Erfassen einer Temperatur in einer elektrischen Maschine oder einem Transformator

Die Erfindung betrifft eine Temperatursensoreinrichtung zum Erfassen einer Temperatur in einer elektrischen Maschine oder einem Transformator mit wenigstens zwei elektrischen Anschlusselementen zum Anschließen der Temperatursensoreinrichtung an ein Auswertegerät, und einem zweipoligen Temperatursensorelement mit zwei Sensorelementanschlüssen, welches aus ^¬ gebildet ist, eine Temperatur zumindest mittels Wärmekontakt zu erfassen, wobei jeweils einer der Sensorelementanschlüsse an jeweils eines der wenigstens zwei Anschlusselemente elektrisch angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine mit einem ein Blechpaket aufweisen ^¬ den Ständer und einem in einer Öffnung des Ständers drehbar gelagert angeordneten Läufer, wobei der Ständer und/oder der Läufer wenigstens eine an ein Auswertegerät anschließbare Temperatursensoreinrichtung aufweist. Weiterhin betrifft, die Erfindung auch einen Transformator mit wenigstens einer Primärwicklung, wenigstens einer Sekundärwicklung und einem Blechpaket, mittels dem die wenigstens eine Primärwicklung und die wenigstens eine Sekundärwicklung magnetisch gekoppelt sind, wobei der Transformator wenigstens eine an ein Auswertegerät anschließbare Temperatursensoreinrichtung aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erfassen einer Temperatur in einer elektrischen Maschine oder einem Transformator mittels einer an ein Auswertegerät angeschlossenen Temperatursensoreinrichtung, bei dem ein zweipoliges Temperatursensorelement der Temperatursensoreinrichtung die Temperatur zumindest mittels Wärmekontakt erfasst.

Gattungsgemäße elektrische Maschinen sowie Ständer und Läufer hierfür sowie auch Transformatoren sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es eines geson ^¬ derten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Bei einer elektrischen Maschine, insbesondere einer rotieren- den elektrischen Maschine, ist dem Grunde nach der Ständer als Stator vorgesehen, der in der Regel eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung zur Aufnahme des als Rotor ausgebildeten Läufers bereitstellt. In der Öffnung ist der Läufer drehbar gelagert angeordnet, wobei zwischen dem Läufer und dem Stän ^¬ der ein Luftspalt ausgebildet ist. Eine entsprechende Anord ^¬ nung weisen Linearmaschinen auf.

Eine elektrische Maschine ist eine Vorrichtung, die elektri ^¬ sche Energie in mechanische Energie, insbesondere Bewegungs ^¬ energie (Motorbetrieb) und/oder mechanische Energie in eine elektrische Energie (Generatorbetrieb) umformt. Ist die elektrische Maschine eine rotierende elektrische Maschine, handelt es sich bei der Bewegung um eine Drehbewegung, die vom Läufer ausgeführt wird. Der Ständer ist im Unterschied zum Läufer drehfest angeordnet, das heißt, bei der Drehbewe ^¬ gung handelt es sich um eine Drehbewegung des Läufers gegenüber dem Ständer.

Der Ständer und der Läufer sind mittels eines magnetischen Flusses verkettet, wodurch im Motorbetrieb die Kraftwirkung, nämlich bei der rotierenden elektrischen Maschine das Drehmoment, erzeugt wird, die den Läufer gegenüber dem Ständer antreibt, und wodurch im Generatorbetrieb dem Läufer zugeführte mechanische Energie, bei einer rotierenden elektrischen Maschine in Form eines auf den Läufer einwirkenden Drehmoments, in elektrische Energie umwandelt . Zu diesem Zweck weisen der Ständer und der Läufer jeweils eine von einem elektrischen Strom durchflossene Wicklung auf. Im Ständer oder im Läufer kann die Wicklung auch durch einen Permanentmagneten gebildet oder ergänzt sein.

Rotierende elektrische Maschinen der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise Drehfeldmaschinen, die an ein mehrphasiges, insbesondere dreiphasiges, elektrisches Energieversorgungs ^¬ netz angeschlossen sind, wie beispielsweise Asynchronmaschinen, Synchronmaschinen, Synchronmaschinen mit Dämpferkäfig oder dergleichen. Ein Transformator ist ein Bauelement der Elektrotechnik. Er besteht meist aus zwei oder mehreren Spulen beziehungsweise Wicklungen, die in der Regel aus einem elektrischen Leiter wie einem Kupferdraht gewickelt sind und sich auf einem ge ^¬ meinsamen magnetisierbaren Kern, der häufig als Blechpaket ausgebildet ist, befinden. Der Transformator kann eine Eingangswechselspannung, die an einer der Spulen angelegt ist, in eine Ausgangswechselspannung umwandeln, die an der anderen Spule abgegriffen werden kann. Transformatoren dienen vielfach zur Spannungswandlung in Energieversorgungsanlagen und in technischen Geräten, dabei insbesondere in Netzteilen zur Bereitstellung von Kleinspannungen in vielen Arten von elektrischen und elektronischen Geräten. Weiterhin werden sie bei der Signalübertragung und der Schutztrennung eingesetzt.

Bei der elektrischen Maschine ist in der Regel ein Blechpaket vorgesehen, welches der Führung des magnetischen Flusses dient. Das Blechpaket kann sowohl ständerseitig als auch läu- ferseitig, vorzugsweise jedoch ständerseitig und läufersei- tig, vorgesehen sein. Die Wicklung ist häufig in das Blechpa ^¬ ket integriert angeordnet .

Üblicherweise weisen zumindest bei mittleren und großen elektrischen Maschinen sowie auch bei entsprechenden Transformatoren die Blechpakete entsprechende Nuten auf, in denen die jeweilige Wicklung des Ständers beziehungsweise des Läu ^¬ fers angeordnet ist. Im bestimmungsgemäßen Betrieb sind die Wicklungen von einem entsprechend geeigneten elektrischen Strom durchströmt.

