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung 100 an mehreren einzelnen Stellen an jedem Ort entlang des Stromkreises 12 verwendet werden, an denen die Temperatur aufgrund von Widerstandserwärmung oder anderen Faktoren schwanken kann. Beispielsweise können einzelne Stellen Verbinderschnittstellen, Drahtanschlüsse, elektrische Verbindungsstellen, elektrische Übergänge und dergleichen beinhalten. Optional können sich die einzelnen Stellen an jedem beliebigen Ort entlang des Hauptstromkreises 12 befinden, einschließlich entfernt von den Verbindungsstellen 26, 28.
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Die Sensoranordnung 100 kann mit der Stromversorgung 16 elektrisch verbunden werden, um Signale in Verbindung mit den Temperaturbedingungen zu übermitteln. Die Stromversorgung 16 kann eine elektrische Komponente, wie z.B. eine Steuerung (nicht gezeigt) beinhalten, um die Signale von der Sensoranordnung 100 zur Verwendung im Betrieb der elektrischen Vorrichtung 10 zu verarbeiten. Beispielsweise kann die Sensoranordnung 100 während des Betriebs ein Signal an die Stromversorgung 16 schicken, das anzeigt, dass die Temperatur an der Verbindungsstelle 28 einen Schwellenwert überschritten hat. Die Stromversorgung 16 wiederum kann das Übertragen von Strom durch den Hauptstromkreis 12 stoppen.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform handelt es sich bei dem Hauptstromkreis 12 um einen Stromkreis für hohe Stromstärken für Kraftfahrzeuganwendungen. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, bildet die Stromversorgung 16 eine Elektrofahrzeug-Ladestation, die auch als Elektrofahrzeug-Ladeeinrichtung (EVSE) bezeichnet wird, und die Last 14 besteht in einem Plug-in-Elektrofahrzeug (EV). Optional kann die Elektrofahrzeug-Ladeeinrichtung Strom mit bis zu 80 Ampere Ladestrom gemäß einem Wechselstrom- (AC-) Ladestandard SAE J1722 Level 2 bereitstellen. Jedoch kann der Hauptstromkreis 12 eine beliebige Stromversorgung, eine beliebige Stromstärke oder einen beliebigen Ladestandard verwenden. Bei alternativen Ausführungsformen kann die elektrische Vorrichtung 10 andere Anwendungen als Kraftfahrzeuganwendungen aufweisen, wobei diese Relais, Elektromotoren, Batterien, Inverter, Stromverteilungssysteme und dergleichen beinhalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
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Bei der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet jeder der Drähte 22, 24 einen elektrischen Leiter 30 und einen Isoliermantel 34. Bei anderen Ausführungsformen kann jeder der Drähte 22, 24 zumindest entlang eines Bereichs der Länge des Drahts 22, 24 abgeschirmt sein sowie zumindest entlang eines Bereichs der Länge des Drahts 22, 24 zur Kopplung mit der Sensoranordnung 100 nicht abgeschirmt sein. Die Drähte 22, 24 können unter Verwendung einer beliebigen Anordnung, Konfiguration, Struktur, Einrichtung und/oder dergleichen abgeschirmt sein, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, Umgeben zumindest eines Bereichs der elektrischen Leiter 30 mit einem oder mehreren beliebigen geeigneten elektrisch leitfähigen Materialien (nicht gezeigt) sowie Umgeben zumindest eines Bereichs des isolierenden Materials mit einem elektrisch leitfähigen Material (nicht gezeigt), das zumindest teilweise von dem Isoliermantel 34 umgeben ist.
