Titel

Temperaturmesseinrichtung, Stator und elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Temperaturmesseinrichtung mit einer Temperatursensoranordnung. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Stator mit einer Wicklung, der eine derartige Temperaturmesseinrichtung zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems mit einer derartigen Temperaturmesseinrichtung.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102019 207438 Al ist ein elektrisch unterstützter Turbolader mit einem Verdichtergehäuse, einem an das Verdichtergehäuse anschließenden Statorpaket eines mit dem Turbolader gekoppelten Elektromotors und einem an das Statorpaket anschließenden Elektronikgehäuse des Elektromotors bekannt. Aus der europäischen Patentanschrift EP 3 641 068 Bl ist ein Steckverbinder mit einem Anschlussstecker und einer Anschlussbuchse bekannt, die ein ringförmiges Buchsenteil und einen zumindest teilweise in Inneren des ringförmigen Buchsenteils angeordneten Lamellenkorb umfasst. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102016202 963 Al ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt, aufweisend: Eine Ausnehmung; einen in der Ausnehmung fixierten Sensor; wobei in der Ausnehmung neben dem Sensor ein sich unter speziellen Bedingungen einmalig im Volumen vergrößerndes Expansionsmaterial aufgenommen ist.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperaturmesseinrichtung mit einer Temperatursensoranordnung herstellungstechnisch zu vereinfachen.

Die Aufgabe ist bei einer Temperaturmesseinrichtung mit einer Temperatursensoranordnung dadurch gelöst, dass die Temperatursensoranordnung in einer Montageeinheit mit einer Niedervoltanschlusseinrichtung kombiniert ist. Durch die Montageeinheit kann die Temperatursensoranordnung bei der Montage, insbesondere bei einem Vergießen in Position gehalten werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Temperaturmesseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung an Kontaktteilen der Niedervoltanschlusseinrichtung angebracht ist. Durch die Integration der Temperatursensoranordnung auf oder in die Kontaktteile selbst kann der Fertigungsaufwand erheblich reduziert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Temperaturmesseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung mindestens zwei Temperatursensoren umfasst, die elektrisch an mindestens drei Kontaktteile der Niedervoltanschlusseinrichtung angeschlossen sind. Die mindestens drei Kontaktteile stellen mit einem Ende Steckkontakte der

Niedervoltanschlusseinrichtung dar. Mit ihrem anderen Ende sind die Kontaktteile direkt an die Temperatursensoren angebunden. Die Temperatursensoren bestehen zum Beispiel aus einem Messchip, der auf einem elektrisch isolierenden Keramikträger sitzt. Zur Kontaktierung weist jeder der Temperatursensoren vorteilhaft zwei Leitungen zu zwei Kontaktteilen auf. Die Keramikträger der Temperatursensoren sind zum Beispiel mit einem geeigneten Kleber, zum Beispiel einem SMD-Kleber, an mindestens einem Kontaktteil befestigt. Die elektrische Kontaktierung kann beispielsweise durch Crimpen,

Löten oder Schweißen erfolgen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Temperaturmesseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktteile der

Niedervoltanschlusseinrichtung als längliche Stanzbiegeteile ausgeführt sind. So können vorteilhaft mehrere Kontaktteile in einem Stanzbiegeprozess hergestellt werden. Eine Auftrennung in Einzelkontaktteile erfolgt zum Beispiel durch Trennen von Brücken zwischen den einzelnen Kontaktteilen mittels Stanzen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Temperaturmesseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung an einem freien Ende eines mit den Kontaktteilen dargestellten Federarms angebracht ist, der zum Erzeugen einer Federvorspannkraft dient, durch welche die Kontaktteile mit der Temperatursensoranordnung in einer gewünschten Montageposition gehalten werden. Dadurch wird die Herstellung eines Stators mit der Temperaturmesseinrichtung erheblich vereinfacht. Die

