DE3707422A1

DE3707422A1 - Verfahren zur befestigung des staenderpakets bei einem elektrischen generator und elektrischer generator

Info

Publication number: DE3707422A1
Application number: DE19873707422
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl Ing Ragaly; Stefan Dipl Ing Renner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-03-07
Filing date: 1987-03-07
Publication date: 1988-09-15
Also published as: ES2006586A6; WO1988007284A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 bzw. von einem elektrischen Gene rator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Bei elektrischen Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge, die auch ein bevorzugtes Anwendungsgebiet vorliegender Erfin dung sind, ist es bekannt (Bosch - Technische Unterrichtung "Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge" VDT-UBE315/30 vom Dezember 1970, Seite 13), das Gehäuse des elektrischen Ge nerators in ein antriebsseitiges A-Lagerschild und in ein bürstenhalterseitiges B-Lagerschild zu unterteilen, die dann an ihren zugewandten axialen Begrenzungsflächen je weils einen ringförmigen Paßsitz bilden (Gehäuseeinpaß), in welchen beidseitig das Ständerpaket aufgenommen wird. Es ist auch möglich, das Ständerpaket mit über den Umfang hinausragenden Lamellen zu versehen und diese zwischen den beiden Lagerschilden einzuspannen.

Bei einer solchen Bauform kann es sich als problematisch erweisen, daß die Ständerlamellen in direktem mechanischen (Einspann-)Kontakt mit den Gehäuseteilen stehen, wodurch vom Ständerpaket ausgehende Schwingungen, die auch auf elektro magnetisch verursachte Wechselkräfte zurückgeführt wer den können, sich ungehindert in Form von Körperschall auf die Gehäuseteile des Generators übertragen können, um dann breitflächig abgestrahlt zu werden. Als problematisch kann sich ferner erweisen, daß durch das feste Einspannen des Ständerpakets zwischen den beiden Lagerschilden möglicher weise Deformationen in diesem entstehen, die sich ungünstig auf die Luftspaltänderung auswirken können. Außerdem muß das Ständerpaket am Außenumfang möglichst genau bear beitet sein, damit es von den beidseitigen Einpässen der Lagerschilde einwandfrei aufgenommen werden kann. Hierbei muß dann das so eingespannte Ständerpaket mindestens teil weise auch Gehäuseaufgaben übernehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren zur vereinfachten und kostengünstigen Befestigung des Ständerpakets in einem elektrischen Generator, insbesondere bei einem Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge sowie einen solchen Drehstromgenerator zu schaffen, bei dem das Stän derpaket zwar sicher im vorzugsweise durch beidseitige Lagerschilde gebildeten Gehäuse des Generators gehalten ist, jedoch mit diesem nicht mehr in einem unmittelbaren, mechanischen Kontakt steht und somit unter anderem störende Schwingungen von den Lagerschilden weitestgehend ferngehalten weiden.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe lösen das erfindungsgemäße Verfahren und der elektrische Generator nach der Erfindung mit den kennzeich nenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8, wo bei sich der Vorteil ergibt, daß durch die Aufnahme des Ständerpakets lediglich mittelbar über einen am Außenumfang desselben angeordneten Spannring jede direkte Berührung zwischen Ständerpaket und dem Gehäuse vermieden wird, so daß sich eine wesentliche Geräuschreduzierung bei solchen Generatoren ergibt. Vorteilhaft ist ferner, daß, weil das Ständerpaket nicht mehr selbst dem Einspannungsdruck zwischen den Gehäuseteilen unterworfen wird und auch nicht mehr sel ber ein Gehäusezwischenteil des elektrischen Generators bil den muß, an diesem auch keine Verformungen und Verwerfungen mehr auftreten können, die auf eine solche Einspannung zu rückzuführen sind. Ferner läßt sich das Ständerpaket nun mehr kostengünstig ohne zusätzliche mechanische Bearbeitung herstellen, da die Aufnahme in Gehäuseinpässen entfällt - die Herstellung kann daher beispielsweise nach dem für sich gesehen bekannten Hochkant-Rollverfahren erfolgen. Ferner entfällt der Prägevorgang des Ständerpakets, wodurch eine besonders einwandfreie Rundheit desselben möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist aufgrund der Möglichkeit, die Struktur des Spannrings in Geometrie und Form frei wählen zu können, die hierdurch gegebene Beein flussung der mechanischen Kopplung des Ständerpakets an den Spannring, die beispielsweise hart oder weich erfolgen kann durch entsprechende Formgebung des Spannrings, durch die Wahl der Verbindungsstellen (Schweißstellen) des Spann rings mit dem Ständerpaket an dessen Außenumfang und durch die Art des Schweißverfahrens.

