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Die Erfindung betrifft einen Temperatur-empfindlichen Sensor zur Positionierung in den Statorwicklungen eines Elektromotors.
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Temperaturempfindliche Sensoren sind beispielsweise Bimetall-Schalter oder PTC-Fühler oder dergleichen. Dazu gehören auch das bekannte Siemens-Produkt KTY mit linearer Kennlinie und Vorrichtungen zur Temperaturmessung, wie Pt100 oder dergleichen. Sie dienen zum Erkennen des Überschreitens oder Unterschreitens mindestens einer kritischen Temperatur oder zur Temperaturmessung. Meist arbeiten diese Sensoren oder Fühler in einem weiten Temperaturbereich, beispielsweise von 0 bis 200°C.
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Zur Temperaturüberwachung werden solche temperaturempfindlichen Sensoren in Statorwicklungen des Elektromotors derart eingebracht, dass sie einen niedrigen Wärmeübergangswiderstand zu Drähten der Statorwicklung aufweisen. Auf diese Weise können beispielsweise Notabschaltungen oder Fehlermeldungen bei Überschreiten oder Unterschreiten gewisser Temperaturen ausgelöst werden.
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Aus der Siemens-Zeitschrift Components 31 (1993), Heft 4 Seite 144 bis 146 sind Temperaturfühler bekannt, deren Anschlussleitungen mit Teflon überzogen sind und deren Sensorkopf eine Tauchlack- und Schrumpfschlauch-Isolierung aufweist. Jedoch ist die mechanische Festigkeit des Teflonüberzugs nicht ausreichend sicher für die bei der Motorenfertigung auftretenden Kräfte.
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Bei der Fertigung werden die Sensoren samt Anschlussleitungen in die Wicklungen eingelegt und danach beim Formen des Wickelkopfes in die Wicklungen eingepresst. Dabei treten große mechanische Kräfte und Belastungen auf. Wenn die Anschlussleitungen nicht entsprechend mechanisch stabil ausgeführt sind, treten Ausfälle und Defekte auf. Insbesondere können unzulässige elektrische Verbindungen zwischen Sensorleitungen und Statorwickeldrähten entstehen.
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Zum Schutz der mit den Anschlussleitungen verbindbaren elektronischen Baugruppen muss also eine sogenannte sichere Trennung durchgeführt werden. Bekannt sind dabei Verfahren, die einen Transformator oder eine optische Übertragung verwenden. Solche Verfahren sind kostspielig und aufwendig.
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Aus dem Sonderdruck der BBC-Nachrichten, Jahrgang 50, Heft 6/1968, Seite 328 bis 332, sind temperaturempfindlichen Sensoren zur Messung der Temperatur von Statorwicklungen bekannt. Die dort verwendeten Auswertegeräte weisen aufwendig gefertigte Trenntransformatoren zum sicheren elektrischen Trennen der mit Kleinspannung betreibbaren Sensoren auf, damit auch eine Berührung der Ausgangsklemmen des Auswertegerätes für Menschen ungefährlich bleibt. Dabei werden die Wicklungen des Elektromotors mit Netzspannung, also einer Niederspannung, und die Sensoren mit einer Kleinspannung, also etwa weniger als 50 Volt Wechselspannung und/oder 120 Volt Gleichspannung, betrieben.
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Eine sichere Trennung, also sichere elektrische Trennung, muss den Anforderungen der VDE0160, der VDE0110 oder der DIN EN 50178 genügen. Die dort beschriebenen Prüfungen gemäß den angegebenen Prüfvorschriften müssen von der jeweiligen Anordnung oder dem jeweiligen Produkt bestanden werden. Insbesondere müssen Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden. Außerdem werden elektrische Prüfungen auch unter thermischer Belastung vorgeschrieben.
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Anordnungen mit sicherer Trennung sind aufwendig und teuer zu fertigen, weil die erwähnten Verfahren entsprechende Vorrichtungen erfordern. Darüber hinaus weist eine einfache Isolierung nur bei zusätzlichem Einsatz von weiteren Bauelementen eine genügend große mechanische Stabilität auf, die zum Schutz des Sensors mit Anschlussleitung beim Formen des Wickelkopfes ausreicht. Bei denjenigen Anordnungen, bei welchen dieser Aufwand nicht getrieben wird, treten in störender Häufigkeit Defekte auf. Die genannten Normen erfordern nur eine Prüfung eines Produktes oder einer Anordnung, sie machen jedoch keine Aussage und erheben keine Forderung in Bezug auf den Fertigungsprozess. Wenn keine Aussage im Sinne der VDE0106, Teil101, über den Fertigungsprozess vorliegt, muss also eine Stückprüfung durchgeführt, d.h. jedes gefertigte Produkt einzeln geprüft werden. Dies ist aufwendig und kostspielig.