Temperatursensoranordnung kann mit dem vorgespannten Federarm stabil an oder bei Wicklungen des Stators positioniert werden, bevor dieser vergossen oder umspritzt wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Temperaturmesseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktteile zwischen einer Anschluss- Schnittstelle und einer Sensor-Schnittstelle mindestens einen umspritzten Bereich aufweisen. In dem umspritzten oder umgossenen Bereich sind die Kontaktteile vorteilhaft mit einem elektrisch isolierenden Material umspritzt. Diese Umspritzung dient dazu, die Kontaktteile mit der Temperatursensoranordnung und der Niedervoltanschlusseinrichtung relativ zueinander zu positionieren, bevor die so geschaffene Montageeinheit in einem nachfolgenden Arbeitsgang mit dem Stator vergossen und/oder umspritzt wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Temperaturmesseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktteile an der Anschluss-Schnittstelle in einem Stecker angeordnet sind. In dem Stecker sind die Kontaktteile vorteilhaft so zusammengeführt, dass sie mit einem geeigneten Steckergegenstück schnell und sicher kontaktiert werden können.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Stanzkontaktteilanordnung, insbesondere ein Kontaktteil, und/oder eine Temperatursensoranordnung, insbesondere einen Temperatursensor, für eine vorab beschriebene Temperaturmesseinrichtung. Die genannten Teile sind separat handelbar. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Stator mit einer Statorwicklung, der eine vorab beschriebene Temperaturmesseinrichtung zugeordnet ist. Die Temperatursensoranordnung der Temperaturmesseinrichtung kann durch das Zusammenfassen der Temperatursensoranordnung mit der Niedervoltanschlusseinrichtung in der Montageeinheit höchst effizient zusammen mit der Statorwicklung umgossen oder umspritzt werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems mit einem vorab beschriebenen Stator. Die elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung wird auch als elektrisch angetriebener Luftverdichter bezeichnet. Ein Inverter kann in ein Gehäuse des elektrisch angetriebenen Luftverdichters integriert sein. Der Inverter kann aber auch außerhalb des Gehäuses des elektrisch angetriebenen Luftverdichters separat angeordnet sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Luftzuführvorrichtung mit einem Gehäuse, an beziehungsweise in dem eine Steueranschlusseinrichtung über drei längliche Kontaktteile mit einer Stromanschlusseinrichtung verbunden ist;

Figur 2 ein Gehäuse der Luftzuführvorrichtung aus Figur 1 mit einem Stator, der mit einer Temperaturmesseinrichtung kombiniert ist im Längsschnitt;

Figur 3 eine Montageeinheit zur Darstellung der Temperaturmesseinrichtung alleine im Längsschnitt;

Figur 4 die Montageeinheit aus Figur 3 in einem Querschnitt; und Figur 5 einen Federarm der Montageeinheit in einem ausgelenkten Zustand. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist eine Luftzuführvorrichtung 1 perspektivisch dargestellt. Die Luftzuführvorrichtung 1 wird auch als Luftverdichter bezeichnet und dient in einem mobilen Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von verdichteter Luft. Das mobile Brennstoffzellensystem wiederum dient in einem mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Kraftfahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Energie, die zum Beispiel über einen Elektromotor in Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug umgewandelt wird.

Die Luftzuführvorrichtung 1 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 2 mit einem Luftanschluss 3, über den Luft zugeführt wird, und mit einem Luftanschluss 4, über den verdichtete Luft abgeführt wird. Zum Verdichten der Luft umfasst die Luftzuführvorrichtung 1 zum Beispiel ein Verdichterrad, das innerhalb einer Verdichtervolute drehbar ist.

Der Antrieb des Verdichterrads erfolgt durch einen Elektromotor, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Elektromotor umfasst einen Rotor, der innerhalb eines Stators drehbar ist.

Der Stator des Elektromotors umfasst eine Stromanschlusseinrichtung 5, über welche dem Stator Wechselstrom in drei Phasen zugeführt wird. Die Stromanschlusseinrichtung 5 ist über einen Steckverbinder 10, der drei längliche Kontaktteile 7, 8, 9 umfasst, mit einer Steueranschlusseinrichtung 6 verbunden.