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Die elektrischen Leiter 30 können jeweils aus einem oder mehreren geeigneten elektrisch leitfähigen Materialien hergestellt sein, die den elektrischen Leitern 30 eine elektrische Verbindung der Komponenten der elektrischen Vorrichtung 10 ermöglichen und/oder die der elektrischen Vorrichtung 10 eine Funktionsweise in der vorliegend beschriebenen Weise gestatten, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, Silber, Aluminium, Gold, Kupfer, andere metallische Leiter, nichtmetallische Leiter und/oder dergleichen. Auch können die elektrischen Leiter 30 eine beliebige geeignete Konfiguration, Formgebung und/oder dergleichen aufweisen, die den elektrischen Leitern 30 eine elektrische Verbindung der Komponenten der elektrischen Vorrichtung 10 ermöglicht und/oder die der elektrischen Vorrichtung 10 eine Funktionsweise in der vorliegend beschriebenen Weise gestattet, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, ein ungefähr zylindrischer Draht (ob der Draht nun aus einer Mehrzahl von Litzen oder nur einer Litze besteht), eine ungefähr planare Formgebung und/oder dergleichen. Der Isoliermantel 34 kann aus einem oder mehreren beliebigen geeigneten isolierenden Materialien hergestellt sein, die das Isolieren der elektrischen Leiter 30 erleichtern und/oder die der elektrischen Vorrichtung 10 eine Funktionsweise in der vorliegend beschriebenen Weise gestatten, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, aus Polyester, Polyvinylchlorid, thermoplastischem Elastomer und/oder Polyimid.
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In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem elektrischen Verbinder 18 und dem komplementären elektrischen Verbinder 20 um Einzelstift-Verbinder, die einen steckerartigen Anschluss 40 und einen buchsenartigen Anschluss 42 aufweisen, die zum Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen der Last 14 und der Stromversorgung 16 miteinander verbunden und voneinander getrennt werden können. Beispielsweise bildet der komplementäre elektrische Verbinder 20 einen steckerartigen Verbinder bzw. Verbinderstecker, wobei er im Folgenden auch als Verbinderstecker 20 bezeichnet werden kann. Der elektrische Verbinder 18 bildet einen buchsenartigen Verbinder bzw. eine Verbinderbuchse, wobei er im Folgenden auch als Verbinderbuchse 18 bezeichnet werden kann. Der komplementäre elektrische Verbinder oder Verbinderstecker 20 ist dazu ausgebildet, entlang einer zentralen Längsachse in den elektrischen Verbinder bzw. die Verbinderbuchse 18 eingesteckt zu werden. Bei alternativen Ausführungsformen können die Verbinder 18 und 20 andere Arten von Verbindern umfassen, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, Multistift-Verbinder, Mikrominiatur-Verbinder und dergleichen. Außerdem können die Verbinder 18 und 20 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren gebildet werden, wie z.B. Stanzen, Schmieden, Gießen und dergleichen. Optional können die Verbinder 18 und 20 gemäß einer Industrienorm konfiguriert sein, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, SAE J1772, IEC 62196, VDE-AR-E 2323-2-2, EV-Plug Alliance und/oder CHAdeMO.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform kann der steckerartige Anschluss 40 des elektrischen Verbinders 18 einen Stift mit einem Verbindungsende 44, das zur Verbindung mit dem buchsenartigen Anschluss 42 der Verbinderbuchse 18 ausgebildet ist, sowie mit einem Drahtende 46 an dem gegenüberliegenden Ende aufweisen, das zur elektrischen Verbindung mit dem entsprechenden Draht 24 ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Draht 24 an der Verbindungsstelle 26 auf das Drahtende 46 gecrimpt sein. Es können jedoch auch andere Arten der Verbindung zum Verbinden des Drahts 24 mit dem Drahtende 46 verwendet werden, wie z.B. eine Hülsenverbindung, eine Stoßverbindung, eine Kappenverbindung und dergleichen. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem steckerartigen Anschluss 40 um einen Stiftanschluss. In alternativen Ausführungsformen können jedoch andere Arten von Anschlüssen verwendet werden, wie z.B. ein Zapfen, eine Steckbuchse, ein Stecker, ein Messeranschluss, ein zungenartiger Anschluss, ein Gabelanschluss, ein Kontakt und dergleichen.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform kann es sich bei dem buchsenartigen Anschluss 42 um eine Buchse mit einem Verbindungsende 48, das zur Verbindung mit dem steckerartigen Anschluss 40 des Verbindersteckers 20 ausgebildet ist, und mit einem Drahtende 250 an dem gegenüberliegenden Ende handeln, das zur elektrischen Verbindung mit dem entsprechenden Draht 22 ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Draht 22 an der Verbindungsstelle 28 auf das Drahtende 52 gecrimpt sein. Es können jedoch auch andere Arten der Verbindung zum Verbinden des Drahts 22 mit dem Drahtende 52 verwendet werden, wie z.B. eine Hülsenverbindung, eine Stoßverbindung, eine Kappenverbindung und dergleichen. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem buchsenartigen Anschluss 42 um einen aufnehmenden Anschluss bzw. Buchsenanschluss. Bei alternativen Ausführungsformen können jedoch auch andere Arten von Anschlüssen verwendet werden, wie z.B. eine buchsenartige Aufnahme für einen Zapfen, eine Steckbuchse, ein Stecker, ein Messeranschluss, ein zungenartiger Anschluss, ein Gabelanschluss, ein Kontakt und dergleichen.