Während des bestimmungsgemäßen Betriebs der elektrischen Maschine entsteht sowohl im Läufer als auch im Ständer aufgrund von Betriebsverlusten Wärme. Dies gilt gleichermaßen auch für den Transformator. Diese Wärme wird mittels geeigneter technischer Maßnahmen aus der elektrischen Maschine, und insbesondere aus dem Läufer beziehungsweise dem Ständer, bezie ^¬ hungsweise dem Transformator abgeführt. Während eines konti- nuierlichen bestimmungsgemäßen Betriebs steilt sich somit ei- ne mittlere Betriebstemperatur an der elektrischen Maschine beziehungsweise dem Transformator ein .

Um die thermische Beanspruchung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators, insbesondere deren Wicklun ^¬ gen, zu erfassen, sind üblicherweise eine oder mehrere Tempe ^¬ ratursensoreinrichtungen vorgesehen, mittels denen an vorgegebenen Stellen der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators eine jeweilige Temperatur erfasst werden kann. Die Temperatursensoreinrichtung ist üblicherweise als flachgehaltene Baugruppe ausgeführt, die vorzugsweise zusammen mit der Wicklung in den Nuten angeordnet ist. Die Temperatursensoreinrichtung wird mittels zweier elektrischer Anschlusselemente, die üblicherweise als Anschlussleitungen ausgebildet sind, an ein Auswertegerät angeschlossen, das in der Regel auch das Maschinenschutzgerät bereitstellt. Während des be ^¬ stimmungsgemäßen Betriebs der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators wird mittels des Maschinen- schutzgerätes die Temperatur mittels der Temperatursensorein- richtung überwacht und in Abhängigkeit der von der Tempera ^¬ tursensoreinrichtung erfassten Temperatur gegebenenfalls eine Steuerungs- beziehungsweise Schutzmaßnahme eingeleitet.

Die Temperatursensoreinrichtung weist zum Zwecke der Temperaturerfassung ein in der Regel zweipoliges Temperatursensorelement auf, welches häufig als temperaturabhängiger elektrischer Widerstand ausgebildet ist, beispielsweise nach Art ei ^¬ nes PT 100, PT 1000, eines siliziumbasierten temperaturabhängigen elektrischen Widerstands, auch unter Bezeichnung KTY im Handel bekannt, oder dergleichen. Darüber hinaus kann das Temperatursensorelement natürlich auch als NTC-Widerstand be ^¬ ziehungsweise als PTC-Widerstand ausgebildet sein.

Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird die Temperatursensoreinrichtung durch das Auswertegerät in der Regel mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, um den aktuellen elektrischen Widerstand des Temperatursensorelements zu ermitteln. Das Temperatursensorelement steht zur Temperaturerfassung in der Regel in Wärmekontakt mit der Stelle der elektrischen Ma ^¬ schine beziehungsweise des Transformators, an der die Tempe ^¬ ratur erfasst werden soll. Häufig ist dies eine Wicklungstem ^¬ peratur einer jeweiligen Wicklung.

Auch wenn sich die vorgenannte Erfassung der Temperatur der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators dem Grunde nach bewährt hat, zeigen sich dennoch Nachteile. Unter anderem erweist es sich als problematisch, dass ein Überschreiten einer maximal erlaubten Temperatur beziehungsweise einer vorgegebenen Temperatur nicht an der elektrischen Maschine beziehungsweise am Transformator gespeichert werden kann. So kann zum Beispiel bei einem mehrfachen Anlauf beziehungsweise einer mehrfachen Inbetriebnahme eine unerwartete Temperaturüberhöhung auftreten. Durch die jeweiligen Betriebspausen ist in der Regel häufig auch eine entsprechende Kühlung nicht vorgesehen, sodass es zu einer thermischen Beschädigung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators kommen kann. Dadurch, dass in der Regel auch das Maschinenschut zgerät zusammen mit der elektrischen Ma ^¬ schine beziehungsweise dem Transformator deaktiviert wird, ist eine entsprechende Temperaturerfassung häufig nicht mög ^¬ lich. Es kann somit zu Schäden an der elektrischen Maschine beziehungsweise dem Transformator kommen, die zu einer vorzeitigen Alterung oder sogar zu einem vollständigen Ausfall der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators führen können. Dadurch, dass die Temperatur in der Regel nicht an der Maschine beziehungsweise am Transformator ge ^¬ speichert wird, kann deshalb keine maschinenbezogene Sicher ^¬ heit, insbesondere unabhängig vom Maschinenschutzgerät, er ^¬ reicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der elektrischen Maschine oder des Transformators insbesondere in Bezug auf eine thermische Beanspruchung zu verbessern. Als Losung werden mit der Erfindung eine Temperatursensorem- richtung, eine elektrische Maschine, einen Transformator so ^¬ wie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen .

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche .

Bezüglich einer Temperatursensoreinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass diese ein mit dem Temperatursensorelement thermisch gekoppeltes und an die wenigstens zwei Anschluss ^¬ elemente elektrisch angeschlossenes Temperaturspeicherelement aufweist, das ausgebildet ist, ein Erreichen von wenigstens einer vorgebbaren Temperatur elektrisch auslesbar zu speichern .