Die Steueranschlusseinrichtung 6 ist zum Beispiel mit einem Kabelabgang 40 kombiniert, der, wie durch drei angedeutete abgehende Kabel angedeutet ist, an einen separat angeordneten und in Figur 1 nicht dargestellten Inverter angeschlossen ist. Der Inverter kann aber auch in das Gehäuse 2 der Luftzuführvorrichtung 1 integriert sein. Dann entfällt der Kabelabgang 40. In Figur 2 ist das Gehäuse 2 der Luftzuführvorrichtung aus Figur 1 im Längsschnitt dargestellt. In das Gehäuse 2 ist ein Stator 12 integriert. Der Stator 12 ist Teil des Elektromotors, der die Luftzuführvorrichtung antreibt. Der Stator 12 umfasst Statoreisen mit Statorwicklungen 13 und Wicklungsköpfen 14, 15.

Das Gehäuse 2 mit dem Stator 12 umfasst radial innerhalb des Stators 12 einen Rotoraufnahmeraum 16. Der Rotoraufnahmeraum 16 dient zur Aufnahme eines nicht dargestellten Rotors des Elektromotors. Der Rotor des Elektromotors umfasst zum Beispiel Permanentmagneten, die in eine Welle integriert sind, die in dem Rotoraufnahmeraum 16 drehbar gelagert ist.

An einem in Figur 2 linken Ende der Welle ist zum Beispiel ein Verdichterrad angebracht, das in einer Verdichtervolute drehbar angeordnet ist. An einem in Figur 2 rechten Ende der Welle ist zum Beispiel ein Turbinenrad angebracht, das in einer Turbinenvolute drehbar angeordnet ist.

In den Stator 12 des Elektromotors ist eine Temperaturmesseinrichtung 20 integriert. Die Temperaturmesseinrichtung 20 umfasst eine Temperatursensoranordnung 19, die in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem radial inneren Bereich des in Figur 2 linken Wicklungskopfs 14 des Stators 12 angeordnet ist.

Die Temperaturmesseinrichtung 20 umfasst in dem Wicklungskopf 14 eine Sensor-Schnittstelle 29. Die Sensor-Schnittstelle 29 ist über eine Kontaktteilanordnung 70 mit einer Anschluss-Schnittstelle 28 radial außen an dem Gehäuse 2 verbunden.

Die Anschluss-Schnittstelle 28 umfasst zum Beispiel einen Stecker 11, der zur Darstellung einer Steckverbindung außen an dem Gehäuse 2 dient. Die Kontaktteilanordnung 70 zur Verbindung der Sensor-Schnittstelle 29 mit der Anschluss-Schnittstelle 28 ist in ein Anschlussteil 18 integriert. Das Anschlussteil 18 umfasst eine Umspritzung 41 aus einem elektrisch isolierenden Material.

In den Figuren 3 und 4 ist anhand zweier Schnittdarstellungen gezeigt, wie die Kontaktteilanordnung 70 in der Temperaturmesseinrichtung 20 zwischen der Anschluss-Schnittstelle 28 und der Sensor-Schnittstelle 29 ausgeführt ist. Die Kontaktteilanordnung70 umfasst vier Kontaktteile 31, 32, 33, 34, die zum Beispiel als Blechteile aus einem elektrisch gut leitenden Material ausgeführt sind.

An der Sensor-Schnittstelle 29 sind die beiden Temperatursensoren 21, 22 an die Kontaktteile 31, 32 und 33, 34 angeschlossen. An der Anschluss-Schnittstelle 28 sind die Kontaktteile 31 bis 34 zum Beispiel in dem in Figur 2 mit 11 bezeichneten Stecker zusammengeführt.

In Figur 4 ist angedeutet, dass der Temperatursensor 21 mit Hilfe von zwei Anschlussleitungen 23, 24 an die Kontaktteile 31 und 32 angeschlossen ist. Der Temperatursensor 22 ist mit Hilfe von zwei Anschlussleitungen 25, 26 an die Kontaktteile 33, 34 angeschlossen.

