DE3207385A1

DE3207385A1 - Drehstromgenerator fuer das bordnetz eines fahrzeuges

Info

Publication number: DE3207385A1
Application number: DE19823207385
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Ahner; Helmut Dr.-ing. 7148 Remseck Härer; Siegfried Dr.-Ing. 7997 Immenstaad Schustek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1983-09-08
Also published as: FR2516340A1; FR2516340B1; US4421998A

Description

^R· 17 S S8

10.2.1982 Lr/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

* Drehstromgenerator' für^;'das Bordnetz eines Fahrzeuges

Die Erfindung "betriffft einen Drehstromgenerator für das Bordnetz eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem feststehenden Ständerblechpaket, auf diesem angeordneten Drehstromwicklungen und mit einem mit der Generatorwelle umlaufenden, mehrere Klauenpolpaare aufweisenden und als Kraftlinienleitstück ausgebildeten Rotor und mit einer feststehenden Erregerwicklung zur Erzeugung eines über das Kraftlinienleitstück geführten, die Drehstromwicklungen induzierenden Magnetfeldes und mit zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten Wälzlagern für den rotierend antreibbaren Rotor.

Aus der DE-OS 29 35 929 ist ein schleifringloser Drehstromgenerator dieser Art bekannt, bei welchem die das Kraftlinienleitstück tragende Generatorwelle über ein erstes Kugellager in einem antriebsnahen Lagerschild gelagert ist, während das antriebsferne zweite Kugellager in einem zweiten Lagerschild gelagert ist, welcher topfförmig ausgebildet ist, wobei das Ständerblechpaket unter radialer und axialer Verspannung in diesem zweiten Lagerschild befestigt ist. Bei dieser bekannten Bauart

-*-. R. in

ist der zwischen dem Kraftlinienleitstück und dem das zweite Kugellager aufnehmenden Bodenstück des zweiten Lager Schildes verbleibende, verhältnisMäßig' große axiale Hohlraum zur Aufnahme von Laststromdioden ausgenützt, über welche der zur Ladung einer Starterbatterie dienende Laststrom des Generators geführt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schleifringlosen und daher wartungsfreien Generator zu schaffen, welcher eine extrem kurze Bauweise erlaubt und daher beispielsweise im Kupplungsgehäuse einer zum Antrieb des Fahrzeugs dienenden Brennkraftmaschine oder zwischen deren Motorblock und einer zum Antrieb der Nebenaggregate dienen den Riemenscheibe untergebracht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Eigenlagerung des Rotors erlaubt Ausführungsformen des Generators mit günstigen Luftspaltlängen zwischen dem feststehenden Erregersystem einerseits und dem Kraftlinienleitstück andererseits sowie zwischen den Kraftlinienleitstück und dem Ständerblechpaket. Durch die Verwendung einer elastischen Kupplung zwischen dem eingelagerten Rotor und der Antriebswelle, die häufig in Gleitlagern gelagert ist, läßt sich der abnutzungsbedingte Mittenversatz der Generatbrwelle und der Antriebswelle im Laufe einer Motorlebensdauer auffangen.

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- ζ - H..17S53"

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen'der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 'in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen, in der Zeichnung in verschiedenen Varianten dargestellten 'Ausführungsbeispielen eines Drehstromgenerators. Diese verschiedenen Varianten eines luftgekühlten Generators sind in'deii Piguren 1 bis k jeweils in« einem jÄxial-Halbschnitt des Generators dargestellt, i \.:[ ^ ', """'

Gleiche oder'gleichwirkende Teile der' verschiedenen Ausführungsvarianten sind jeweils'mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren 5 bis 8 betreffenen'einen ölgekühlten Generator» der in Figur 6 teils im axialen Halbschnitt und teilweise in Seitenansicht dargestellt ist, während die Figuren 6 bis 8 Einzelheiten zeigen.

Gleichrichter und Regler sind nicht dargestellt, da sie als Wegbauteile jeweils an für die Kühlun'g- besonders günstigen Stellen im Motorraum eines "Kraftfahrzeuges angebracht werden können. D'ie dargestellten Stromgeneratoren sind zum Antrieb durch eine Brennkraftmaschine eines im übrigen nicht dargeste'llfeh Kraftfahrzeugs bestimmt, wobei vorgesehen ist, daß der Generator jeweils an eine bei 10 angedeutete Wand"~*de"r Brennkraftmaschine bzw. des Kupplungs- oder Getrie'bege-häus'es"' angebaut ist und durch einen aus der Wand 10 vorstehenden Wellenstumpf bzw. Welle 11 angetrieben wird.