Bezüglich einer gattungsgemäßen elektrischen Maschine wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Transformators wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Verfahrensseitig wird insbesondere vorgeschlagen, dass ein Temperaturspeicherelement mit dem Temperatursensorelement thermisch gekoppelt wird, und das Temperaturspeicherelement das Erreichen von wenigstens einer vorgebbaren Temperatur elektrisch auslesbar speichert.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass das Erreichen einer vorgebbaren Temperatur unabhängig von einem maschinenexternen Gerät, wie dem Auswertegerät, bereits durch die Tem ^¬ peratursensoreinrichtung auslesbar gespeichert werden kann. Da die Temperatursensoreinrichtung in der Regel in der elektrischen Maschine beziehungsweise dem Transformator integriert angeordnet ist, stehen somit die diesbezüglichen Daten ma- schinenseitig zur Verfügung, und zwar unabhängig davon, ob das Auswertegerät angeschlossen oder gegebenenfalls auch aus ^¬ getauscht ist. Es besteht also jederzeit die Möglichkeit, an der Temperatursensoreinrichtung selbst festzustellen, ob die vorgegebene Temperatur durch die Temperatursensoreinrichtung erreicht worden ist. Wurde die vorgebbare Temperatur durch die Temperatursensoreinrichtung erreicht, wird das Erreichen als solches durch die Temperatursensoreinrichtung mittels des Temperaturspeicherelements derart gespeichert, dass das Er ^¬ reichen zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt elektrisch ausgelesen werden kann.

Das elektrische Auslesen kann durch Erfassen einer elektrischen Eigenschaft der Temperatursensoreinrichtung, insbesondere des Temperaturspeicherelements, erfolgen, indem zum Bei ^¬ spiel die elektrischen Anschlusselemente mit einem geeigneten Auslesesignal beaufschlagt werden. Aufgrund des Auslesesig ^¬ nals können dann geeignete Daten aus dem Temperaturspeicherelement ausgelesen werden, beziehungsweise es kann eine elektrische Eigenschaft, die dem Erreichen der wenigstens ei ^¬ nen vorgebbaren Temperatur entspricht, ausgelesen werden. Das Auslesen kann mittels des Auswertegeräts selbst erfolgen. Es kann jedoch auch ein separates Gerät hierfür vorgesehen sein. Insbesondere kann das Auswertegerät, welches zum Ermitteln der Temperatur der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators aus einem entsprechenden Sensorsignal der Tem ^¬ peratursensoreinrichtung ausgebildet ist, hierfür vorgesehen sein. Die Temperatursensoreinrichtung kann beispielsweise genau zwei elektrische Anschlusselemente aufweisen. In alterna ^¬ tiven Ausgestaltungen kann die Temperatursensoreinrichtung natürlich auch mehr als zwei elektrische Anschlusselemente aufweisen, beispielsweise drei elektrische Anschlusselemente, vier elektrische Anschlusselemente oder gegebenenfalls auch noch mehr. Die Anzahl der elektrischen Anschlusselemente kann zum Beispiel von einer Bauart, einem Messverfahren und/oder dergleichen abhängig gewählt sein.

Das Temperaturspeicherelement kann ein vorzugsweise zweipoli ^¬ ges Bauelement sein, welches an die wenigstens zwei An- Schlusselemente angeschlossen ist und somit parallel zum Tem ^¬ peratursensorelement angeschlossen ist. Das Temperaturspei ^¬ cherelement ist so ausgebildet, dass es die Funktionalität insbesondere bezüglich der Temperaturerfassung mittels des Temperatursensorelements im Wesentlichen nicht behindert. Das Temperatursensorelement kann jedoch auch - je nach Funktiona ^¬ lität - drei oder mehrere Anschlusskontakte aufweisen.

Darüber hinaus ist das Temperaturspeicherelement derart aus ^¬ gebildet, dass es auch die Ermittlung der Temperatur aus dem Sensorsignal des Temperatursensorelements im Wesentlichen nicht stört. So kann vorgesehen sein, dass das Temperatursensorelement eine der erfassten Temperatur entsprechende

Gleichspannung bereitstellt, wohingegen das Temperaturspei ^¬ cherelement ausgebildet ist, auf eine entsprechende Wechsel ^¬ spannung zu reagieren. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass auch das Temperatursensorelement eine der erfassten Tem ^¬ peratur entsprechende Wechselspannung ermöglicht, wobei das Auslesen des Temperaturspeicherelements mit einer Wechsel ^¬ spannung erfolgt, die eine andere Frequenz nutzt, als die Wechselspannung, mit der das Temperatursensorelement betrie ^¬ ben wird. Dadurch kann erreicht werden, dass das Auslesen des Temperaturspeicherelements unabhängig vom Betreiben des Tem ^¬ peratursensorelements erfolgen kann. So ist es möglich, mit der Temperatursensoreinrichtung sowohl aktuell die Temperatur der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators zu erfassen als auch zeitgleich das Temperaturspeicherelement auszulesen. Natürlich können die Temperaturerfassung und das Auslesen auch in voneinander getrennten Zeiträumen erfolgen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Auslesen zu vorgebbaren Zeitpunkten erfolgt. Die Zeitpunkte können beispielsweise zu Wartungsintervallen angepasst vorgegeben sein.

Das Temperaturspeicherelement kann beispielsweise ein elekt- romechanisches Bauelement sein, welches in Abhängigkeit vom Erreichen der wenigstens einen vorgebbaren Temperatur eine physikalische Eigenschaft verändert, und zwar vorzugsweise nicht reversibel. Dadurch, dass die physikalische Eigenschaft nicht reversibel verändert wird, speichert das Temperatur ^¬ speicherelement das Erreichen der wenigstens einen vorgebbar ^¬ en Temperatur. Das Ändern der Eigenschaft ist an die

vorgebbare Temperatur gekoppelt, sodass die Veränderung im Wesentlichen nur bei Erreichen der vorgebbaren Temperatur erfolgt. Die physikalische Eigenschaft kann dann mittels eines geeigneten Auslesesignals ausgelesen werden.

Das Temperaturspeicherelement ist derart ausgelegt, dass es die Temperaturerfassung mittels des Temperatursensorelements sowie auch das Bereitstellen des Sensorsignals durch das Tem ^¬ peratursensorelement im Wesentlichen nicht beeinträchtigt, und zwar unabhängig vom Ändern seiner physikalischen Eigenschaft. Dadurch kann die Temperatursensoreinrichtung in gewohnter Weise betrieben werden, sodass es konstruktiver Änderungen und Anpassungen für den gewöhnlichen bestimmungsgemäßen Betrieb der Temperatursensoreinrichtung sowie auch der mit der Temperatursensoreinrichtung ausgerüsteten elektrischen Maschine beziehungsweise dem Transformator nicht be ^¬ darf .