Da der Spannring in bevorzugter Ausgestaltung in einer ge wellten Form ausgebildet ist, ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten der Einspannung zwischen den beiden La gerschilden, beispielsweise ebenfalls durch Einsetzen in einen Gehäuseinpaß oder durch ledigliches Einspannen anein andergrenzender axialer Flächen des Spannrings und der zu gewandten Gehäuse-Ringflächen, wobei die Ständeroberfläche zur Erzielung einer guten Kühlung vergrößert wird und im übrigen je nach Art der Gehäuseausbildung (Einspannmög lichkeiten des Spannrings zwischen den Lagerschilden) eine Vielzahl unterschiedlicher Belüftungsmöglichkeiten erzielt werden. So ist es nunmehr durch die Ausbildung verschiede ner Kühlkanäle möglich, die Kühlluftführung innerhalb des Generators je nach Wunsch zu beeinflussen, wobei auch die Einführung zusätzlicher Luftmengen durch den Einspannbe reich des Spannrings zwischen den Gehäuselagerschilden mög lich ist.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform vorliegender Erfindung mit das Ständerpaket umgebendem Spannring als Quer schnitt im Bereich des Ständerpakets, wobei alle sonstigen Generatorteile, die zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, weggelassen sind und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, wo bei ebenfalls für das Verständnis der Erfindung nicht erforderliche Teile weggelassen sind, zur Verdeutlichung einer ersten Ausführungsform der Spannringeinspannung zwischen den Gehäuseteilen;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung im gleichen Querschnitt der Fig. 1 mit anderer Ge staltung der Spannring-Wellenform und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3 mit Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Einspannung des Spannrings zwischen den beiden Ge häuseteilen;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in einer der Fig. 1 und 3 entsprechenden Querschnittform mit der Möglichkeit der Zuführung zusätzlicher Luft mengen über den Einspannbereich durch die Wellenform des Spannrings und

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 5, aus dem sich die Bildung zusätzlicher Lufteinström kanäle durch eine weitere Einspannvariante des Spann rings zwischen den Gehäuseteilen ergibt und

Fig. 7 eine letzte Ausführungsform der Erfindung ebenfalls als Querschnittdarstellung im Bereich der Ständer einspannung, aus der bei unterschiedlicher Wellen struktur des Spannrings die Bildung eines größerem Kühlluftkanalquerschnitts möglich ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, das Ständerpaket zwischen den beiden angrenzenden Gehäuseteilen eines Generators, insbesondere A-Lagerschild und B-Lager schild eines Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge indirekt über einen am Außenumfang des Ständerpakets befestigten Spannring aufzunehmen, so daß dieser, aber nicht das Ständer paket zwischen den Gehäuseteilen eingespannt wird. Hierzu weist der Spannring eine Form mit einer vorgegebenen radia len Erstreckung auf, z.B. massiv oder hohl in recht- oder viereckiger Form. Bevorzugt kann er eine vorgegebene Wellenform aufweisen, wie in der Zeichnung gezeigt, wobei dann in Verbindung mit den verschiedenen Einspann möglichkeiten zwischen den angrenzenden Gehäuse strukturen auch unterschiedliche Ausführungsformen, ins besondere zur Bildung ergänzender Kühlluftkanäle möglich sind.

Die verschiedenen, nachfolgend erläuterten Ausführungsfor men der Fig. 1 bis 7 zeigen je nach der Geometrie des Spannrings und des Gehäuses und dem Sitz des Spannrings in diesem, die Bildung verschiedener Kanalquerschnitte, also Strömungswege für die Kühlluft auch am und über den äußeren Umfang des Ständerpakets und als zusätzliche Variante die Bildung weiterer Kühlkanäle so, daß im Bereich der Ein spannung Umgebungsluft in das Generatorinnere zur Kühlung eingesaugt werden kann.

