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Die
Erfindung betrifft einen Drehstromgenerator, insbesondere für Kraftfahrzeuge
mit einer Dioden-Gleichrichter-Baueinheit
und einem Spannungsregler nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Aus
der Druckschrift WO 97/065 94 ist ein Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge
bekannt, bei dem ein Temperatursensor die Betriebstemperatur des
Generators abfühlt
und der mit dem Regler für den
Erregerstrom elektrisch verbunden ist, so dass er auf die Ausgangsleistung
des Generators Einfluss nehmen kann. Der Regler reduziert dabei
den Erregerstrom beim Erreichen einer spannungsabhängigen Grenztemperatur
soweit, dass eine maximal zulässige
Temperatur des Generators möglichst
nicht erreicht wird.
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Dabei
ist nachteilig, dass sowohl die Dioden der Gleichrichter-Baueinheit
als auch der Regler selbst nicht gegen eine Überhitzung geschützt werden,
da sie oftmals nicht im Generator sondern außen an der Stirnseite des hinteren
Generator-Lagerschildes angeordnet sind. Die Dioden sind dabei durch
Belastungsänderungen
erheblich stärkeren Temperaturschwankungen
ausgesetzt als der Generator, so dass dort die Gefahr einer Zerstörung durch Überhitzung
besteht, obwohl die Generatortemperatur die Grenztemperatur oder
die maximal zulässige Temperatur
noch nicht erreicht hat.
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Mit
der vorliegenden Lösung
wird angestrebt, auf kostengünstige
Weise sowohl den Generator als auch die Dioden der Gleichrichter-Baueinheit
vor Überhitzung
zu schützen.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erhält man eine Lösung, bei
der der an einer Befestigungsstelle des Reglers angeordnete Temperatursensor
sowohl die Generatortemperatur als auch die Temperatur der Gleichrichter-Baueinheit soweit
erfasst, dass eine Überhitzung
dieser Komponenten durch Abregelung des Erregerstromes im Regler
vermieden wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Kosten
sowie Montageaufwand für
einen zusätzlichen
Temperatursensor an der Gleichrichter-Baueinheit vermieden werden, da durch
die erfindungsgemäße Anordnung
des einen Temperatursensors eine gute Korrelation der gemessenen
Temperatur mit der Generatortemperatur und der Gleichrichter-Temperatur
gegeben ist. Die Temperaturregelung kann außerdem auch zu einer Leistungssteigerung der
Maschine in thermisch unkritischen Betriebszuständen ausgenutzt werden, was
insbesondere im unteren Drehzahlbereich zum Beispiel für einen Boostbetrieb
besonders vorteilhaft ist. Auf diese Weise könnte bei einem kurzzeitigen
erhöhten
Leistungsbedarf, zum Beispiel beim Aufheizen eines Fahrzeug-Innenraumes
im Winter bei kleiner Motordrehzahl und vielen elektrischen Verbrauchern,
wie elektrische Sitzheizung und dergleichen, die Verwendung eines
Generators einer höheren
Leistungsklasse sowie die damit entstehenden Zusatzkosten vermieden
werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
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Durch
die Anbringung des Temperatursensors an einem Befestigungspunkt
des Reglers ist bereits die thermische Belastung des Spannungsreglers
mit einer gewissen thermischen Trägheit erfasst. Um auch bei
der Temperaturerfassung der Gleichrichter-Baueinheit eine sinnvolle
thermische Trägheit zu
erzielen, durch die allzu kurzzeitige, intensive Temperaturschwankungen
an den Dioden kompensiert werden, ist es besonders zweckmäßig, wenn der
Temperatursensor an dem Befestigungssockel des Reglers angeordnet
ist, der einer Diode der Gleichrichter-Baueinheit räumlich am
nächsten
ist.