Die Temperatursensoreinrichtung weist zum Erfassen der Temperatur vorzugsweise eine thermische Kontaktfläche auf, die mit einer entsprechenden Gegenfläche der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators, deren Temperatur erfasst werden soll, thermisch gekoppelt wird. Vorzugsweise ist die Temperatursensoreinrichtung in einer Nut des Blechpakets angeordnet, in der auch eine Wicklung angeordnet ist. Die ent ^¬ sprechenden Anschlusselemente beziehungsweise Anschlusslei ^¬ tungen können stirnseitig an der elektrischen Maschine beziehungsweise dem Transformator herausgeführt sein, sodass das Auswertegerät angeschlossen werden kann.

Dadurch, dass die Temperatursensoreinrichtung das Temperaturspeicherelement aufweist, ist zum Auslesen des Temperatur ^¬ speicherelements das Auswertegerät selbst nicht zwingend er ^¬ forderlich. Es kann auch ein separates Gerät vorgesehen sein, welches ausschließlich zum Auslesen des Temperaturspeicher- elements an die wenigstens zwei Anschlusselemente angeschlos ^¬ sen wird. Somit stehen die Daten bezüglich des Erreichens der wenigstens einen vorgebbaren Temperatur in der Temperatursensoreinrichtung unmittelbar zur Verfügung. Ist die Temperatursensoreinrichtung in der elektrischen Maschine beziehungsweise im Transformator angeordnet, so stehen die entsprechenden Daten an der elektrischen Maschine beziehungsweise am Trans ^¬ formator unmittelbar zur Verfügung.

Dadurch, dass die Daten bezüglich des Erreichens der wenigs ^¬ tens einen vorgebbaren Temperatur unmittelbar an der elektrischen Maschine beziehungsweise am Transformator zur Verfügung stehen, kann insgesamt die Sicherheit verbessert werden. Es bedarf nämlich lediglich des Auslesens des Temperaturspei ^¬ cherelements, um zu ermitteln, ob die elektrische Maschine beziehungsweise der Transformator in einem ungünstigen Temperaturbereich betrieben worden ist. Die vorgebbare Temperatur ist vorzugsweise eine maximale Betriebstemperatur der elekt ^¬ rischen Maschine beziehungsweise des Transformators, bei ^¬ spielsweise der Wicklung der elektrischen Maschine, des Blechpakets der elektrischen Maschine und/oder dergleichen. Die vorgebbare Temperatur kann vorzugsweise einer Temperatur entsprechen, bei deren Überschreitung eine thermische Überlastung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Trans ^¬ formators sowie entsprechende Gefährdungs zustände auftreten können. Damit kann die Sicherheit insgesamt hinsichtlich der thermischen Beanspruchung verbessert werden.

Das Temperaturspeicherelement kann ausgebildet sein, nicht nur eine einzige vorgebbare Temperatur elektrisch ausgebbar zu speichern, sondern zwei oder auch mehrere Temperaturen. Dadurch können zum Beispiel vorgebbare Temperaturfenster erreicht werden, die es erlauben, die thermische Beanspruchung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators zu klassifizieren, um eine genauere Aussage über Auswirkungen der thermischen Beanspruchung auf die Sicherheit der elektrischen Maschine beziehungsweise des Transformators erhalten zu können . Insgesamt eignet sich somit die Temperatursensoreinrichtung der Erfindung auch zum Nachrüsten bei bereits bestehenden elektrischen Maschinen beziehungsweise Transformatoren.

Vorzugsweise ist das Temperaturspeicherelement ausgebildet, bei Erreichen der vorgebbaren Temperatur eine elektrisch erfassbare Eigenschaft des Temperaturspeicherelements zu verän ^¬ dern. Das Temperaturspeicherelement ist in dieser Ausgestal ^¬ tung vorzugsweise ein elektromechanisches Bauelement. Das elektromechanische Bauelement ist vorzugsweise derart ausge ^¬ bildet, dass es in Abhängigkeit des Erreichens der jeweiligen vorgebbaren Temperatur seine elektrische Eigenschaft verän ^¬ dert, beispielsweise einen maximal führbaren Strom, einen elektrischen Widerstand, andere elektrische Eigenschaften und/oder dergleichen. Das Temperaturspeicherelement ist eben ^¬ falls vorzugsweise ein zweipoliges Bauelement.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Temperaturspeicherele ^¬ ment wenigstens eine Reihenschaltung aus einer Thermosiche- rung und einem elektrischen Kondensator aufweist. Die Thermo- sicherung ist vorzugsweise an eine vorgebbare Temperatur an- gepasst ausgebildet. Wird die vorgebbare Temperatur erreicht, löst die Thermosicherung aus, sodass zwischen ihren Anschlüssen die elektrisch leitende Verbindung unterbrochen wird. Dadurch, dass die Reihenschaltung die Thermosicherung und den elektrischen Kondensator aufweist, ist der Kondensator somit nur bei nicht ausgelöster Thermosicherung an den Anschlusselementen der Temperatursensoreinrichtung messbar. Für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Erfassens der Temperatur hat der Kondensator keine Auswirkung, insbesondere wenn das Temperatursensorelement durch einen temperaturveränderlichen elektrischen Widerstand gebildet ist . Das Temperatursensorelement wird - wie oben bereits erläutert - mit einer Gleich ^¬ spannung beaufschlagt, um dessen elektrischen Widerstand zu ermitteln, der einer jeweils erfassten Temperatur entspricht. Für die Beaufschlagung mit der Gleichspannung und das Ermitteln des elektrischen Widerstands ist der elektrische Konden- sator hinsichtlich der Funktion nicht störend, sodass die Temperatursensoreinrichtung in gewohnter Weise betrieben werden kann.