Im einzelnen hat jeder der Generatoren ein ringförmiges Ständerblechpaket 12, das über den Umfang des Ständerblechpakets gleichmäßig verteilt angeordnete Ein- oder Mehrphasen-

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wicklungen 13 trägt. Mit geringem radialen Luftspalt ist innerhalb der Bohrung 1U des Ständerblechpakets 12 ein als Rotor ausgebildetes Kraftlinienleitstück 15 vorgesehen, das in seiner Umfangsrichtung mehrere, jeweils entgegengesetzt polarisierte Klauenpole 16 aufweist, die untereinander durch einen nicht magnetischen Ring IT zu einem zylindrischen Polkranz verbunden sind.

Zentrisch zum Rotor 15 ist eine Erregerwicklung 18 auf den zylindrischen Teil 19 eines Erregersystems aus ferromagnetischem Material 20 aufgewickelt, das an seiner der Gehäusewand 10 zugekehrten Stirnseite eine Polhälfte 21 aufweist. Das aus weichmagnetischem Eisen gedrehte Erregersystem 20 ist von einem aus Leichtmetall gegossenen Träger 22 umschlossen, der napfförmig ausgebildet ist und an seiner Außenwand 23 einen Einpaß'2^ für das Ständerblechpaket/s 12 aufweist. Die UmfangsfIache 25 der Polhälfte 21 steht mit geringem radialen Luftspalt den'jeweils gleichnamigen Klauenpolen 16 gegenüber, über welche sich die bei 26 angedeuteten Feldlinien des von der Erregerspule 1-8 erzeugten elektromagnetischen Feldes über das Ständerblechpaket 12 schließen, wenn in der für die Figur 1 zugrundegelegten Weise angenommen wird, daß in der Polhälfte 21 beispielsweise ein elektromagnetischer Nordpol erzeugt wird. Der Rückschluß der Feldlinien erfolgt über die entgegengesetzt gepolten Klauenpole 16 des Rotors 15» der an seiner Innenfläche 27 der zweiten Polhälfte 28 des Erregersystems· gegenübersteht, welcher an der, der Gehäusewand 10 abgewandten"Seite der Erregerwicklung 18 auf die Hülse 19 aufgepreßt ist und der Innenfläche 27 mit geringem axialem Abstand gegenübersteht . ·

-i- η. "658

Die. angestrebte,.kurze,. in;· Richtung, der Drehachse AA des Le it stuc kr ot or s- ^:.1 5.:.geme s sgneoBaulange de.s Gener at or s ergibt., sich... dadurch, ^ daß, die-als. Kugellager ausgebildeten. Wälzlager_t;.3'5 und=· 36 des^Le.itstüekrotors 15 innerhalb der-.beiden an ,die stirnseitig vorstehenden- Wickelköpfe 13, der , Dre^s;frromwicklungen,_;angelegten, senkrecht zur Drehachse .AA'..verlaufenden Begrenzungsebenen '. 37 und 38 liegen. Diese Begrenzungsebenen sind in Figur 1 mit verstärkten,.unterbrochenen^Linien;angedeutet.-Wie sich aus Figur 1 .leicht ersehen läßt j bestimmt -daher .praktisch _:die . axiale .Ausladung der Dr.ehs.tromwicklungen -1 3- und ihrer .Wickelko.pfe die.,Bau-länge c.d^e,^s·. Generators .·

Die äußeren ^Kugellagerringe^iT^und ·Λ2 sitzen in -Bohrungen ^3 und hk der .Habe_T:A5 de^-Le^ic^htmetallträgers 22. Die Innenringe 33 ..und-.^.^ der Wälzlager. -35.-.und 36-:bef inden sich auf der anderen .Mantelfläche der als -Hohivell.e. ausgebildeten Nabe 31 -des. Le,its.t.ückrotors. Die -Bef esti'gung des Generators· erfolgt dur_ch .mehrere Befestigungsschrauben k 6, die zwischen ,dem Erreger sy s.t.emjif2.0 und Sen Außenringen Ui.und Ä2-.der. Kugellager änge.or,dnet_ sind·; und das Ge'häuse 22 gegen einen sich an der; Gehäus"evand-. 10 ;ab:st.üt ζ end enden Distanzring hj. anpressen, y ..-.₀. . ^v -

