DE4038663C2 - Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge - Google Patents
Wechselstrom-Lichtmaschine für FahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wechselstrom-Lichtmaschine für
Fahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie
aus der US 4,739,204 bekannt ist.
In Fig. 5 ist eine Fahrzeug-Wechselstrom-Lichtmaschine
üblicher Bauart dargestellt (vgl. hierzu auch DE 30 38 031 C2). Eine solche
Wechselstrom-Lichtmaschine besteht aus folgenden Teilen:
Einem Gehäuse, das aus einem ersten und einem zweiten
tassenförmigen Gehäuseteil 1 und 2 besteht; einem zwischen
dem ersten und zweiten Gehäuseteil 1 und 2 angeordneten
Stator 3, der seinerseits aus den Statorkernen 3a und den
auf diesen Statorkernen aufgewickelten Statorspulen 3b
besteht. In Lagern 4 und 5, die jeweils in den
Mittelabschnitten der Endwände des ersten und zweiten
Gehäuseteils 1 und 2 angebracht sind, ist eine Welle 6
drehbar gelagert. Auf der Welle 6 sind Magnetpole 7 und 8
so befestigt, daß sie innerhalb des Stators 3 liegen.
Zwischen den Magnetpolen 7 und 8 befinden sich
Erregerspulen 9. Jeweils an den Magnetpolen 7 und 8 sind
Gebläse 10a und 10b angeordnet, die auf diese Weise
zusammen mit der Welle 6 umlaufen. Auf dem hinteren
Endabschnitt der Welle 6 sind Schleifringe 11 befestigt.
Die Welle 6, die Magnetpole 7 und 8, die Erregerspule 9,
die Gebläse 10a und 10b und die Schleifringe 11 bilden
zusammen den Rotor 12 der Wechselstrom-Lichtmaschine.
In der Endwand des ersten Gehäuseteils 1 sind
Kühlluft-Ansaugöffnungen 1a und Kühlluft-Auslaßöffnungen 1b
ausgebildet und in ähnlicher Weise sind in der Endwand des
Gehäuseteils 2 Kühlluft-Ansaugöffnungen 2a und
Kühlluft-Auslaßöffnungen 2b ausgebildet. Der äußere
Endabschnitt des zweiten Gehäuseteiles umfaßt die folgenden
Teile: Einen Kollektor 13 mit Bürsten 13a, die in
gleitendem Kontakt mit den Schleifringen 11 gehalten
werden; einen Gleichrichter 14; einen Wärmeverteiler 14a
zum Abstrahlen der Wärme, die durch den Gleichrichter 14
erzeugt worden ist; einen Spannungsregler 16, welcher die
Lichtmaschinen-Spannung abtastet, um auf diese Weise einen
Erregerstrom zu steuern und dadurch die Klemmenspannung auf
einen vorbestimmten Wert zu bringen; und einen
Wärmeverteiler 16a zum Abstrahlen der Hitze, die durch den
Spannungsregler 16 erzeugt wird. Wenn der Erregerstrom über
die Bürsten 13a und die Schleifringe 11 an die Erregerspule
9 angelegt ist, und diese Erregerspule 9 und die Magnetpole
7 und 8 von dem nicht dargestellten Motor über eine
Riemenscheibe 15 angetrieben werden, dann wird in der
Statorspule 3b Wechselstrom induziert. Der so induzierte
Wechselstrom wird durch den Gleichrichter 14 in
Gleichstrom gerichtet. Das erste und das zweite Gehäuseteil
1 und 2 sind über die Umfangsabschnitte der Statorkerne 3a
mit Schrauben 20 aneinander befestigt.