Um zu ermitteln, ob die vorgebbare Temperatur erreicht worden ist, braucht somit nur die Kapazität der Temperatursensorein- richtung und somit der elektrische Kondensator gemessen zu werden. Zu diesem Zweck kann ein Stromimpuls oder eine Wechselspannung auf die wenigstens zwei elektrischen Anschluss ^¬ elemente aufgegeben werden und eine entsprechende

Impedanzmessung erfolgen. Hat die Thermosicherung nicht ausgelöst, ist der Kondensator mit diesem Messverfahren messbar. Daraus kann geschlossen werden, dass die vorgebbare Tempera ^¬ tur noch nicht erreicht worden ist. Ist hingegen der elektrische Kondensator nicht mehr messbar, hat die Thermosicherung ausgelöst . Die vorgebbare Temperatur ist somit erreicht wor ^¬ den. In beiden Betriebszustanden des Temperaturspeicherelements kann jedoch die Temperaturmessung mittels der Temperatursensoreinrichtung ungestört weiter erfolgen.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Reihenschaltung wenigstens einen elektrischen Widerstand und/oder eine elektrische Induktivität umfasst. Der elektrische Widerstand bezie ^¬ hungsweise die Induktivität ist vorzugsweise in Reihe mit der Thermosicherung und dem elektrischen Kondensator geschaltet. Er kann alternativ oder ergänzend jedoch auch parallel zur Thermosicherung angeschlossen sein. Die Reihenschaltung stellt somit eine veränderliche Zeitkonstante bereit, die ebenso, wie bereits zuvor beschrieben, ermittelt werden kann. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, auch mit einem einzigen Kondensator mehrere unterschiedliche vorgebbare Tem ^¬ peraturen realisieren zu können.

Natürlich ist es auch möglich, dass für mehrere vorgebbare Temperaturen jeweils ein eigenes Temperaturspeicherelement vorgesehen ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein einziges Temperaturspeicherelement dazu ausgebildet ist, meh- rere vorgebbare Temperaturen elektrisch auslesbar zu speichern .

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Temperaturspeicherelement eine thermisch sensitive elektronische Halbleiterschaltung und/oder eine thermisch sensitive Rechnereinheit aufweist. Die Halbleiterschaltung ist vorzugsweise eine integrierte Halbleiterschaltung, beispielsweise ein Gate Array (ASIC) , ein Field Programmable Gate Array (FPGA) , aber auch eine Rechnereinheit nach Art eines MikroControllers und/oder dergleichen. Die Halbleiterschaltung beziehungsweise die Rechnereinheit können ein entsprechendes Temperaturerfas ^¬ sungselement aufweisen, wobei eine erfasste Temperatur mit einem Vergleichswert verglichen wird, der der vorgebbaren Temperatur entspricht. Wird der Vergleichswert durch den er ^¬ mittelten Temperaturwert erreicht, wird dies vorzugsweise nicht reversibel in der Halbleiterschaltung beziehungsweise der Rechnereinheit gespeichert. Aufgrund des Auslesesignals stellt die Halbleiterschaltung beziehungsweise die Rechner ^¬ einheit entsprechende Daten an den wenigstens zwei Anschluss ^¬ elementen zur Verfügung, aus denen ermittelt werden kann, ob die vorgebbare Temperatur erreicht worden ist. Diese Ausge ^¬ staltung eignet sich insbesondere für den Fall, wenn mehrere vorgebbare Temperaturen erfasst werden sollen.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Temperatursensoreinrichtung zum Einbau in eine Wicklung der elektrischen Maschine oder einen Transformator ausgebildet ist. Sie ist vor ^¬ zugsweise als eine flache Baueinheit ausgebildet, die in ei ^¬ ner Nut des Blechpakets angeordnet werden kann, in der auch die Wicklung angeordnet wird.

Vorzugsweise erfolgt das Auslesen des Temperaturspeicherele ^¬ ments parallel beim Erfassen der Temperatur mittels des Temperatursensorelements. Es kann also parallel das Erfassen der Temperatur und das Auslesen des Temperaturspeicherelements erfolgen. Dadurch kann zu nahezu beliebigen Zeitpunkten abge- fragt werden, ob die vorgebbare Temperatur erreicht worden ist .

Vorzugsweise erfolgt das Auslesen während des Erfassens der Temperatur mittels einer an die Temperatursensoreinrichtung geeignet angepassten Kodierung. Das Auslesesignal ist bei ^¬ spielsweise ein digitales Signal, welches hinsichtlich der Kodierung so gewählt ist, dass der Betrieb des Erfassens der Temperatur im Wesentlichen nicht gestört ist. Vorzugsweise eignen sich hierzu aufgrund der Kodierung orthogonale Signale in Bezug auf das Sensorsignal des Temperatursensorelements.

Weitere Merkmale und Vorteile sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.

Es zeigen: eine schematisch perspektivische Ansicht von mehre ren, zu einer Liefereinheit zusammengefasten Tempe ratursensoreinrichtungen zum Einbau in eine rotierende elektrische Maschine, eine schematisch perspektivische Teilansicht eines Ständers einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer Temperatursensoreinrichtung,

FIG 3 eine schematische Schaltbildansicht für eine erste

Ausgestaltung einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung für eine einzige vorgebbare Tem ^¬ peratur,