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2 zeigt eine perspektivische Frontansicht der Sensoranordnung 100 der elektrischen Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. 3 zeigt eine auseinandergezogene Querschnittsansicht der Sensoranordnung 100 entlang einer Schnittlinie A-A der 2 gemäß einer Ausführungsform. Die Sensoranordnung 100 beinhaltet ein Gehäuse 102, ein Kontaktelement 104, das zum thermischen und mechanischen Zusammenwirken mit dem Draht 22 ausgebildet ist, sowie einen Sensor 120, der mit dem Kontaktelement 104 betriebsmäßig, wie z.B. thermisch und mechanisch, verbunden ist, um Temperaturbedingungen an der Verbindungsstelle 28 (1) über einen thermisch leitfähigen Pfad zu ermitteln, wie z.B. direkt durch mindestens ein thermisch leitfähiges Element. In der dargestellten Ausführungsform tritt das Kontaktelement 104 in direkte Verbindung mit einem einzelnen Draht 22, der einen einzelnen Leiter 30 aufweist. Jedoch kann die Sensoranordnung 100 zur Verbindung mit einem Mehrleiter- oder Bandkabel ausgebildet sein, das eine Mehrzahl von Leitern aufweist.
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Das Gehäuse 102 kann aus zwei Gehäuseschalen gebildet sein, und zwar einer oberen Schale 106 und einer unteren Schale 108, die entlang von Grenzflächen 110 miteinander in Verbindung treten oder zusammenwirken. Das Gehäuse 102 besitzt ein vorderes Ende 112, ein hinteres Ende 114 sowie einen Hohlraum 116, der sich entlang einer Längsachse 118 in Längsrichtung von dem vorderen Ende 112 zu dem hinteren Ende 114 erstreckt. Wenn die obere Schale 106 und die untere Schale miteinander verbunden sind, sind Öffnungen 117 an dem vorderen und dem hinteren Ende 112, 114 entlang der Längsachse 114 gebildet, die zum Aufnehmen des Drahts 22 ausgebildet sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Öffnungen 117 im Wesentlichen kreisförmig. Jedoch können die Öffnungen 117 eine beliebige Form oder Abmessung zum Aufnehmen des Drahts 22 bilden. Beispielsweise beinhaltet die Öffnung 117 an dem vorderen Ende 112 einen länglichen Bereich 121, der zum Aufnehmen des Sensors 120 ausgebildet ist. Die Schalen 106, 108 können Flansche 119 entlang der Grenzflächen 110 aufweisen, die dazu ausgebildet sind, die Schalen 106, 108 in eine korrekte Verbindung miteinander zu führen. Wie in 2 dargestellt, sind die Flansche 119 im Wesentlichen trapezförmig. Jedoch können die Flansche 119 eine beliebige Formgebung oder Abmessung zum Führen der Schalen in einen angemessenen Zusammenwirkungseingriff aufweisen.
