DE3533067A1 - Drehstromgenerator - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Drehstromgenerator nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein Drehstromge­ nerator dieser Art ist bekannt (DE-OS 32 05 757) und weist ein auf der drehangetriebenen Läuferwelle über ein Kugellager gegenüber dieser drehbar gelagertes Lüfterrad auf. Zwischen der den Drehantrieb von einer Brennkraftmaschine übernehmenden Riemenscheibe und dem Lüfterrad ist eine Gleitkupplung angeordnet, die bis zu einer vorgegebenen Drehzahl das Lüfterrad mit der Riemenscheibe kraftschlüssig zu dessen Drehmitnahme verbindet, über vorgegebene Drehzahlen hinaus jedoch eine Gleitwirkung ermöglicht, so daß unterschiedliche Drehzahlen möglich sind. Allgemein wird eine Drehzahl­ begrenzung eines Generatorlüfters bei Kraftfahrzeugen o. dgl. zur Geräuschminderung, Energieeinsparung und Unfallsicherheit angestrebt. Problematisch ist jedoch bei dem bekannten, kraftschlüssig gekuppelten Lüfterrad, daß zu der Kupplung ein zweites Kugellager gehört, welches sich über axial verspannende Federmittel gegen das Lüfter­ rad abstützt, so daß die beiden Wälzlager die für die Mitnahme des Lüfterrads erforderliche Bremskraft durch ihre Wälzkörper in der Rollbahn erzeugen. Hierbei ent­ steht, abgesehen von einem möglichen, höheren Verschleiß, Wärme, so daß die Schmierfähigkeit des Wälzlagerfetts ge­ schädigt und auf die Dauer die angestrebte Wirkung der kraftschlüssigen Kupplung, bei höheren Drehzahlen Dreh­ zahlunterschiede zuzulassen, beeinträchtigt werden kann.

Bekannt ist ferner ein Generator dieser Art (DE-OS 29 42 737), bei dem die beiden zur kraftschlüssigen Kupplung der Läuferwelle mit dem Lüfterrad dienenden Kugellager nebeneinander auf der Läuferwelle sitzen und ihre beiden Außenringe in der Bohrung einer an das Lüf­ terrad angegossenen Nabe so eingepaßt sind, daß der näher am Lagerschild des Generators liegende Außenring mit Preßsitz in der Nabe befestigt ist, während der Außenring des der Riemenscheibe näherliegenden Kugel­ lagers in der Nabenbohrung bei unterschiedlichen Dreh­ zahlen zwischen Läuferwelle und Lüfterrad gleiten kann. Es hat sich aber gezeigt, daß bei den für das Lüfter­ rad üblichen Gußwerkstoffen infolge der Gleitreibung das außenliegende Kugellager schon nach geringer Lauf­ zeit eine Neigung zeigt, sich zu lockern, so daß es zu unsicheren Mitnahmemomenten kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Drehstromgenerator der eingangs genannten Art die Kupp­ lung so auszubilden, daß völlig unter Verzicht eines zu­ sätzlichen Kugellagers das ursprünglich gewünschte Mit­ nahmemoment sicher beibehalten und bei einfachem, platz­ sparendem, kostengünstigem Aufbau die angestrebte Lang­ zeitwirkung der kraftschlüssigen Kupplung erreicht wird.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drehstromgenerator löst diese Auf­ gabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptan­ spruchs und hat den Vorteil, daß keine Verspannung von Kugellageraußenringen zueinander auftritt, die notwen­ digerweise von den Wälzkörpern und den Innenrollbahnen aufgefangen werden muß, sondern aus hochwirksam ver­ schleißfesten Stoffen bestehende Bremsscheiben oder -ringe gebildet sind, die unter geeigneter Federvor­ spannung und gegebenenfalls drehfest auf der Läufer­ welle angeordnet die Mitnahme des Lüfterrades nur bis zu solchen Drehzahlen bewirken, wie sie einerseits für eine gute Durchlüftung, andererseits aber zur Geräusch­ minderung und Energieeinsparung sinnvoll sind.