Die Kühlung des Generators erfolgt durch einen Radiallüfter, dessen aus Blech gebogene Lüfterschaufeln -51 auf' 'der Stirnfläche des Rotors .15 verteilt- auf -. diesen., auf gesetzt" sind und die durch die Bohrung im Zentrum der-ringförmigen Lüfterhaube 57 angesaugte Luft„52„über die über.das■Ständerblechpaketet vorstehenden Wickelkopfe der Drehstrom-wicklung 13.hinwegbläst. Die Kühlluft;tritt durch mehrere Kühiluftöffnungen 55 im Gehäuseaußenteil 23 bzw. durch mehrere Kühlluftöffnungen 58 in der ringförmigen Lüfter-

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haube 57 aus. Die Lüfterhaube 57 wird durch eine rundumlaufende Einschnürung, die in eine Nut des Gehäuseaußenteils 23 einrastet, gehalten.

Bei den Ausführungsformen nach Figur 1, 2 und k ist zwischen der Nabe 31 des Rotors 15 und der Generatorantriebswelle 11 eine nicht näher dargestellte elastische Kupplung 60 vorgesehen.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, daß zwei axialwirkende Simmerringe 66 und 67 vorgesehen sind, von denen der Simmerring 66 in die Längsbohrung 68 der Nabe 31 eingepreßt ist, während der zweite Simmerring 67 in die den Außenring ^2 des Kugellagers 36 aufnehmende Bohrung hk eingesetzt ist.

In der Ausführungsform nach Figur 3 unterscheidet sich der Generator im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle einer elastischen Kupplung zwischen der Generatorantriebswelle 11 und der Nabe 31 ein Planetengetriebe 70 vorgesehen ist, dessen Hohlrad 71 mit der Antriebswelle 11 drehfest verbunden ist und über mehrere mit ihm im Eingriff befindliche Planetenräder 72 ein auf der Rotornabe 31 sitzendes Sonnenrad. 73 antreiben. Die Momentenübertragung vom Sonnenrad auf die Nabe 31 kann über eine Keilwellenverzahnung 7^ wie in Figur 3 dargestellt oder über eine nicht wiedergegebene Nut-Feder-Verbindung erfolgen.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Figur 2 als auch nach Figur 3 können die beiden Kugellager 35 und 36 in den Schmierölkreislauf der Antriebs-Brennkraftmaschine einbezogen werden.

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Die Ausführungsvariante'nach. Figur h bringt fertigungstechnische Vereinfachungen, da. "bei .dieser Ausführungsform alle.konzentrisch zueinander, liegenden Durchmesser bei Rotor-und rühmendem Ge.neratorteil in jeweils einer Einspannung ^: des Werkstückes ihre Endbearbeitung erfahren können. ;·,.,;.!. ■:■_.·

In den Figuren 5 "bis 8 ist ein Drehstromgenerator 75 dargestellt, der ähnlich vie derjenige nach Figur h aufgebaut, jedoch für Ölkühlung eingerichtet- ist. Sein als Gehäuse dienender,. zylindrisch-ringförmiger-Trägerkörper 22 ist zur Befestigung mittels Schrauben.k6 an einer -Wand 10 einer im übrigen nicht dargestellten Brennkraftmaschine oder Getriebe bestimmt und.trägt das Erregersystem 20 für die Klauenpole 16 des rotierend antreibbaren Klauenpolläufers 15· Dieser ist mit zwei zueinander parallelen Kugellager 35 und 36 in der hohlen Nabe ^5 des Trägerkörpers 22-gelagert, wobei der Außenring des Kugellagers 35 in einer zentrischen Boh'r.ung U3 festsitzt und der Außenring des Kugellagers 36 in einer -hierzu konzentrischen Bohrun'g kh festgehalten :vird. In der Nabe ^5 des Trägerkörpers 22 befinden sich auf dem Teilkreis sich wiederholende Bohrungen 76 und 77» durch welche das bei 78 angedeutete Frischöl zufließen:und sich in der angedeuteten Weise auf diese beiden Bohrungen verteilen kann. Ein Teil dieses Frischöls gelangt unmittelbar zu den beiden Kugellagern 35 und 36; von. diesen aus kann ein Kühlöl-Teilstrom 79 durch Bohrungen 80 austreten. Die zur Drehachse AA des -Klauenpolrotors -15' parallel verlaufenden Bohrungen 76 münden in im wesentlichen radial verlaufende Kühlkanäle 8.1 und wird infolge einer kräftigen Schleuderbewegung in einem starken Strom 82 zwischen den