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Die obere und die untere Schale 106, 108 können eine allgemein offene, rechteckige Formgebung aufweisen. Im Spezielleren kann die untere Schale 108 eine untere Wand 130 und einander gegenüberliegende Seitenwände 132, 134 aufweisen, die durch die sich dazwischen erstreckende untere Wand 130 (3) miteinander verbunden sind. Die einander gegenüberliegenden Seitenwände 132, 134 bilden Ebenen, die parallel zueinander sind und sich parallel zu der Längsachse 118 erstrecken. Alternative Ausführungsformen können jedoch Seitenwände 132, 134 beinhalten, die nicht parallel sind und einander nicht gegenüberliegen. Wie gezeigt ist, bilden die Innenflächen der unteren Wand 130 und der Seitenwände 132, 134 eine Innenfläche 136 der unteren Schale. In ähnlicher Weise kann die obere Schale 106 eine obere Wand 140 und einander gegenüberliegende Seitenwände 142, 144 aufweisen, die durch die sich dazwischen erstreckende obere Wand 140 miteinander verbunden sind. Die Innenflächen der Seitenwände 142, 144 und der oberen Wand 140 können eine obere Innenfläche 146 bilden und erstrecken sich ebenfalls allgemein parallel zu oder entlang der Längsachse 118.
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Obwohl die untere und die obere Innenfläche 136, 146 in 3 eine im Wesentlichen rechteckige Formgebung aufweisen, können die untere und die obere Innenfläche 136, 146 auch andere Formgebungen oder Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise kann die obere Wand 140 anstatt einer im Wesentlichen planaren Ausbildung halbkreisförmig (konkav oder konvex) ausgebildet sein oder wie eine Rinne ausgebildet sein. Auch können die Seitenwände 142, 144 anstatt eines im Wesentlichen rechten Winkels, wie in 3 dargestellt, einen nicht orthogonalen Winkel in Bezug auf die obere Wand 140 bilden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen können die obere und die untere Schale 106, 108 durch Stanzen, Schmieden, Formen oder anderweitige Herstellung aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, wie z.B. Metall, Polymer, dielektrisches Material, Verbundmaterialien, rostfreien Stahl, Kupfer, Aluminium, Legierungen und dergleichen. Optional können die obere und die untere Schale 106, 108 durch Stanzen, Schmieden, Formen oder anderweitige Herstellung aus einem Material gebildet sein, das die Übertragung von elektromagnetischer Interferenz (EMI) und/oder elektromagnetischer Strahlung durch das Gehäuse 102 begrenzt oder verhindert. Beispielsweise können die obere und die untere Schale 106, 108 aus einem Material mit hohen Absorbierungseigenschaften für elektromagnetische Strahlung hergestellt sein, wie z.B. mit einem niedrigen magnetischen Permeabilitätsfaktor oder einem niedrigen elektrischen Permittivitätsfaktor.
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Optional kann das Gehäuse 102 ein Befestigungsmerkmal beinhalten, wie z.B. das Gehäuse 102 bedeckendes Wärmeschrumpfmaterial (nicht gezeigt), um die obere und die untere Schale aneinander zu befestigen. Alternativ hierzu können andere Arten von Befestigungen verwendet werden, um die obere und die untere Schale 106, 108, aneinander zu befestigen, wie z.B. Klebstoff, eine Zunge, eine Arretierung, ein Festhalteelement, ein mechanischer Festsitz, Bondverbindung und dergleichen. Bei alternativen Ausführungsformen können die obere und die untere Schale 106, 108 lösbar aneinander befestigt sein.