FIG 4 eine schematische Schaltbildansicht wie FIG 3 für eine zweite Ausgestaltung einer Temperatursensoreinrichtung gemäß der Erfindung, die für drei vorgebbare Temperaturen ausgebildet ist, und eine schematische Schaltbilddarstellung wie FIG 3 für eine dritte Ausgestaltung einer Temperatursen soreinrichtung gemäß der Erfindung. FIG 1 zeigt in einer schematisch perspektivischen Darstellung eine Mehrzahl von TemperaturSensoreinrichtungen 10, die dem Erfassen einer Temperatur in einer im Folgenden noch erläuterten elektrischen Maschine 30 (FIG 2) dienen. In FIG 1 sind fünf Temperatursensoreinrichtungen 10 dargestellt, wobei jede der Temperatursensoreinrichtungen 10 jeweils in diesem Ausführungsbeispiel zwei elektrische Anschlusselemente zum An ^¬ schließen der Temperatursensoreinrichtung 10 an ein nicht dargestelltes Auswertegerät aufweisen. Die Anschlusselemente sind vorliegend als elektrische Anschlussleitungen 12 ausge- bildet, die - wie in FIG 1 dargestellt - im Anlieferungszu ^¬ stand zu einem Wickel aufgewickelt sind. In alternativen Aus ^¬ gestaltungen können natürlich auch mehr als zwei Anschlusselemente vorgesehen sein. Jede Temperatursensoreinrichtung 10 weist ein zweipoliges

Temperatursensorelement 14 auf, welches zwei Sensorelementan ^¬ schlüsse 16 (FIG 3) aufweist, wobei jeweils einer der Sensor ^¬ elementanschlüsse 16 an jeweils eine der Anschlussleitungen 12 elektrisch angeschlossen ist.

Das Temperatursensorelement 14 ist ausgebildet, eine Tempera ^¬ tur zumindest mittels Wärmekontakt zu erfassen. Zu diesem Zweck sind die Temperatursensorelemente 14 nach Art einer flachen, rechteckförmigen Scheibe ausgebildet, die hinsicht- lieh ihrer Abmessungen an Nuten 44 eines Blechpakets 38 eines Ständers 40 der rotierenden elektrischen Maschine 30 ange- passt ausgebildet sind. Dadurch ist es möglich, die Tempera ^¬ tursensoreinrichtung 10 in einer der Nuten 44 des Blechpakets 38 anzuordnen, in der auch eine nicht bezeichnete Wicklung des Ständers 40 angeordnet ist (FIG 2) .

FIG 2 zeigt in einer schematisch perspektivischen Teilansicht eine Stirnseite des Ständers 40 der rotierenden elektrischen Maschine 30. Der Ständer 40 weist ein Blechpaket 38 auf, aus dem ein Wicklungskopf 28 axial hervorsteht. Die Wicklung ist mittels Bandagen 32 im Bereich des Wicklungskopfes 28 fi ^¬ xiert. Der Ständer 40 stellt eine Öffnung 42 bereit, in der ein nicht dargestellter Läufer der rotierenden elektrischen Maschine 30 drehbar gelagert angeordnet werden kann.

Das Blechpaket 38 weist Nuten 44 auf, in denen Wicklungsstäbe der Wicklung angeordnet sind. Der Ständer 40 ist vorliegend für einen Betrieb an einer dreiphasigen Wechselspannung ausgebildet. Zu diesem Zweck ist für jede der Phasen eine eigene einer jeweiligen Phase zugeordnete Wicklung vorgesehen. Für jede der Wicklungen ist eine Temperatursensoreinrichtung 10 in einer jeweiligen Nut 44 angeordnet. Damit kann für jede der drei Wicklungen eine jeweilige Temperatur erfasst werden.

Die Anschlussleitungen 12 der Temperatursensoreinrichtungen 10 sind in einem jeweiligen Isolierschlauch 36 aus dem Wicklungskopf stirnseitig herausgeführt und werden in einem

Schutzschlauch 34 stirnseitig um die Öffnung 42 herum zu einem gemeinsamen Zugangspunkt geführt . An dieser Stelle kann ein nicht dargestelltes Auswertegerät angeschlossen werden, welches Sensorsignale auswertet, um eine entsprechende Tempe ^¬ ratur daraus zu ermitteln. Dadurch kann die jeweilige Wicklungstemperatur ermittelt werden.

FIG 3 zeigt eine erste Ausgestaltung für eine Temperatursen- soreinrichtung 10 gemäß der Erfindung. Die Temperatursensoreinrichtung 10 gemäß der Erfindung weist neben dem Tempera- tursensorelement 14 eine parallel hierzu an die Anschlusslei ^¬ tungen 12 angeschlossene Reihenschaltung aus einer Thermosi- cherung 20 sowie einem elektrischen Kondensator Cl auf.

Im bestimmungsgemäßen Betrieb werden die Anschlussleitungen 12 vom Auswertegerät mit einer Gleichspannung beaufschlagt. Das Anschlussgerät ermittelt den elektrischen Widerstand des Temperatursensorelements 14, welches vorliegend durch einen elektrischen Widerstand PT100 gebildet ist. Abhängig vom er- fassten Widerstandswert ermittelt das Anschlussgerät dann die entsprechende Temperatur.

Das Temperatursensorelement 14 weist vorliegend zwei Sensor- elementanschlüsse 16 auf, die an die jeweiligen Anschlusslei ^¬ tungen 12 angeschlossen sind. Dadurch ist auch die Reihenschaltung mit der Gleichspannung beaufschlagt. Durch die Wirkung des Kondensators Cl bei intakter Thermosicherung 20 kann die Ermittlung der Temperatur unabhängig von dem Temperatur- speicherelement 18, welches vorliegend durch die Reihenschal ^¬ tung aus der Thermosicherung 20 und dem Kondensator Cl gebildet ist, durchgeführt werden. Das Temperaturspeicherelement 18 behindert den bestimmungsgemäßen Betrieb der Temperaturmessung somit nicht. In alternativen Ausgestaltungen kann das Temperatursensorelement natürlich auch mehr als zwei Sensor ^¬ elementanschlüsse aufweisen.