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Dabei
sind in vorteilhafter Weise die Befestigungspunkte des Reglers als
Befestigungssockel am hinteren Lagerschild ausgebildet. Somit wird
eine für die
Stabilität
der Temperaturregelung besonders vorteilhafte Korrelation der vom
Temperatursensor gemessenen Temperatur mit den Temperaturverläufen der
Maschine und des Gleichrichters dadurch erreicht, dass der Befestigungssockel
mit dem Temperatursensor einer der im Lagerschild eingesetzten Minus-Dioden
der Gleichrichter-Baueinheit räumlich
am nächsten
angeordnet ist. Außerdem
ist es zur Miterfassung der Reglertemperatur sowie für den elektrischen
Anschluss des Temperatursensors am Regler zweckmäßig, dass der Temperatursensor
an demjenigen Befestigungspunkt des Reglers angeordnet ist, der
einem IC-Chip des Reglers räumlich
am nächsten
ist. Für
die Befestigung des Temperatursensors ist es besonders zweckmäßig, wenn
der Temperatursensor zwischen der Stirnfläche des Befestigungssockels
und einem Befestigungsteil, vorzugsweise einer Befestigunglasche
des Reglers festgeklemmt ist. Dabei ist in vorteilhafter Weise die
Befestigungslasche gleichzeitig als Masseanschluss des Reglers oder
alternativ als Plus-Anschluss des Reglers ausgebildet, wobei im
letzteren Fall die Befestigungslasche vom Befestigungssockel elektrisch
isoliert angebracht wird. Für
den elektrischen Anschluss des Temperatursensors am IC-Chip des Reglers
ist es besonders vorteilhaft, die zweiadrige Anschlussleitung entlang
der Befestigungslasche zum IC-Chip des Reglers zu führen.
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Die
Temperaturregelung kann zwar auch mit einem separaten, zum Beispiel
am Lagerschild befestigten, mit dem Temperatursensor verbundenen Regler
erfolgen. Zweckmäßiger ist
es jedoch, wenn die Regeleinrichtung zur Temperaturbegrenzung des Generators
im IC-Chip des Reglers mit integriert ist.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Drehstromgenerator mit Gleichrichter-Baueinheit und Regler in der Draufsicht
von hinten,
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2 eine
Befestigungsstelle des Reglers am Lagerschild mit Temperatursensor
vor dem Zusammenbau als Ausbruch im Querschnitt nach der Linie II-II
aus 1,
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel als
Ausbruch nach Linie II-II aus 1 im Querschnitt
und
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4 zeigt
ein Blockschaltbild des Temperatur-Regelkreises am Generator nach 1.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Drehstromgenerator für
Kraftfahrzeuge in seiner Draufsicht von hinten dargestellt und mit 10 bezeichnet.
Erkennbar ist sein hinteres Lagerschild 11, auf dem außen ein
Spannungsregler 12 sowie eine Gleichrichter-Baueinheit 13 befestigt sind.
Regler 12 und Gleichrichter-Baueinheit 13 sind von einer
Schutzkappe 14 aus Kunststoff abgedeckt, die in 1 nur
teilweise dargestellt ist, um den Blick auf den Regler 12 und
die Gleichrichter-Baueinheit 13 freizugeben. Der Regler 12 ist
mittels zweier Schrauben 15 an Befestigungspunkten des
Lagerschildes 11 festgeschraubt, die gemäß 2 und 3 als
axial vorstehende Befestigungssockel 16 ausgebildet sind.
Mit einer weiteren Befestigungsschraube 15 ist der Regler 12 schließlich noch
mit einem Plus-Kühlkörper 17 der
Gleichrichter-Baueinheit 13 verschraubt. Im Plus-Kühlkörper 17 sind
sechs Plus-Dioden 18 eingepresst, von denen in 1 zwei erkennbar
sind. Die Gleichrichter-Baueinheit 13 umfasst ferner sechs
Minus-Dioden 19, die in entsprechende Durchbrüche des
Lagerschildes 11 eingepresst sind. Die Dioden 18 und 19 werden über eine Leiterplatte 20 miteinander
sowie mit den Anschlüssen
einer Drehstromwicklung des Generators und mit den Ausgängen des
Drehstromgenerators 10 verschaltet. Leiterplatte 20 und
Plus-Kühlkörper 17 sind sandwichartig
auf der Stirnseite des hinteren Lagerschildes angeordnet und dort
mit Befestigungsschrauben 21 elektrisch isoliert festgeschraubt.