Vorteilhaft ist ferner, daß sich bei guter Wärmeabfüh­ rung direkt vom Wälzlageraußenring des das Lüfterrad auf der Läuferwelle tragenden Kugellagers sichere Wirk­ eigenschaften auch im Langzeitbetrieb und ein konstan­ tes Mitnahmemoment erzielen lassen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Drehstromgenerators möglich. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Reib- oder Bremsscheibe axial verschieblich, jedoch drehfest auf einem geeigneten Mitnahmering der Läufer­ welle, so daß die Bremsscheibe stirnseitig als Reibungs­ kupplung auf den Wälzlageraußenring für das Lüfterrad einwirken kann. Hierdurch schließt die Kupplung solange, wie die Lüfterantriebsleistung der Reibungsleistung entspricht; überschreitet die erforderliche Lüfteran­ triebsleistung diese Reibungsleistung, dann tritt Schlupf auf.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen mit einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ausgerüste­ ten Drehstromgenerator, wiedergegeben teilweise in einer axialen Längsschnittdarstellung und teilweise in An­ sicht und die

Fig. 2 und 3 in größerem Detail als Aus­ schnitt die kraftschlüssig arbeitende Reibungs-Mitnah­ mekupplung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 dargestellte Drehstromgenerator 10 hat ein antriebsseitiges A-Lagerschild 11 und ein schleif­ ringseitiges B-Lagerschild 12. Am antriebsseitigen Lager­ schild 11 ist ein Schwenkarm 13 angeformt. Mit Hilfe von Schrauben 14 ist ein Ständerpaket 15, das eine über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Drehstromwick­ lung trägt, zwischen den beiden Lagerschilden einge­ spannt. Im A-Lagerschild 11 sitzt ein erstes Kugellager 16, das zusammen mit dem in der Zeichnung nicht darge­ stellten zweiten Kugellager im B-Lagerschild 12 der Lagerung der Läuferwelle 17 dient. Die Läuferwelle kann im Inneren des Generatorgehäuses beispielsweise einen Klauenpolläufer und eine von diesem umschlossene Erre­ gerwicklung tragen.

Üblicherweise ist an dem aus dem A-Lagerschild 11 vor­ stehenden Ende 17 a der Läuferwelle eine Keilriemenschei­ be 18 drehfest befestigt, die über einen Keilriemen von einer nichtdargestellten Brennkraftmaschine ange­ trieben werden kann. Der Antrieb der Läuferwelle des Drehstromgenerators kann allerdings auch auf andere Weise erfolgen, was für das Grundprinzip vorliegender Erfindung insoweit ohne Belang ist. Dicht am antriebs­ seitigen A-Lagerschild 11 ist ferner auf dem Wellenende 17 a ein Lüfterrad 19 mit Hilfe eines eigenen Kugella­ gers 20 drehbar gelagert; das Lüfterrad 19 umfaßt mit einer vorspringenden Nabenfläche 19 a den Außenring 20 a des Kugellagers 20, dessen Innenring 20 b fest auf der Läuferwelle sitzt.

Zwischen der drehangetriebenen Läuferwelle oder einem auf ihr sitzenden, festen Drehteil und dem Außenring des Lüfterradkugellagers bzw. Nabenteilen desselben ist die erfindungsgemäße Mitnahmereibkupplung angeord­ net, deren erstes Ausführungsbeispiel in der den ge­ strichelten Kreisausschnitt X in Fig. 1 in vergrößer­ tem Maßstab darstellenden Fig. 2 angegeben ist.

Angrenzend zum abgedichteten Wälzlager 16 für die Läufer­ wellenlagerung ist auf das Läuferwellenende 17 a zunächst eine Distanzscheibe 21 und an diese angrenzend ein Fe­ derringelement 22 angeordnet, welches beispielsweise eine Tellerfeder sein kann und eine Federvorspannungs­ kraft in Richtung des Pfeils A auf eine Brems- oder Reibscheibe 23 ausübt, die ihrerseits drehfest auf einem Mitnehmerring 24 sitzt. Der Mitnehmerring 24 dreht sich, wie auch die Tellerfeder 22 mit der Läuferwelle, schon deshalb, weil alle auf dem Läuferwellenende angeordneten Teile miteinander durch eine Abschlußdruckschraube 25 (s. Fig. 1) verspannt sind oder weil sie durch Keilnuten drehfest auf dem Läuferwellenende gehalten sind. Die Mitnahmewirkung zwischen dem Mitnehmerring 24 und der Brems- oder Reibscheibe 23 kann durch eine gegenseitige Verzahnung erfolgen, die so ausgebildet ist, daß die Reibscheibe 23 axial beweglich, also beispielsweise unter der Wirkung des Federelements 22 in Richtung auf das Lüfterrad-Wälzlager 20 verschoben werden kann. Die Bremsscheibe 23 verfügt oben, also ausgerichtet auf den Außenring des Wälzlagers 20, über einen vorzugsweise beidseitig erweiterten Kopfteil. Auf die Bremsscheibe bzw. deren Mitnehmerring 24 folgend ist das Kugellager 20 für das Lüfterrad 19 auf das Wellenende aufgescho­ ben, an dessen Außenring 20 a die innen axial vorgezoge­ ne Nabe des Lüfterrads 19 befestigt ist. Es schließt sich noch eine Distanzscheibe 26, falls erforderlich, an, die bei geeigneter Riemenscheibenform entfallen kann,und nach Aufsetzen der in Fig. 2 lediglich ausschnitts­ weise angedeuteten Riemenscheibe 18 wird die Bundmutter 25 aufgeschraubt und fixiert.