In Fig. 1 ist der Ständer mit 10 und die nach innen gerich teten Stege des Ständers, die in den zwischen ihnen liegen den Nuten die hier nicht gezeigte Ständerwicklung aufneh men, mit 10′ bezeichnet. In der axialen Richtung besteht der Ständer üblicherweise aus einer Vielzahl übereinanderlie gender Eisenbleche mit der Querschnittform der Fig. 1, also aus Lamellen, die miteinander verbunden sind. Der äußere Umfang des Ständers ist von einem Spannring 11 umgeben, des sen axiale Erstreckung oder Dicke, wie aus einem Vergleich mit Fig. 2 festgestellt werden kann, geringer, beispiels weise lediglich ein Drittel der axialen Ständerlänge be trägt und vorzugsweise mittig am Ständer angeordnet ist.

Dieser Spannring kann eine Vielzahl von Formen aufweisen, beispielsweise wie in allen Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 7 gezeigt, eine allgemeine Wellenform nit beliebig dazwischenliegenden Geraden als dem Kreisbogen des Umfangs folgenden Stücken, es können aber auch Zickzackformen oder massive Ringformen mit vorgegebener radialer Dicke u.dgl. verwendet werden. Es versteht sich daher, daß durch die nachfolgende Erläuterung der Erfindung, die sich speziell auf einen gewellten Spannring mit unterschiedlichen Wellen formen richtet, die Erfindung hierdurch nicht auf diese Aus führungsform beschränkt ist.

In der Darstellung der Fig. 1 ist der Spannring 11 über den Umfang des Ständerpakets laufend gleichförmig gewellt und weist etwa die allgemeine Form einer Sinusschwingung auf, dabei natürlich der Kreisbogenform des äußeren Ständer bogens folgend. An den Stellen, an denen die Wellenform des Spannrings 11 den Ständerumfang berührt, ist der Spannring mit diesem verbunden, und zwar vorzugsweise durch Schweißen, wobei verschiedene Schweißarten möglich sind, beispielsweise Widerstandsschweißen, Laserschweißen u.dgl. In der Darstel lung der Fig. 2 sind zwei Schweißstellen mit 12 bezeichnet.

Man erkennt auch aus der Darstellung der Fig. 2, daß das Ständerpaket aus der mitbildenden und mittragenden Gehäuse form herausgenommen ist und die beiden Gehäusehälften 13 a und 13 b, die den Spannring 11 zwischen sich aufnehmen und das Ständerpaket natürlich ringförmig umgeben, nicht mehr berührt; vielmehr ergibt sich zwischen dem Ständeraußenum fang und den zylindrischen, zugewandten Gehäuseinnenflächen ein Ringabstand, der, wie die Pfeile A andeuten, einen Kühlluftstrom zuläßt, der durch die in etwa von der unte ren Hälfte des Spannrings gebildeten Öffnungen 14 fließt, die insgesamt einen Kühlluftkanalquerschnitt bilden. Die oberen Hälften des Spannrings 11 sind, wie der Schnittdar stellung der Fig. 2 entnommen werden kann, durch die an grenzenden Gehäusehälften abgedeckt. Im übrigen erfolgt die Aufnahme und Einspannung des Spannrings 11 bei diesem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 dadurch, daß der Spannring 11 in einem entsprechenden Gehäuseeinpaß 15 des Lagerschilds 13 a sitzt, in welchen auch ein unterer Ringvorsprung 16 des anderen Gehäuseteils 13 b eingreift, wobei allerdings die Gehäuseringausschnitte bei 17 einen Spalt freilassen, damit beim Einspannen der Spannring axial erfaßt und eingespannt wird und nicht die Gehäuseteile im Stoß zur gegenseitigen Pressung kommen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist im wesent lichen zu den Fig. 1 und 2 unterschiedlich, daß die an den Spannring angrenzenden Gehäuseringflächen keinen Einpaß bilden, sondern breitflächiger mit jeweils einem nach innen gerichteten Ringvorsprung 18 den Spannring praktisch im Stoß zwischen sich aufnehmen und einspannen, so daß sich infolge der radialen Dicke der durch die Ringvorsprünge 18 vergrößerten angrenzenden Gehäuseflächen eine vergleichs weise starke Abdeckung des Spannrings ergibt und lediglich in der radialen Höhe schmale Kühlkanäle 14′ noch für den axialen Luftstromdurchtritt entsprechend den Pfeilen A′ übrigbleiben.