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Dabei besagt die VDE0106, Teil 101, im Großen und Ganzen, dass auf Stückprüfung nur dann verzichtet werden kann, wenn sichergestellt ist, dass die Isolierung zur sicheren Trennung durch Fertigungsprozesse nicht beeinträchtigt werden kann.
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Aus der Veröffentlichung DE-Z: Siemens-Zeitschrift 43 (1969), Heft 4, S. 392 - 394 ist ein Motorschutzkaltleiter C 822 mit kurzer Ansprechzeit bekannt.
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Aus der Veröffentlichung DE-Z: „Elektrotechnik‟ 75 (1993), Heft 10, S. 44, 45, 48 ist ein keramischer Kaltleiter als Komplettlösung für den Motorschutz bekannt.
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Aus der Veröffentlichung Technische Information der Firma Kriwan Industrie-Elektronik, Forchtenberg, Motorschutz INT 69, S.5, eingegangen im DPA 26.1.1990 sind PTC-Thermistoren bekannt.
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Aus der
DE 69323126 T2 ist ein Schutzsensor für einen Elektromotor bekannt.
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Aus der
US 3,537,053 ist ein flexibler Temperatursensor als Motorschutz bekannt.
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Aus der
DE 21 12 152 C ist ein Isoliermaterial für einen elektrischen Leiter bekannt.
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Aus der
EP 0 811 483 A1 eine viele Lagen an Polyimid-Fluoropolymer aufweisende Isolierung bekannt, die eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur sicheren elektrischen Trennung von temperaturempfindlichen Sensoren bei einem Elektromotor und einen temperaturempfindlichen Sensor für Statorwicklungen des Elektromotors weiterzubilden unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere soll eine sichere Trennung in kostengünstiger Weise erreicht werden. Außerdem soll die Aufgabe der genügend hohen mechanischen Stabilität beim Formen des Wickelkopfes gelöst werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur sicheren elektrischen Trennung von temperaturempfindlichen Sensoren bei einem Elektromotor gelöst nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei einem temperaturempfindlichen Sensor für Statorwicklungen des Elektromotors nach den in Anspruch 2 angegebenen Merkmalen. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass bei dem Verfahren die sichere elektrische Trennung gegenüber den Statorwicklungen durch verstärkte oder doppelte Isolierung einerseits der Sensoren und andererseits der Anschlussleitungen erfolgt, und dass die verstärkte oder doppelte Isolierung derart gestaltet ist, dass sie bei und nach dem Formen des Wickelkopfes die sichere elektrische Trennung erfüllt oder aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass keine Trenntransformatoren oder andere aufwendige und kostspieligen Verfahren zur sicheren Trennung angewandt werden müssen, sondern die einfach herzustellende, kostengünstige Isolierung die sichere Trennung bewerkstelligt, wobei gleichzeitig ein hoher mechanischer Schutz vorhanden ist, der die Einwirkung derjenigen starken Kräfte, die beim Formen des Wickelkopfes wirksam sind, aufnimmt und ableitet, so dass keine Zerstörung von Litzen, Kurzschlüsse oder allgemein die sichere Trennung in Gefahr gebracht wird. Außerdem ist erfindungsgemäß die VDE0106, Teil 101, erfüllt, so dass eine Typenprüfung ausreichend ist und Kosten und Aufwand einsparbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die verstärkte oder doppelte Isolierung des Sensorkopfes durch mindestens zwei Schrumpfkappen oder schlauchförmige Hüllen erreicht, wobei diese Schrumpfkappen oder schlauchförmigen Hüllen überstehende Endbereiche aufweisen, die mittels Schrumpfen, Schweißen, Pressen oder Flachpressen bearbeitbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass die überstehenden Endbereiche eine derartige Länge aufweisen, dass Luft- und Kriechstrecken eingehalten sind und ein einfaches Formen der Endbereiche durch Pressen oder Flachpressen ermöglicht wird, oder dass die überstehenden Endbereiche zugeschweißt werden und dadurch eine Isolierung erreicht wird. Erstgenanntes Schrumpfen, Pressen oder Flachpressen ist kostengünstig und einfach ausführbar und letztgenannte Schweißverbindung ist raumsparend und schnell ausführbar.