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4 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Frontansicht der Sensoranordnung 100 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 4 gezeigt ist, beinhaltet das Kontaktelement 104 den Sensor 120 und ein Kontaktelement 151. Das Kontaktelement 151 beinhaltet einen Sensorhaltebereich 153 zum Halten des Sensors 120 sowie einen Drahtkontaktbereich 155 zum Kontaktieren des Drahts 22. Der Drahtkontaktbereich 155 weist eine Basis 150 und einander gegenüberliegende Anschlüsse 152, 154 auf, die sich im Abstand voneinander sowie allgemein rechtwinklig zu der Basis 150 erstrecken, die sich zwischen diesen erstreckt. Das Kontaktelement 104 ist dazu ausgebildet, dass es sich im montierten Zustand in dem Hohlraum 116 des Gehäuses 102 befindet. Der Sensorhaltebereich 153 weist abgewinkelte Zungen 157 auf, die sich gegenüber von den Anschlüssen von der Basis 150 weg erstrecken und dazu ausgebildet sind, den Sensor 120 aufzunehmen und zu befestigen, beispielsweise mittels eines mechanischen Festsitzes. Bei einer exemplarischen Ausführungsform handelt es sich bei den Zungen 157 um allgemein rechteckige Platten, die in einem Winkel von ca. 45° relativ zu der Basis 150 in Richtung nach innen positioniert sind. Jedoch können die Zungen 150 in einem beliebigen Winkel positioniert sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Kontaktelement 104 der Verbindungsstelle 28 unmittelbar benachbart oder nachgeordnet positioniert. Das Kontaktelement 104 ist in unmittelbarer Nähe zu der Verbindungsstelle 28 angeordnet, um die Länge des direkten thermisch leitfähigen Pfads zu minimieren. Bei alternativen Ausführungsformen kann das Kontaktelement 104 an einer beliebigen Stelle entlang des Drahts positioniert sein, wie z.B. an einer vorgeordneten, nachgeordneten oder entfernten Stelle von der Verbindungsstelle 28.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Kontaktelement 151 dazu ausgebildet, eine betriebsmäßige, wie z.B. thermische und mechanische, Verbindung mit dem Sensor 120 herzustellen. Die Anschlüsse 152, 154 bilden Ebenen, die relativ zueinander parallel sind und sich rechtwinklig zu der Längsachse 118 erstrecken. Alternative Ausführungsformen können jedoch Anschlüsse 152, 154 beinhalten, die nicht parallel sind und einander nicht gegenüberliegen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Anschlüsse 152, 154 als die Isolierung durchdringende bzw. Schneid-Klemm-Elemente oder Anschlüsse gebildet. Jedoch können bei alternativen Ausführungsformen einer oder beide der Kontakte möglicherweise kein Schneid-Klemm-Element aufweisen. Stattdessen könnte ein anderes System zum Anbringen des oder der Drähte 22 an den Anschlüssen 152, 154 vorgesehen sein.
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Jeder Anschluss 152, 154 ist dazu ausgebildet, einen Bereich des Drahts 22 aufzunehmen sowie durch den Isoliermantel 34 des Drahts 22 hindurch zu schneiden, um eine mechanische und thermische Verbindung mit dem Leiter 30 herzustellen. Jeder Anschluss 152, 154 weist zwei Schenkel 156 auf, die zwischen sich einen Schlitz 158 bilden. Innenflächen des Anschlusses 152, 154 bilden ein Paar von einander gegenüberliegenden Messern 160 mit abgeschrägten Enden 162 an dem offenen Ende des Schlitzes 158. Die Breite (W) des Schlitzes 158 ist derart ausgebildet, dass ein Durchstoßen und Durchdringen des Isoliermantels 34 ermöglicht ist, während gleichzeitig gewährleistet ist, dass ein Zusammenwirken mit dem Leiter 30 sowie ein Komprimieren desselben zwischen den Messern 160 ermöglicht ist. Ferner nimmt die Breite (W) einen derartigen Abstand ein, dass die Integrität des Drahts 22 nicht gefährdet wird. Somit kann ein direkter thermisch leitfähiger Pfad zwischen dem Sensor 120, der Basis 150 und den Anschlüssen 152, 154 des Kontaktelements 104, dem Leiter 30 des Drahts 22 sowie einer Länge des Leiters 30 bis zu der Verbindungsstelle 28 hergestellt werden. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist jeder Anschluss 152, 154 aus thermisch leitfähigem Material gebildet, wie z.B. aus gestanztem und geformtem Metall. Optional sind die Anschlüsse 152, 154 mit einer Schutzbeschichtung bedeckt, wie z.B. einem dielektrischen Material, Polymer und dergleichen, und zwar mit Ausnahme der Messer 160, die frei bleiben, um den Isoliermantel 30 zu durchdringen und mit dem Leiter 30 zusammenzuwirken.