MX

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Klauenpolen 16 hindurchgeführt und gegen die Wickelköpfe der Wicklung 13 gerichtet. Außer den Kühlkanälen 81 sind noch sich mit diesen verschneidende radiale Bohrungen 83 in der Verbindungszone der Klauenpole mit der Scheibe des Rotors 15 vorgesehen. Diese Bohrungen stehen ebenfalls radial und bewirken, daß ein kräftiger Teilstrom des Kühl öls,, der bei 86 angedeutet ist, auf die Wickelköpfe der Wicklung 13 trifft und eine kräftige Kühlung bewirkt. Das erwärmte Kühlöl kann sich dann in den bei 86 angedeuteten Teilströmen in der Bohrung 88 sammeln und von dort über eine Ablaufbohrung 87 abgeführt werden.

Der besseren Deutlichkeit halber ist in Figur 6 der Klauenpolläufer in einem axialen Halbschnitt dargestellt. Die Figuren 7 und 7a und 8 und 8a zeigen verschiedene Ausführungsformen für den Verlauf der Kühlkanäle 81, welche im Inneren des Polradläufers 15 ausgespart sind.

Nach Figur 7 und 7a können die Kühlnuten 81 abwechselnd über die Bohrungen 83 in den Pollücken oder an den Klauenspitzen bei 89 endigen. Der iⁿ Figur 6 bei 90 angedeutete Polringkranz kann mit den Klauenpölen 16 des Rotors 15 über einen unmagnetischen Ring 17 wie'in den Figuren 1 bis 3 formschlüssig verbunden sein. Das .an den Enden der Kühlnuten 81 austretende Öl wird durch die Fliehkräfte, die auf die Ö.lpartikelchen wirken, gegen die Wickelköpfe 13 des Ständers 12 geschleudert.' ·

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform_} bei welcher die beiden, den Polradkrana bildenden Teile durch ein Druckgußteil 91 (z.B. aus Aluminium oder Kunstharz) formschlüssig miteinander verbunden sind. In diesem Druck-

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gußteil 91 lassen sich .die Kühlkanäle 81 so unterbringen, daß das .Öl durch Durchbrüche 92 unter den Wickelköpfen 13 des Ständers 12 heraustreten kann.

Durch die vorgeschlagene Ölkühlung wird unter Ausnutzung der .F-iiehkr.äfte selbst bei ölschaumbildung, die infolge der-;:s.t5.rk zerklüfteten,- rotierenden Maschinenteile entsteht., .eine Ölförderung zu den Wickelköpfen und .damit.· eine .Wärmeabfuhr sichergestellt. Wenn die Rotorachse AA.,waagerecht verläuft.und daher von dem oberen Teil der Wickelkopf.ei das Kühlöl zurücktropfen kann, wird es teilweise wieder auf die Wicklung zurückgeschleudert. Durch- die^: bei.-;8i angedeuteten Kühlölkanale soll- eine Flutung· der Luftspalte weitgehend vermieden werden. Dies ist umso, mehr-,gegeben, wenn das Generatorgehäuse wie in Figur=; 5 .angedeutet, eine entsprechend große Ausflußoff nung·8T-aufweist, oder wie-bei der Ausführungsform nach Figur 6 das Öl in den Kanälen 81 auf der Innenseite des-zylindrischen Teils des Rotors direkt zu den Durchbrüchen 83 bzw. 89 gelangt. Die ^:- Kühlung der Erregerspule 18 erfolgt über die Frischölzuführungen, die von den Bohrungen J6 gebildet werden, während die Kühlung der Kugellager, durch das über die Bohrung TT einfließende Kühlöl bewirkt wird. --

Je nach den ,Einbaubedingungen kann der Generator- eine Hohlwelle oder-\e.ine. massive, in .F-rgur 5 nicht dargestellte Welle aufweisen. Zweckmäßig erfolgt der Antrieb des Klauenpolläufers über eine spielau'sgleichende Kupplung, so daß ein Einlaufen der Lager durch Abrieb z.B. der Kurbelwelle . kei-nen/Einfluß auf den Luftspalt der Maschine hat..-

jo - R. J/ ο 53

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist auf die freie Stirnseite 9 U des Gehäuses ein Blockdeckel 95 zur Vermei dung von Leckölverlusten aufgesetzt und ntit Schrauben 96 festgezogen, falls der Generator sich nicht innerhalb einer öldichten Abdeckhaube befindet.