Am Plus-Kühlkörper 17 ist
ferner ein B+ Anschluss 22 für eine Akkumulatorbatterie
des Fahrzeugs angeordnet.
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Der
Regler 12 hat ein Gehäuse 23 aus
Isolierstoff, in dem ein Bürstenhalter 24 für die Erregung des
Generators integriert ist. Das Gehäuse 23 ist ferner
mit einem D- Anschluss 25 für eine Kontrolllampe im Fahrzeug
versehen. In einem Fenster 26 des Reglergehäuses 23 ist
auf einem Kühlkörper 28 ein IC-Chip 27 angeordnet,
in dem die Halbleiterschaltung des Reglers 12 integriert
ist und der über
Anschlusspads 29 mit Leiterbahnen des Reglers 12 kontaktiert
ist, die in nicht dargestellter Weise unter anderem zum Anschluss 25 sowie
zu Anschlüssen des
Bürstenhalters 24 beziehungsweise
zu einem Masseanschluss und einem Plus-Anschluss geführt sind.
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2 zeigt
in einem Ausbruch nach der Schnittlinie II-II aus 1 die
Befestigungsstelle 30 an der rechten Seite des Reglers 12 auf
einem Befestigungssockel 16 des Lagerschildes 11.
Dabei sind die einzelnen Teile vor der Montage des Reglers 12 explosionsartig übereinander
angeordnet dargestellt. Dort ist erkennbar, dass ein Temperatursensor 31 zwischen
der Stirnfläche 16a und
einer Befestigungslasche 32 des Reglers 12 angeordnet
ist, welche im Isolierstoff des Reglergehäuses 23 eingebettet
ist und eine Bohrung für
die Befestigungsschraube 15 aufweist. Der Befestigungssockel 16 hat
eine durchgehende Bohrung 34, die im oberen Abschnitt eine Gewindebohrung 34a zur
Aufnahme der Befestigungsschraube 15 bildet. Der Temperatursensor 31 ist
mit seinen Anschlussenden 31a zum Befestigungssockel 16 hin
abgewinkelt und dort an eine zweiadrige Leitung 33 angeschlossen,
die – wie
in 1 gestrichelt dargestellt – zu einem Anschlusspad 29a am
IC-Chip 27 des Reglers 12 führt. Bei der Ausführungsform
nach 2 ist die Anschlussleitung 33 des Temperatursensors 31 auf
der Rückseite des
Reglergehäuses 23 frei
verlegbar ausgebildet, so dass bei der Montage des Reglers 12 zunächst der
Temperatursensor 31 auf die Stirnfläche 16a des Befestigungssockels 16 gelegt
wird und danach der Regler 12 mit seiner Befestigungslasche 32 mittels der
Befestigungsschraube 15 am Befestigungssockel 16 festgeschraubt
wird. Dabei wird der Temperatursensor 31 zwischen dem Befestigungssockel 16 und
der Befestigungslasche 32 festgeklemmt. Dort lässt sich
die Auflage der Befestigungslasche 32 am Sockel 16 mittels
einer Prägung 32a verbessern.
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In 3 ist
die Befestigungsstelle 30 auf der rechten Seite des Reglers 12 nach
der Schnittlinie II-II aus 1 nach der
Montage des Reglers 12 am Befestigungssockel 16 dargestellt.
Hier ist alternativ zur Ausführung
nach 2 die zweiadrige Leitung 33 des Temperatursensors 31 entlang
der Befestigungslasche 32 zum IC-Chip 27 des Reglers 12 geführt und dabei
im Isolierstoff des Reglergehäuses 23 mitsamt der
Anschlussenden 31a des Temperatursensors 31 eingespritzt.