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Alternativ hierzu weisen die Anschlüsse 152, 154 keine Messer 160 zum Durchschneiden des Isoliermantels 30 und zum Zusammenwirken mit dem Leiter 30 für eine thermische Verbindung auf. Stattdessen sind die Anschlüsse 152, 154 dazu ausgebildet, den Draht 22 innerhalb der Schlitze 158 zu befestigen. Optional kann das Kontaktelement 104 Kontakte 161 in der Nähe des jeweiligen Endes der Basis 150 aufweisen. Beispielsweise handelt es sich bei jedem Kontakt 161 um ein im Wesentlichen dreieckig ausgebildetes Messer, das zum Durchschneiden oder Durchdringen des Isoliermantels 34 des Drahts 22 ausgebildet ist, um eine mechanische und thermische Verbindung mit dem Leiter 30 herzustellen. Jedoch können die Kontakte 161 eine beliebige Formgebung oder Konfiguration aufweisen. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist jeder Kontakt 161 aus thermisch leitfähigen Material gebildet, wie z.B. gestanztem und geformtem Metall. Optional sind die Kontakte 161 mit einer Schutzbeschichtung bedeckt, wie z.B. einem dielektrischen Material, Polymer und dergleichen, und zwar mit Ausnahme der Spitzen bzw. freien Enden, die frei bleiben, um den Isoliermantel 30 zu durchdringen und mit dem Leiter 30 zusammenzuwirken.
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Die untere Schale 108 beinhaltet eine Mehrzahl von Innenwänden 172, die zwischen sich Kontaktschlitze 180 bilden, die zum Aufnehmen der Anschlüsse 152, 154 des Kontaktelements 104 ausgebildet sind. Bei einer exemplarischen Ausführungsform erstreckt sich jede Innenwand 172 von der Innenfläche 136 der unteren Schale nach oben. Die Innenwände 172 bilden Ebenen, die zueinander parallel sind und zu der Längsachse 118 rechtwinklig sind. Jedoch können alternative Ausführungsformen Innenwände 172 aufweisen, die nicht parallel sind und einander nicht gegenüberliegen. Obere Ränder 178 der Innenwände 172 bilden eine bogenförmige Vertiefung 182, die zum Führen des Drahts 22 in die Schlitze 158 und zur Befestigung in diesen ausgebildet ist. Die oberen Ränder 178 der Innenwände bilden jeweils eine bogenförmige Vertiefung 182, die dazu ausgebildet ist, den Draht 22 entlang der Längsachse 118 aufzunehmen und diesen für das Einsetzen in die Schlitze 158 auszurichten. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Vertiefung 182 eine beliebige Formgebung zum Führen des Drahts 22 in die Schlitze sowie zur Ausrichtung des Drahts 22 mit den Schlitzen 158 aufweisen.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktelements in einer verbundenen Position entlang der Schnittlinie A-A der 2 gemäß einer Ausführungsform. Zum Anbringen der Sensoranordnung 100 an dem Draht 23 wird die Längsachse des Drahts 22 mit den Schlitzen 158 ausgerichtet. Beispielsweise kann der Draht 23 innerhalb der Vertiefungen 182 der Innenwände 172 positioniert werden. Das Kontaktelement 151 und die Innenwände 172 der unteren Schale 108 werden in Richtung aufeinander zu bewegt, um den Draht 22 zu betätigen oder in die Schlitze 158 der Anschlüsse 152, 154 hinein zu drücken. Beispielsweise kann ein Werkzeug (nicht gezeigt) zum Bereitstellen einer ausreichenden und gleichmäßigen Kraft an der oberen und der unteren Schale 106, 108 verwendet werden. Die bogenförmigen Vertiefungen 182 der Innenwände 172 treten mit dem Draht 22 in Kontakt, um den Draht 22 in die Schlitze 158 zu führen. Während der Draht 22 in die Schlitze 158 gepresst wird, schneiden die Messer 160 und/oder Messer 161 durch den Isoliermantel 34 hindurch und gelangen