Die Wirkungsweise der Mitnahmekupplung ist dann so, daß durch das Zusammenspannen des Verbands mit der Bundmut­ ter auch das Federelement 22 (Tellerfeder) vorgespannt wird und auf die axial verschiebbare Bremsscheibe 23 am oberen Kopfteil so einwirkt, daß diese unter Druck an der zugeordneten Fläche des Kugellageraußenrings 20 a des Läuferrads 19 anliegt. Die Drehmitnahme der Brems­ scheibe 23 erfolgt dabei über den Mitnehmerring 24. Da mit steigender Drehzahl die vom Lüfterrad einerseits erbrachte Leistung ebenfalls ansteigt, andererseits aber die von der Tellerfeder 22 erzeugte Vorspannung konstant bleibt, ergibt sich eine Drehzahl, bei welcher die benötigte Lüfterantriebsleistung der noch aufbring­ baren Reibungsleistung entspricht - oberhalb dieser Drehzahl tritt dann Schlupf auf, so daß sich eine wirk­ same Drehzahlbegrenzung ergibt.

Es versteht sich, daß die Bremsscheibe 23 aus einem ge­ eigneten, möglichst hoch verschleißfesten Stoff, vor­ zugsweise aus Kunststoff besteht, wobei die sich auf den Außenring des Lüfterwälzlagers auswirkende Brems­ kraft gut dosieren und in ihrer Wärmeentwicklung sicher beherrschen läßt. Dabei ist sichergestellt, daß das Lüf­ termitnahmemoment ausschließlich durch die Reib- oder Bremsscheibe erzeugt wird, da das Federelement als Tellerfeder und der Mitnehmerring fest auf der Läufer­ welle sitzen und durch die Verspannung auf dieser im Verbund kraftschlüssig gehalten sind.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen tra­ gen, bei leicht unterschiedlicher Funktion mit einem Beistrich oben, liegen die beiden Kugellager 16′ für die Lagerung der Läuferwelle und 20′ für das Lüfterrad 19′ unmittelbar, gegebenenfalls über eine Distanzscheibe 21′ getrennt, nebeneinander,und die reibschlüssige Lüfter­ radmitnahme erfolgt über sich oberhalb des Wälzlager­ außenrings 20 a′ befindende, mindestens eine federvorge­ spannte Mitnehmer-Reibscheibe.