Der Temperatursensor 31 mit der Leitung 33 wird
dabei zweckmäßigerweise
vor dem Umspritzen mit dem Kunststoff des Reglergehäuses 23 an
freigestanzte Zungen der Befestigungslasche 32 festgeklemmt.
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Aus 1 ist
erkennbar, dass der Temperatursensor 31 an demjenigen Befestigungssockel 16 für den Regler 12 angeordnet
ist, welcher einer Diode der Gleichrichter-Baueinheit 13 – hier der
im Lagerschild 11 eingepressten Minus-Diode 19 – räumlich am
nächsten
ist. Außerdem
ist der Temperatursensor 31 an der Befestigungsstelle 30 des
Reglers 12 angeordnet, der im Hinblick auf eine kurze Leitungsführung dem
IC-Chip 27 des Reglers 12 räumlich am nächsten ist. Die Befestigungslasche 32 auf
der rechten Seite des Reglers 12 ist dabei als Masseanschluss
für den
Regler 12 ausgebildet.
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4 zeigt
in einem Blockschaltbild die Funktionsweise des Temperatursensors 31,
wobei im IC-Chip 27 des Reglers 12 eine besondere
Regeleinrichtung 36 zur Temperaturbegrenzung des Generators 10 mit
integriert ist. Dort wird die vom Temperatursensor 31 gemessene
Temperatur Ts einem Temperaturregler 37 im IC-Chip 27 zugeführt. Das
Ausgangssignal As des Temperaturreglers 37 gelangt nun
auf den Bereich des Spannungsreglers 12, der den Erregerstrom
Ie derart einstellt, dass mit zunehmenden Temperaturmesswerten des
Temperatursensors 31 der Erregerstrom Ie gedrosselt wird
und umgekehrt. Dem Spannungsregler 12 wird dabei in üblicher
Weise auch die Batteriespannung Ub zugeführt, da die Ausgangsleistung
des Generators hauptsächlich
in Abhängigkeit
von der Netzspannung des Fahrzeugs geregelt wird. Die Temperatur
des Generators 10 wird nun neben der Abhängigkeit
von den Störgrößen wie
Drehzahl n und Umgebungstemperatur Tu, die eine mehr oder weniger
starke Kühlung
des Generators bewirken, hauptsächlich
vom Erregerstrom Ie bestimmt. Eine Rückkopplung 38 der Generatortemperatur
Tg erfolgt nun über
den Temperatursensor 31, dessen Temperatur eine gute Korrelation
mit den Temperaturverläufen
des Generators 10 und der Gleichrichter-Baueinheit 13 sowohl im Teillast-
als auch im Volllastbetrieb aufweist. Eine Korrelation zur Temperatur
des Spannungsreglers 12 erfolgt dabei auch noch über die
Anbindung des Temperatursensors 31 an den Spannungsregler 12 über die
Befestigunglasche 32.
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Die
Erfindung ist dabei nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
da es für die
konstruktive Ausbildung des Spannungsreglers 12 sowie der
Gleichrichter-Baueinheit 13 zahlreiche Varianten
gibt. Es ist daher von Fall zu Fall durch Temperaturmessungen für die Anbringung
des Temperatursensors 31 die Befestigungsstelle des Reglers
an der Gehäusestirnseite
des Generators 10 zu ermitteln, deren Temperatur die beste
Korrelation mit der Generatortemperatur und der Temperatur der Gleichrichter-Baueinheit aufweist.
Dabei ist es auch möglich,
den Temperatursensor 31 an einer Befestigungslasche für den B+Anschluss
des Reglers und/oder in größter Nähe zu einer Plus-Diode
der Gleichrichter-Baueinheit anzubringen. Dabei kann gegebenenfalls
auch die linke Anschlussstelle des Spannungsreglers 12 für die Anbringung
des Temperatursensors 31 in Betracht kommen.