mit dem Leiter 130 in Zusammenwirkungseingriff, wobei zumindest ein Bereich der Anschlüsse 152, 154 in entsprechenden Kontaktschlitzen 180 der Innenwände 172 aufgenommen wird. Die obere und die untere Schale 106, 108 treten entlang der Grenzflächen 110 miteinander in Verbindung und bilden dadurch das Gehäuse 102 und befestigen den Draht 22 innerhalb der Schlitze 158. Optional kann das Gehäuse ein Dichtungsmaterial 190 zum Befestigen der Sensoranordnung 100 sowie zum Abschirmen der Komponenten gegenüber Umweltbedingungen enthalten. Beispielsweise kann das Dichtungsmaterial 190 entlang der oberen Innenfläche 146 platziert werden. Wenn die Sensoranordnung 100 in der verbundenen Position zusammengebaut ist, bedeckt dass Dichtungsmaterial 190 zumindest einen Bereich des Sensors 120 und/oder des Kontaktelements 104, um die Komponenten gegenüber Umweltbedingungen abzuschirmen. Das Dichtungsmaterial 190 kann ein Gel auf Silikonbasis beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Der Sensor 120 ist dazu ausgebildet, die Temperatur an der Verbindungsstelle direkt durch den thermisch leitfähigen Pfad zu ermitteln, der durch das Kontaktelement 104, den Leiter 30 des Drahts 22 und die Verbindungsstelle 28 gebildet ist. Während eines normalen Betriebs, wenn die Sensoranordnung 100 in einer verbundenen Position (5) mit dem Draht 22 gekoppelt ist, führt der Hauptstromkreis 12 einen hohen Strom, der von der Stromversorgung 16 zu der Last 14 fließt. Die resultierende Widerstandserwärmung führt zu einer Erhöhung der Temperatur der Komponenten an der Verbindungsstelle 28 sowie zur Wärmeleitung über den thermisch leitfähigen Pfad zu dem Temperatursensor 120. Die Wirksamkeit des Temperatursensors 120 hinsichtlich einer raschen und exakten Erfassung der Temperaturänderungen an der Verbindungsstelle 28 steht mit der Länge und der Wärmeleitfähigkeit des thermisch leitfähigen Pfads in Beziehung. Mit abnehmender Länge und zunehmender Wärmeleitfähigkeit nimmt die Wirksamkeit des Temperatursensors 120 zu. Außerdem führt die Befestigung des Drahts 22 innerhalb der Sensoranordnung 100 zu einer Reduzierung von Umweltbedingungen, wie z.B. Vibration, Temperatur und dergleichen, die ansonsten die Wirksamkeit des Temperatursensors 120 vermindern könnten. Der Sensor 120 kann Signale unter Verwendung einer drahtgestützten oder einer drahtlosen Verbindung an die Stromversorgung 16 übermitteln.
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In der dargestellten Ausführungsform kann es sich bei dem Sensor 120 um einen für die Oberflächenmontage vorgesehenen Thermistor, wie z.B. einen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) oder um einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) handeln. Ein PTC-Thermistor erhöht den Widerstand mit steigender Temperatur, und die Beziehung zwischen Widerstand und Temperatur ist im Wesentlichen linear. Ein NTC-Thermistor reduziert den Widerstand mit steigender Temperatur, und die Beziehung zwischen Widerstand und Temperatur ist im Wesentlichen nichtlinear. Der Sensor 120 kann auf der Basis von solchen Parametern ausgewählt werden, die z.B., jedoch nicht ausschließlich, die Größe, das thermische Ansprechen, das zeitliche Ansprechen sowie die Widerstands-/Temperatur-Charakteristik beinhalten. Darüber hinaus kann jeder beliebige Typ von Temperatursensor verwendet werden, wie z.B. ein Perlenthermistor, ein Scheiben- und Chip-Thermistor, ein glasgekapselter Thermistor, ein RTD-Sensor bzw. Widerstandstemperatursensor, ein Thermoelement, eine Diode und dergleichen.