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Erfindungsgemäß weisen die Anschlussleitungen teflonüberzogenen Litzen und einen Hüllschlauch auf. Von Vorteil ist dabei, dass Teflon eine hervorragende Isolierung darstellt und der Hüllschlauch einen guten mechanischen Schutz aufweist, wobei dieser mechanische Schutz ausreicht bei den Krafteinwirkungen während des Formens des Wickelkopfes.
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Erfindungsgemäß werden die Litzen der Anschlussleitungen bei der Fertigung vierfach bandagiert mit einer Folie, die Polyimid aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass Polyimid eine hohe Isolierfähigkeit hat und eine vierfache Bandagierung einen guten mechanischen Schutz darstellt. Dabei reicht dieser mechanische Schutz sogar bei den Krafteinwirkungen während des Formens des Wickelkopfes aus.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung bei dem temperaturempfindlichen Sensor für Statorwicklungen eines Elektromotors ist, dass Anschlussleitungen und temperaturempfindlicher Sensor eine verstärkte oder doppelte Isolierung zur sicheren elektrischen Trennung aufweisen, die derart gestaltet ist, dass sie bei und nach dem Formen des Wickelkopfes die sichere elektrische Trennung erfüllt oder aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass keine Trenntransformatoren oder andere aufwendige und kostspieligen Verfahren zur sicheren Trennung angewandt werden müssen, sondern die einfach herzustellende, kostengünstige Isolierung die sichere Trennung bewerkstelligt, wobei gleichzeitig ein hoher mechanischer Schutz vorhanden ist, der die Einwirkung derjenigen starken Kräfte, die beim Formen des Wickelkopfes wirksam sind, aufnimmt und ableitet, so dass keine Zerstörung von Litzen oder Kurzschlüsse auftreten oder die sichere Trennung gefährdet wird.
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Erfindungsgemäß weisen Anschlussleitungen einen Überzug aus Teflon oder dergleichen auf. Von Vorteil ist dabei, dass Teflon eine hohe Isolierfähigkeit hat und kostengünstig und in einfacher Weise fertigbar ist.
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Erfindungsgemäß weisen Anschlussleitungen einen Hüllschlauch auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Hüllschlauch einen guten mechanischen Schutz aufweist, wobei dieser mechanische Schutz ausreicht bei den Krafteinwirkungen während des Formens des Wickelkopfes.
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Erfindungsgemäß weisen Anschlussleitungen eine mehrlagige, insbesondere vierlagige, Bandagierung mittels einer Folie auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Folie isoliert und einen guten mechanischen Schutz, insbesondere auch durch die vierfache Bandagierung, aufweist, wobei dieser mechanische Schutz ausreicht bei den Krafteinwirkungen während des Formens des Wickelkopfes.
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Erfindungsgemäß weist die Folie Polyimid. Von Vorteil ist dabei, dass die Folie, und insbesondere das Polyimid, druckstabil und hochisolierend ist und auf diese Weise ein kostengünstiger, einfach zu fertigender, sogar in weiten Bereichen temperaturstabiler Schutz erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß weist die Anschlussleitung einen Teflonüberzug über der Folie oder Polyimid-Folie auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Teflonüberzug der farblichen Kennzeichnung dient und auch isolierende Eigenschaften hat, wobei die farbliche Kennzeichnung bei einigen Anwendungen ein sehr wichtiger Vorteil ist. Weitere Vorteile sind auch die mechanischen Eigenschaften der Druckaufspreizung. Wenn also zwei nicht parallel gelagerte Drähte gegeneinander drücken, wird die Fläche vergrößert und die Werte des Druckes nehmen ab. Ein weiterer Vorteil ist der mechanische Schutz der Leitung infolge des Teflons und der Zusammenhalt der Folien, der auch durch das Teflon verbessert wird. Die Erfindung betrifft auch statt Teflon Ersatzstoffe für das Teflon, die ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen.
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Erfindungsgemäß weist der Sensor mindestens eine Schrumpfkappe, einen Schrumpfschlauch und/oder eine schlauchförmige Hülle auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Sensorkopf in einfacher, leicht zu fertigender Weise isolierbar ist.