In Figur 3 sieht man, dass der Temperatursensor 21 ein Keramikteil 35 umfasst, auf dem ein Messelement 36 angeordnet ist. Das Messelement 36 ist zum Beispiel ein Messchip, der auf dem Keramikteil 35 sitzt, das als elektrisch isolierender Keramikträger ausgeführt ist.

Die zur Kontaktierung der Kontaktteilanordnung 70 benötigten Anschlussleitungen 23 sind zum Beispiel mit Hilfe von Crimpverbindungen 37 an dem jeweiligen Kontaktteil 31 befestigt. Das Keramikteil 35 ist zum Beispiel mit einem S MD- Kleber an dem jeweiligen Kontaktteil 31 befestigt. Die Großbuchstaben SMD stehen für die englischen Begriffe Surface Mounted Device. Die Kontaktierung zwischen den Anschlussleitungen 23 bis 26 und den Kontaktteilen 31 bis 34 kann auch durch Löten oder Schweißen erfolgen.

Die Kontaktteile 31 bis 34 der Kontaktteilanordnung 70 tragen auf der Seite der Sensor-Schnittstelle 29 die Temperatursensoranordnung 19. Auf der Seite mit der Anschluss-Schnittstelle 28 dienen die Kontaktteile 31 bis 34 der Kontaktteilanordnung 70 zur Darstellung von Steckkontakten.

Zwischen der Anschluss-Schnittstelle 28 und der Sensor-Schnittstelle 29 sind die Kontaktteile 31 bis 34 der Kontaktteilanordnung 70 in einem umspritzten Bereich 27 von der Umspritzung 41 umgeben. Die Umspritzung 41 dient zur Stabilisierung und Positionierung der Kontaktteile 31 bis 34 in der Kontaktteilanordnung 70 relativ zueinander. So wird eine Montageeinheit 30 geschaffen, die zur Darstellung der Temperaturmesseinrichtung 20 dient. Die Montageeinheit 30 umfasst an der Sensor-Schnittstelle 29 die Temperatursensoranordnung 19.

In Figur 3 sieht man, dass die Umspritzung 41 Rillen 44, 45 aufweisen kann. Die Rillen 44, 45 dienen zur Aufnahme von nicht dargestellten Dichtelementen. Die Dichtelemente wiederum dienen vorteilhaft zum Abdichten einer Steckverbindung, die mit dem Stecker dargestellt wird, der in Figur 2 mit 11 bezeichnet ist.

In Figur 4 ist angedeutet, dass die Kontaktteile 31 bis 34 der Kontaktteilanordnung 70 vorteilhaft als Stanzbiegeteile ausgeführt sind, die in einem Stanzbiegeprozess hergestellt werden. Bei 43 ist angedeutet, dass Brücken zwischen denen als Stanzbiegeteile einer Stanzkontaktteilanordnung 42 ausgeführten Kontaktteilen 31 bis 34 durch Trennen der Brücken 43 mittels Stanzen erfolgen kann. So wird die Herstellung der Kontaktteilanordnung 70 erheblich vereinfacht.

In Figur 5 ist das Ende der Kontaktteilanordnung 70 mit der Sensor-Schnittstelle 29 in einem vordefiniert verformten Zustand dargestellt. Das in Figur 5 gezeigte abgewinkelte Ende der Kontaktteilanordnung 70 stellt einen Federarm 38 dar, der um einen Winkel 50 nach unten ausgelenkt oder umgebogen ist. So kann eine Federwirkung erzeugt werden, die in Figur 5 durch einen Pfeil 51 angedeutet ist, der eine entsprechende Federvorspannkraft symbolisiert.

So kann die Kontakteinheit 31 beim Umspritzen oder Umgießen von Wicklungsdrähten des Stators mit der Temperatursensoranordnung 19 sicher positioniert werden. Auch vor dem Vergießen des Stators dient die Federvorspannkraft 51 vorteilhaft dazu, die vormontierte Montageeinheit 30 beim Transport zusammen mit dem Stator in der gewünschten Position zu halten.