Eine wesentlich unterschiedliche Einspannungsform zeigen die Darstellungen der Fig. 5 und 6, bei denen im übrigen ebenfalls wie bei den Fig. 3 und 4 bestimmte Teilbereiche des Spannrings die Wellenform verlassen und in geradlinige Verbindungs-Zwischenstücke 19 übergehen, hier vorzugsweise jeweils beidseitig angrenzend an axiale Spannbolzen 20, die dem Zusammenspannen der beiden Lagerschilde 13 a, 13 b, 13 a′, 13 b′, 13 a′′, 13 b′′ dienen.

Da bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 von den an die radialen Spannringflächen angrenzenden beidseitigen Gehäuseringflächen der Lagerschilde 13 a′′ und 13 b′′ ledig lich in etwa die obere Hälfte (oder weniger oder mehr, je nach Wunsch und in Abhängigkeit zur allgemeinen Geometrie) abgedeckt wird, ergeben sich die üblichen unteren Kanal querschnittsöffnungen 14 für einen das Generatorgehäuse ins gesamt axial durchsetzenden Hauptluftstrom entsprechend dem Pfeil A und zusätzliche axial-radiale Öffnungen im Bereich der Einspannung des Spannrings, wie ohne weiteres erkennbar, da dann, wenn der Spannring jeweils seine Biegung nach unten, also nach innen durchführt, seine Fläche von den beidseitigen Gehäuseflächen 21 freikommt und sich hierdurch Bypässe 22 ergeben, die in beiden Richtungen das Einströmen zusätzlicher Kühlluftteilströme in das Generatorinnere er möglichen, wie die Pfeile B in Fig. 6 andeuten. Wegen der durch den Ventilator des Generators erzwungenen Hauptstrom fluß in der in den Zeichnungen allgemeinen Richtung von links nach rechts ergibt sich dann am Austritt aus dem Spaltbereich zwischen Ständer 10 und der umfassenden Ge häusewandung ein Gesamtluftstrom aus Hauptluftstrom A und zusätzlichem Kühlluftteilstrom B.

Je nach Wunsch ist es schließlich, wie die Darstellung der Fig. 7 zeigt, auch möglich, den Kanalquerschnitt für den Hauptluftstrom größer zu machen, wozu, beispielsweise un ter Beibehaltung der Bypässe 22 für die Zuführung von Um gebungskühlluft auch im mittleren Bereich des Generators die weiter vorn schon erwähnten, die Wellenform aufgebenden, insofern geradlinig, aber der allgemeinen Kreisbogenform folgenden Spannringstücke 19′ gebildet werden, die größere innere Kanalquerschnitte 14′ für den Hauptluftstrom A frei geben.

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

Claims

1. Verfahren zur Befestigung des Ständerpakets bei einem elektrischen Generator, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, Busse u.dgl., wobei das Ständerpaket im Generatorgehäuse (A-Lagerschild, B-Lagerschild) ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß über den Außen umfang des Ständerpakets (10) ein Spannring (11) gelegt und mit dem Ständerpaket verbunden wird und daß die bei den, das Generatorgehäuse bildenden Gehäusehälften (13 a, 13 b; 13 a′, 13 b′; 13 a′′, 13 b′′) unter Zwischenlage des Spannrings (11) ohne direkten Kontakt mit dem Ständer paket (10) axial miteinander verbunden (verspannt) werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (11) vor dem Aufschieben auf den Außenum fang des Ständerpakets in eine allgemein wellenförmige Form gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der mit Bezug auf die Dicke des Ständerpakets (10) schmalere Spannring (11) etwa mittig des Ständer paket-Außenumfangs angeordnet und mindestens an einigen der Berührungspunkte mit dem Ständerpaket mit diesem verschweißt (Widerstandsschweißen, Laserschweißen) wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die beidseitig an den Spannring (11) anliegenden Generatorgehäuseflächen diesen so überlappend ausgebildet sind, daß unter Abschluß einer Verbindung nach außen die axialen Durchlässe im Spannring für die Kühl luftströmung im Generatorgehäuse freigegeben sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß an den Spannring (11) angrenzende Ge häuseringflächen so verdickt in Form von nach innen ge richteten Ringvorsprüngen heruntergezogen werden, daß die axialen Spannringdurchlässe gegenüber der äußeren Atmosphäre abgeschlossen sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die angrenzenden Gehäusehälften so schmalrandig am eingespannten Spannring (11) zur Anlage gebracht werden, daß dessen Axialdurchlässe gegenüber der äußeren Atmosphäre offen sind derart, daß durch diese eine zusätzliche Kühlluftströmung in das Generatorinnere eingesaugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die allgemeine Wellenform des Spann rings (11) so ausgebildet wird, daß größere Teillängen (19) des Spannrings durchlaufend an den angrenzenden Gehäuseringflächen anliegen derart, daß sich eine Kanal querschnittvergrößerung für den inneren Kühlluftstrom des Generators ergibt.