Die Thermosicherung 20 ist auf eine vorgebbare Temperatur eingestellt, die vorliegend 152 °C beträgt. Die Thermosiche- rung 20 ist mit dem Temperatursensorelement 14 thermisch ge ^¬ koppelt. Dadurch ist auch das Temperaturspeicherelement 18 insgesamt mit dem Temperatursensorelement 14 thermisch gekop ^¬ pelt . Erreicht die Temperatur der Temperatursensoreinrichtung 10 zu einem beliebigen Zeitpunkt die Auslösetemperatur der Thermosicherung 20, die vorliegend 152 °C beträgt, löst die Thermo ^¬ sicherung 20 aus und eine elektrische Verbindung zwischen ihren Anschlüssen wird unterbrochen. Dadurch ist der Kondensa- tor Cl von den Anschlussleitungen 12 elektrisch getrennt.

Um zu ermitteln, ob die durch die Thermosicherung 20 vorgegebene Temperatur erreicht worden ist, kann auf die Anschluss ^¬ leitungen 12 ein geeignetes Auslesesignal ausgegeben werden. Dieses kann durch einen Spannungsimpuls, eine Wechselspannung oder dergleichen gebildet sein. Hat die Thermosicherung 20 nicht ausgelöst, das heißt, die durch sie vorgegebene Temperatur beziehungsweise Auslösetem ^¬ peratur wurde bislang noch nicht erreicht, kann der Kondensa ^¬ tor Cl hinsichtlich seiner Kapazität ermittelt werden. Hat die Thermosicherung 20 dagegen ausgelöst, weil die Auslöse ^¬ temperatur erreicht wurde, ist der Kondensator Cl von den Anschlussleitungen 12 elektrisch getrennt, sodass dessen Kapazität nicht mehr ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann somit festgestellt werden, ob die Temperatursensoreinrichtung 10 der vorgebbaren Temperatur, die vorliegend der Auslösetemperatur der Thermosicherung 20 entspricht, ausgesetzt war oder nicht .

FIG 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Erfindung, die auf der ersten Ausgestaltung gemäß FIG 3 basiert. Deshalb wird ergänzend auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen .

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 dadurch, dass die Temperatur ^¬ sensoreinrichtung 10 zur Erfassung von drei unterschiedlichen vorgebbaren Temperaturen ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist das Temperaturspeicherelement 18 vorliegend durch drei paral ^¬ lel geschaltete Reihenschaltungen aus jeweiligen Thermosiche- rungen 20, 22, 24 mit jeweiligen elektrischen Kondensatoren Cl, C2, C3 gebildet. Jeweils eine der Thermosicherungen 20, 22, 24 sowie einer der elektrischen Kondensatoren Cl, C2, C3 sind in Reihe geschaltet. Jede der Thermosicherungen 20, 22, 24 ist für eine unterschiedliche Auslösetemperatur ausgebil ^¬ det .

Durch Ermitteln der jeweiligen elektrischen Kapazität an den Anschlussleitungen 12 kann festgestellt werden, wieviele und welche der Thermosicherungen 20, 22, 24 ausgelöst haben. Da- durch können Temperaturfenster ermittelt werden, welchen die Temperatursensoreinrichtung 10 der Erfindung ausgesetzt war. Durch die Thermosicherung 20 beziehungsweise die ergänzenden Thermosicherungen 22, 24 kann das Erreichen der jeweiligen vorgebbaren Temperatur nicht reversibel erreicht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Temperatursensorein ^¬ richtung 10 in der rotierenden elektrischen Maschine 30, hier insbesondere im Ständer 40, eingebaut ist. Eine nachträgliche Manipulation ist deshalb sehr aufwendig. Zugleich kann hierdurch erreicht werden, dass die thermische Beanspruchung, der der Ständer 40 im bisherigen Betrieb ausgesetzt war, nachvollzogen werden kann. Unzulässige thermische Beanspruchungen, die mittels der Thermosicherungen 20 bis 24 ermittelt werden können, können dazu dienen, die Sicherheit der elektrischen Maschine 30 zu bewerten.

FIG 5 zeigt eine dritte Ausgestaltung für eine Temperatursensoreinrichtung 10 gemäß der Erfindung, die auf der Ausgestaltung gemäß FIG 3 basiert, weshalb ergänzend auf die diesbe ^¬ züglichen Ausführungen verwiesen wird. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß FIG 3 weist das Temperaturspeicherelement 18 vorliegend ein ASIC 26 auf, das zusammen mit einem parallelgeschalteten Kondensator C10 an die Anschlussleitungen 12 parallel zum Temperatursensorelement 14 angeschlossen ist .

Das ASIC 26 ist vorliegend eine elektronische Halbleiter ^¬ schaltung, die einen eigenen integrierten Temperatursensor aufweist, mittels diesem die Temperatur ermittelt und mit ei ^¬ nem Vergleichswert vergleicht. Wird der Vergleichswert über ^¬ schritten, werden entsprechende Daten in einem nicht flüchtigen Speicher des ASIC 26 elektrisch abrufbar gespeichert. Damit eine zuverlässige Funktion des ASIC 26 gewährleistet wer ^¬ den kann, ist der zusätzliche Kondensator C10 vorgesehen, der einer entsprechenden Energieversorgung des ASIC 26 dient.

Um das ASIC 26 auszulesen, wird auf die Anschlussleitungen 12 ein entsprechendes Auslesesignal aufgegeben. Dieses ist vor ^¬ liegend durch ein geeignetes digital kodiertes Signal gebil ^¬ det, welches vom ASIC 26 erfasst wird und das ASIC 26 veran- lasst, die gewünschten Daten ebenfalls in digital kodierter Form bereitzustellen, und zwar durch ein digitales Signal an den Anschlussleitungen 12. Das Auslesesignal sowie auch das vom ASIC 26 bereitgestellte Signal weisen jeweils eine Kodie ^¬ rung auf, die unter Berücksichtigung von realen Eigenschaften des Kondensators CIO in Verbindung mit dem Temperatursensorelement 14 eine zuverlässige Kommunikation ermöglichen.