Das beispielsweise aus einem geeigneten Blechformstück bestehende Lüfterrad 19′ bildet auf dem Außenring 20 a′ des Kugellagers 20′ einen vorspringenden Nabenteil 27, auf dem, in Richtung auf die Riemenscheibe 18′ gesehen in Schichtung ein Federvorspannungselement, insbesonde­ re eine Tellerfeder 28, ein Zwischendrehteil 29 und mindestens eine, gegebenenfalls zwei Reibscheiben 30 a, 30 b befinden. Das Zwischendrehteil 29 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, aus einem mehrfach abgebogenen Ringblech bestehen, welches einerseits die Tellerfeder 28 umfaßt und andererseits die auf dem Nabenvorsprung 27 sitzende, mindestens eine Bremsscheibe 30 a, 30 b am Außenumfang hält - es kann zwischen dem Wälzlager 20′ für das Lüfterrad 19′ und der zusammengedrückten Nabe der Riemenscheibe 18′ noch ein weiteres Zwischendruck­ teil 31 auf der Läuferwelle angeordnet sein, welches mit einer nach außen vorspringenden Ringnase 32 die mindestens eine Reibscheibe zentriert zur Läuferwelle lagert. Vorzugsweise sind zwei Reibscheiben 30 a, 30 b vorgesehen,und durch den Vorspannungsdruck der Teller­ feder 28 wird, mit vergleichbar ähnlichem Wirkungsme­ chanismus wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, das Zwischendruckteil 29 in Richtung auf die Reibschei­ ben gedrückt, so daß die beiden Reibscheiben 30 a, 30 b, von denen die Reibscheibe 30 b eine Mitnahmescheibe bil­ det, aufeinandergleiten und das erforderliche Mitnahme­ drehmoment erzeugen. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck - die Reibungsmitnahme erfolgt an der Gleitfläche zwischen den beiden Reibscheiben 30 a, 30 b - die eine Reibscheibe 30 b an dem ihr zugeordneten Drehteil 31 und die andere Reibscheibe 30 a an dem Zwischendruckteil 29 auch formschlüssig gehalten sein können, beispielsweise durch geeignete, axial vorspringende Vorsprünge und Ein­ senkungen, wobei die Reibungsmitnahme durch die Kraft der Vorspannungsfeder 28 bestimmt wird.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (8)

1. Drehstromgenerator mit drehangetriebener Läuferwelle und einem auf dieser über ein Kugellager frei drehbar gelagerten Lüfterrad, insbesondere zum Antrieb durch eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem drehangetriebenen Teil (24; 31, 30 b) und dem auf der Läuferwelle (17) durch das Kugellager (20, 20′) frei drehbaren Lüfterrad (19, 19′) ein fe­ dervorgespanntes Reibelement (23, 30 a) angeordnet ist.

2. Drehstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Vorspannungserzeugung für das Reib­ element (23, 30 a) eine Ringfeder (Tellerfeder 22, 28) vorgesehen ist.

3. Drehstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend zum Läuferwellen- Kugellager (16) eine die Federvorspannung erzeugen­ de Tellerfeder (22) angeordnet ist, die auf eine axial verschiebliche, von einem sich in der Schichtung an die Tellerfeder (22) anschließenden Mitnehmerring (24) gelagerte Bremsscheibe (23) einwirkt derart, daß diese sich an den Außenring (20 a) des das Lüfterrad (19) tragenden Wälzlagers (20) unter einstellbarer Reib­ mitnahmewirkung anlegt. (Fig. 2)

4. Drehstromgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich in der Schichtung auf der Läufer­ welle an den Mitnehmerring (24) der Innenring (20 b) des Wälzlagers (20) des Lüfterrads (19), eine dem Drehantrieb der Lüfterwelle dienende Keilriemen­ scheibe (18) und die den Verbund zusammenspannende Bundmutter (25) anschließt.

5. Drehstromgenerator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gleitverschieblich auf ihrem drehfest auf dem Läuferwellenende (17 a) befe­ stigten Mitnehmerring (24) angeordnete Bremsscheibe (23) einen beidseitig erweiterten Kopfteil aufweist, auf dessen eine Seite der äußere Randbereich der Tellerfeder (22) drückt und dessen andere Seite un­ ter Reibwirkung am Kugellageraußenring (20 a) des Lüfterrads anliegt.

6. Drehstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (19′) auf dem es tragenden Kugellageraußenring (20 a′) des Lüfter­ rad-Kugellagers (20′) einen vorspringenden Naben­ rand (27) bildet, auf dem eine die Federvorspannung erzeugende Tellerfeder (28), ein Zwischendruckring (29) und mindestens eine Reib/Bremsscheibe (30 a, 30 b) angeordnet sind, die gegen ein auf dem Läuferwellen­ ende (17 a′) angeordnetes drehfestes Drehteil (31) drückt. (Fig. 3)

7. Drehstromgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Drehteil (31) eine Mitnahmereib­ scheibe (30 b) und das Zwischendruckteil (29) eine Gegenbremsscheibe (30 a) lagern , die von der Vorspan­ nungstellerfeder (28) gegen die Mitnahmereibscheibe (30 b) derart gepreßt ist, daß im Übergang zwischen diesen beiden Scheiben durch die erzeugte Bremsrei­ bung die Drehmitnahme des Lüfterrads (19′) bis zu einer vorgegebenen Drehzahl erfolgt.

8. Drehstromgenerator nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Reib- oder Bremsscheiben aus hochverschleißfestem Material (Kunststoff) bestehen.