8. Elektrischer Generator, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, Busse u.dgl. mit einem in dessen Innerem angeordneten Ständerpaket (10), dadurch gekenn zeichnet, daß am Außenumfang des Ständerpakets (10) ein Spannring (11) mit vorgegebener radialer Dicke befestigt ist und die beiden das Generatorgehäuse bildenden Ge häusehälften (A-Lagerschild, B-Lagerschild - 13 a, 13 b; 13 a′, 13 b′; 13 a′′, 13 b′′) lediglich den Spannring (11) zwischen einander zugewandten Axialflächen aufnehmen.

9. Elektrischer Generator nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spannring (11) bei vorgegebener radia ler Höhe axiale Querkanäle für den Kühlluftstromdurchlaß aufweist.

10. Elektrischer Generator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring den Umfang des Ständer pakets (10), an dem er befestigt ist, nur in Abständen berührt.

11. Elektrischer Generator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring aus einem Blechband geringer Dicke von allgemeiner Wellenform besteht, die der Kreisform des Ständerpakets folgt.

12. Elektrischer Generator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring an den Stellen, wo seine Wellenform den Ständerpaketumfang berührt, nit diesem durch Schweißung (Widerstandsschweißung, Laser schweißung) verbunden ist.

13. Elektrischer Generator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring mit einem obe ren Teilbereich in einem Gehäuseeinpaß (15) eines der Gehäuseteile (13 a) sitzt, dessen äußerer Ringvorsprung den Spannring (11) abdeckt und in eine äußere Ringab schulterung des anderen Gehäuseteils (13 b) eingreift der art, daß die vom Spannring gebildeten axialen Kühlluft kanäle nach außen abgedeckt sind.

14. Elektrischer Generator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Spannring (11) anliegenden und diesen einspannenden Gehäuseteil-Ring flächen durch innere Ringvorsprünge (18) verdickt ausge bildet sind und die infolge der Wellenform des Spannrings jeweils nach innen bzw. außen offenen axialen Querluft kanäle so abdecken, daß die radial nach außen offenen Bypaßkanäle abgedeckt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitigen, den Spannring (11) einspannenden Gehäuseringflächen an diesem mit in der radialen Richtung so geringer Dicke anliegen, daß die nach außen offenen Bypaßkanäle beidseitig Überströmöff nungen in das Generatorgehäuseinnere aufweisen derart, daß sich zu dem durch die inneren axialen Hauptluftstrom öffnungen strömenden Hauptluftstrom ein zusätzlicher, an dieser Stelle in das Generatorinnere eintretender Kühl luftstrom hinzufügt.

16. Elektrischer Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß über vorgegebene Umfangs teilbereiche (Segmente) der innere Kanalquerschnitt für den Hauptkühlluftstrom vom Spannring (11) freigegeben ist.

17. Elektrischer Generator nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Freigabe und Erhöhung des inneren Kanalquerschnitts der Spannring in den vorgegebenen Um fangssegmentbereichen lediglich (unter Aufgabe der Wel lenform) in Anlage an die angrenzenden beidseitigen Ge häuseringflächen der Gehäuseteile verläuft.

18. Elektrischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spannring eine allgemeine im Querschnitt recht- oder viereckige Ringform aufweist und massiv oder als Hohlform ausgebildet ist.

19. Elektrischer Generator nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spannring über den inneren Umfang unter teilte Vorsprünge aufweist, mit denen er das Statorpaket berührt und gegebenenfalls an diesen befestigt ist, und die durch radiale in Umfangsrichtung laufende berührungs freie Abstandsbereiche unterbrochen sind.