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Leersei te

Claims

R. 17858

10.2.1982 Lr/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

Drehstromgenerator für'das Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere"..'Kraft'fähJizeuges» mit einem feststehenden Ständerblechpaket¹, auf diesem angeordnet Drehstromwicklungen und mit einer feststehenden Erregerwicklung zur Erzeugung eines über ein Kraftlinienleitstück geführten, die Drehstromwicklungen induzierenden Magnetfeldes-und einem als Kraftlinienleitstück mit Klauenpolen ausgebildeten Rotor, dessen Antriebswelle (11) durch eine Hohlwelle (31) hindurchführt, und auf deren äußeren Mantelfäche Wälzlager angeordnet sind, so daß sie innerhalb der beiden an die stirnseitig vorstehenden Wickelköpfe (17) der Drehstr'ömwicklung angelegten, senkrecht zur Drehachse ■ AA ver-lauf enden Begrenzungsebenen (37> 38) liegen und deren Außenringe. (Λΐ_>;Λ2). sich in der Nabe (H5) des Gehäuses (22) abstützen.

ν. ν

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch-gekennzeichnet, daß das Gehäüs'e (22) aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergesjfcellt'-und um den ruh'enden Teil des ferromagnetischen Erreger systems ( 20 ). ,herumgegossen ist, dessen ,ker.n..(i^r9) als Träger für die Erregerwicklung (18) dient.

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3. Generator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol (21) des Erreger systems (20) eine bereits zylindrische Oberfläche (25) aufweist, die der inneren zylinderförmigen Oberfläche des Kraftlinienleitstücks (15) unter einer Hälfte des Klauenpolsystems (16) mit kleinem radialen Luftspalt, gegenübersteht.

k. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pol (21) und das Kraftlinienleitstück (15) zur Vergrößerung der Luftspaltfläche Verlängerungen in Form von Kegelstümpfen, die sich mit kleinem Luftspalt gegenüberstehen, aufweisen.

5· Generator nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsflächen zwischen dem zweiten ruhenden Pol (28) des Erreger systems (20) und dem Rotor (15) die Form von flachen parallel zueinander verlaufenden Kegelstumpfen aufweisen.

6. Generator nach einem der Ansprüche 1- bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bohrung der Hohlwelle (31) und der Generatorantreibswelle (11) eine kraftschlüssige Kupplung (βθ) insbesondere eine elastische Kupplung, vorzugsweise eine Wellbandkupplung vorgesehen ist.

7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hohlwelle (31) des Rotors (15) und der Generatorantriebswelle (Ί1) eine Getriebestufe, insbesondere ein Planetengetriebe (TO, 71, 72, 73, 7¹O angeordnet ist.

ε. .17 6

8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß.in der Bohrung der Hohlwelle (31) des Rötos (15) ein Simmerring (66) angeordnet ist, dessen Dichtlippe sich elastisch gegen die Generatorantriebsvelle (11) und ein zweiter Simmerring (67)» der neben dem Wälzlager (36) in der Nabe (^5) angeord-.net ist und dessen Dichtlippe sich elastisch gegen die Hohlwelle.(31) abstützt.

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9· Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der von der Erregerwicklung (18) abgekehrten Außenseite des Rotors (15) mehrere radial und axial ausladende Lüfterflügel (51) angeordnet sind.

10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem flüssigen, insbesondere aus Schmieröl bestehenden Kühlmittel-Zulauf (78) mehrere radial gerichtete Kühlkanäle (81) verbunden sind, aus denen das Kühlmittel unter Schleuderwirkung austritt.

11. Generator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Kühlkanälen (81) Austritt soffnungen (83, 89» 92) verbunden sind, die beiderseits des Ständerglechpakets (12) liegen und radial nach außen gegen die an den Stirnseiten des Ständerbleches vorstehenden Wikkelköpfe der Wicklung (13) gerichtete Flüssigkeitsstrahlen (92) erzeugen.

12. Generator nach Anspruch 10 oder 11, mit einem als Schmiermittel geeigneten Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kühlmittel-Zulauf (78) in Höhe der Wälzlager, insbesondere Kugellager (35, 36) angeordnete Zulaufbohrungen (77) verbunden sind.

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13· Generator nach enem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Kühlkanal e (81) an der Innenseite der Polradscheibe (15) verlaufen.

1h. Generator nach Anspruch 13, bei welchem die Zwischenräume der mit Abstand ineinandergreifenden Klauenpolzähne (8i+, 85) mindestens teilweise durch unmagnetische Füllwerkstoff, insbesondere durch Druckguß aus Aluminium oder Kunstharz ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle und/oder die Austrittsbohrungen (89, 92) im Füllwerkstoff angebracht bzw. ausgespart sind.