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Erfindungsgemäß weist die Schrumpfkappe oder eine schlauchförmige Hülle überstehende Endbereiche auf, deren Länge durch Luft- oder Kriechstrecken gemäß der sicheren Trennung bestimmt sind. Von Vorteil ist dabei, dass die sichere Trennung in kostengünstiger Weise herstellbar ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform bei einem Drilling, also bei drei Sensorköpfen mit Verkabelung, gezeigt. Der Sensorkopf 1 trägt zwei Isolierungen in Form eines Schrumpfschlauchs oder einer Schrumpfkappe 2 und ist mittels Anschlussleitungen 3 und 4 mit weiteren Sensorköpfen 1 oder der Auswerteelektronik verbunden. Der Hüllschlauch 5 dient als zusätzlicher mechanischer Schutz und Isolierung, der insbesondere bei Positionierung oder Einbringung der Anschlussleitungen 3 und 4 an Kanten notwendig ist. Die Anschlussleitungen 3 und 4 bestehen aus einer Litze, die von einem temperaturstabilen Isoliermaterial, beispielsweise Teflon, FEP, PTFE oder dergleichen, überzogen ist. Dieser hat sehr gute Isoliereigenschaften, stellt eine verstärkte Isolierung dar, hat aber keine hinreichende mechanische Stabilität gegen die Kräfte beim Formen des Wickelkopfes. Daher ist der Hüllschlauch 5 für den Einbau in Wickelköpfe notwendig.
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Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird statt der mit Teflon überzogenen Litze die Litze mehrfach, insbesondere vierfach, mit einer speziellen druckstabilen und temperaturfesten Folie umwickelt oder bandagiert. Außerdem werden in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Folien zusätzlich verschweißt.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Folie aus Polyimid gefertigt. Polyimid ist im Stand der Technik bekannt für seine guten Isoliereigenschaften und wird auch verwendet als Teil von Wickeldrähten der Statorwicklungen für spezielle Mittel-Hochspannungsmaschinen, die aber äußerst teuer in der Fertigung sind. Die besondere Idee der Erfindung ist die Verwendung des Stoffes Polyimid in einer folienartigen Form zum Isolieren der Anschlussleitungen der Sensoren, die nicht mit einer derart hohen Spannung betrieben werden, im Gegensatz dazu aber einer hohen mechanischen Belastung bei der Fertigung des Motors aussetzbar sein müssen. Die Isoliereigenschaften und die mechanischen Eigenschaften werden von der erfindungsgemäß mehrfachen, insbesondere vierfachen, Bandagierung mit Polyimid-Folie erfüllt. Beim Formen des Wickelkopfes können beispielsweise zwei Leitungen nicht parallel, also kreuzend, übereinander liegen und gegeneinander gepresst werden. Bei starkem mechanischem Drücken kann dann die oberste Schicht verdrückt werden. Je weiter aber die beiden Leitungen gegeneinander gedrückt werden, desto mehr wird der Druck sozusagen aufgespreizt. Die zweite Schicht bietet mehr Fläche und vermindert dadurch den Druck oder die Flächenpressung. Für die dritte Schicht gilt dies vielmehr. Wenn beispielsweise die erste Lage durch Einwirken zu großer mechanischer Kräfte zerstört wird oder reißt, isoliert die zweite, dritte und vierte Schicht immer noch. Das Teflon dient ebenfalls der Druckverteilung, ähnlich wie die erste Schicht der Polyimid-Folie. Außerdem kann das Teflon farbliche Kennzeichnungen tragen und den mechanischen Zusammenhalt der Schichten vergrößern. Außerdem stellt es einen zusätzlichen Schutz dar. In der 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Litze 9 ist von einer mehrfachen Folienbandagierung 10 umgeben, die durch schräges Ansetzen einer Folie an den Litzendraht und nachfolgendem Abwickeln erzeugt wird.
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Der Sensorkopf 1 wird von mindestens einer Schrumpfkappe und/oder einem Schrumpfschlauch umgeben. In der 2 ist eine Schrumpfkappe 7 und ein Schrumpfschlauch 8 angedeutet zur doppelten Isolierung. Die Endbereiche der Schrumpfkappen und/oder -schläuche 7, 8 werden dabei entweder geschweißt oder durch Schrumpfen, Pressen und/oder Flachpressen verschlossen. Beim Verschweißen ist ein kurzer Endbereich erlaubt. Beim Pressen und/oder Flachpressen wird eine Länge des Endbereichs entsprechend der Luft- oder Kriechstrecke gefertigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensorkopf
- 2
- Schrumpfschlauch oder Schrumpfkappe
- 3
- Anschlussleitung
- 4
- Anschlussleitung
- 5
- Hüllschlauch
- 6
- Aderendhülse
- 7
- Schrumpfschlauch
- 8
- Schrumpfkappe
- 9
- Litze
- 10
- Folienbandagierung