Die Erfindung basiert insbesondere darauf, dass ein Einhalten einer maximalen Temperatur, insbesondere einer maximalen Wicklungstemperatur, bei einer elektrischen Maschine, wie der elektrischen Maschine 30, wichtig ist. Dies ist deshalb wich ^¬ tig, weil die Wicklung eine elektrische Isolation aufweist, die gemäß der Normung vorgegebene Anforderungen erfüllen muss. Eine diesbezüglich einschlägige Norm ist zum Beispiel die DIN EN 60085, in der Isolierstoffklassen für Wicklungen bei elektrischen Maschinen festgelegt sind. Für die jeweili ^¬ gen Isolierstoffklassen sind maximal erlaubte Temperaturen in dieser Norm festgelegt, beispielsweise für Industriemotoren bei einer Isolierstoffklasse F eine maximale Temperatur von 155 °C und bei einer Isolierstoffklasse H eine maximale Tem ^¬ peratur von 180 °C.

Durch einel Überhitzung, beispielsweise bei Überlast oder wiederholtem Anlauf der elektrischen Maschine 30, kann das Isoliersystem der Wicklung beziehungsweise der elektrischen Maschine 30 beschädigt werden und die Lebensdauer verringert werden .

Die Temperatursensoreinrichtung 10 ist üblicherweise an das Auswertegerät angeschlossen, das zum Beispiel durch ein Ma- schinenschutzgerät gebildet sein kann. Dadurch kann erreicht werden, dass ein Betrieb der elektrischen Maschine 30 bei zu hohen Temperaturen vermieden wird. Ein einmaliges Überschreiten einer erlaubten maximalen Temperatur, zum Beispiel bei einem mehrfachen Anlauf der elektrischen Maschine 30 während einer Inbetriebnahme, wird üblicherweise nicht an der elekt ^¬ rischen Maschine 30 gespeichert und kann insbesondere in ei- nem Gewährleistungsfall kaum nachgewiesen werden. Mit der Temperatursensoreinrichtung 10 der Erfindung kann dies vermieden werden. Die Temperatursensoreinrichtung 10 der Erfindung eignet sich insbesondere auch für eine Nachrüstung bei bereits bestehenden elektrischen Maschinen. Sie kann dazu dienen, eine thermisch relevante Beanspruchung der elektrischen Maschine 30 zu erfassen, insbesondere nicht reversibel.

Die Temperatursensoreinrichtungen 10 gemäß der Erfindung können in den unterschiedlichen Ausgestaltungen wie bereits übliche Temperatursensoreinrichtungen zum Beispiel in ein Metallrohr eingebaut werden und können dadurch auf die gleiche Weise wie herkömmlich in der Wicklung der elektrischen Maschine 30 installiert werden. Der ASIC 26 kann anstelle der Reihenschaltung genutzt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ASIC 26 um eine Low-Power-Version, die beispielsweise eine ermittelte Temperatur in einem Verweildauer-Histogramm abzuspeichern vermag.

Die Kommunikation mit dem ASIC 26 kann in einem Frequenzbereich stattfinden, der die Funktion der Temperaturmessung mit dem Temperatursensorelement 14 im Wesentlichen nicht beein ^¬ trächtigt. Vorzugsweise kann ein Speicher des ASIC 26 über die Anschlussleitungen 12 nur gelesen, jedoch nicht überschrieben werden, sodass Manipulationen erschwert sind. Je nach Einsatzbereich kann jedoch auch ein Überschreiben vorgesehen sein, beispielsweise ein Rücksetzen im Rahmen einer Wartung oder dergleichen. Natürlich können die unterschiedlichen Ausgestaltungen der Aus führungsbeispiele auch miteinander kombiniert sein.

Das ASIC 26 kann durch die dem Temperatursensorelement 14 zu ^¬ geführte elektrische Energie über die Anschlussleitungen 12 mitversorgt werden. Durch den Kondensator C10 kann ein Energiepuffer bereitgestellt werden, sodass auch nach Abschalten der Temperaturmessung eine Zeit lang weitere Messungen in einer Abkühlphase der elektrischen Maschine 30 erfolgen können. Typischerweise werden Temperatursensoreinrichtungen von dem Auswertegerät mit elektrischer Energie versorgt, bevor die elektrische Maschine gestartet wird und erst nach Abschaltun der elektrischen Maschine nach einer gewissen Zeitdauer je nach Anwendung von einer elektrischen Energieversorgung getrennt. Dadurch kann das ASIC 26 während des gesamten Be ^¬ triebs mit elektrischer Energie versorgt werden.

Der Vorteil der beiden ersten Ausgestaltungen gemäß der FIG 3 und 4 ist unter anderem darin zu sehen, dass diese unabhängig von einer elektrischen Energieversorgung die Temperaturbeanspruchung erfassen und speichern können.

Gegebenenfalls kann bei den Ausgestaltungen gemäß der FIG 3 und 4 eine zusätzliche Schutzmaßnahme zum Schutz der jeweili ^¬ gen Thermosicherung 20, 22, 24 vor einem Impulsstrom, insbesondere beim Einschalten, vorgesehen sein. Hierfür kann zum Beispiel ein ergänzender elektrischer Widerstand in Reihe geschaltet werden.

Bei der Auswahl der elektrischen Kapazitäten der Kondensato- ren Cl, C2, C3 sollte beachtet werden, dass sich jeweils ein- deutige Gesamtkapazitäten ergeben.

Bei der Auslegung der elektrischen Kapazität des Kondensators Cl beziehungsweise C2 und C3 sollte beachtet werden, dass die elektrische Kapazität jeweils größer ist als etwaige parasi- täre Kapazitäten. Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich dem Erläutern der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.

Die für die erfindungsgemäße Temperatursensoreinrichtung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für die mit der erfindungsgemäßen Temperatursensoreinrichtung ausgerüstete elektrische Maschine beziehungsweise eines Transfor ^¬ mators sowie das Verfahren gemäß der Erfindung und umgekehrt . Infolgedessen können für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale oder umgekehrt formuliert sein.