Die übliche Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge ist so
aufgebaut, wie dies oben beschrieben ist. Wenn der
Erregerstrom an die Erregerspule 9 über die Bürsten 13a und
die Schleifringe 11 angelegt ist und der Rotor von dem
nicht dargestellten Motor über eine Riemenscheibe 15
gedreht wird, dann wird Wechselstrom in die Statorspule 3b
induziert. Der so induzierte Wechselstrom wird durch den
Gleichrichter 14 gleichgerichtet, dessen Ausgangsspannung
durch einen Spannungsregler 16 geregelt wird. Die Gebläse
10a und 10b drehen sich bei dieser Funktionsweise, so daß
Kühlluft in die Lichtmaschine durch die
Kühlluft-Saugöffnungen des ersten Gehäuseteiles 1
eingesaugt wird, wie dies durch die Pfeile a in Fig. 1
dargestellt ist; auf diese Weise werden das Lager 4, die
Magnetpole 7, die Erregerspule 9, die Statorkerne 3a und
die Statorspule gekühlt. Danach wird die Kühlluft durch die
Kühlluft-Auslaßöffnungen 1b ausgeblasen. Gleichzeitig wird
Kühlluft über die Kühlluft-Ansaugöffnungen 2a im zweiten
Gehäuseteil 2 in die Lichtmaschine eingesaugt, so daß auf
diese Weise das Lager 5, der Spannungsregler 16, der
Gleichrichter 14, die Magnetpole 8, die Erregerspule 9 und
die Statorspule 3b gekühlt werden. Danach wird die Kühlluft
durch die Kühlluft-Auslaßöffnungen 1b ausgeblasen.
Wie dies oben beschrieben worden ist, wird die Kühlluft bei
üblichen Wechselstrom-Lichtmaschinen für Fahrzeuge
veranlaßt, durch die Kühlluft-Ansaugöffnungen 1a und 1b in
den ersten und zweiten Gehäuseteilen 1 und 2 in die
Lichtmaschine hineinzuströmen und dann aus ihr über die
Kühlluftauslaßöffnungen 1b und 2b auszuströmen, um auf
diese Weise die Statorspule 3b usw. zu kühlen. Es besteht
jedoch ein großer Bedarf darin, die Stromleistung einer
Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge zu erhöhen. Bei
einer solchen Erhöhung der abgegebenen Leistung einer
Fahrzeug-Lichtmaschine entstehen jedoch die folgende
Schwierigkeiten: Zu diesem Zweck ist es notwendig, den
Erregerstrom zu erhöhen und demzufolge wird die Wärmemenge
erhöht, die durch den Spannungsregler erzeugt wird.
Zusätzlich bewirkt die Erhöhung der Ausgangsleistung eine
Erhöhung der Wärmemenge, die durch die Statorspule 3b und
den Gleichrichter 14 erzeugt wird.
Der Erfindung liegt, ausgehend von der US 4,739,204, die Aufgabe zugrunde, eine
Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge anzugeben, in der
der Gleichrichter und der Spannungsregler sehr wirksam
gekühlt werden können und in der die Statorspule, die
Erregerspule, die Lager usw. ebenfalls wirksam gekühlt
werden können und die darüber hinaus eine hohe
Ausgangsleistung hat.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des
Anspruchs 1.
Bei der Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge nach der
Erfindung ist ein Fließweg für die Kühlluft zwischen
dem zweiten Gehäuseteil und einer Schutzhaube ausgebildet. Bei der
Wechselstrom-Lichtmaschine kühlt die durch die Gebläse
eingesaugte Luft die Lager, die Magnetkerne, die
Statorkerne und die Statorspule, während die
Kühlflüssigkeit, die im Fließweg der Umlaufbahn
fließt, den Gleichrichter und den
Spannungsregler kühlt.
Bei der Wechselstrom-Lichtmaschine nach der Erfindung kühlt
die Kühlflüssigkeit, die im Fließweg der Umlaufbahn
auf einer Seite des Gehäuseteiles fließt,
den Gleichrichter und den Spannungsregler, während die
Gebläse Kühlluft von außen dazu veranlassen, in dem
Strömungspfad zu strömen, der durch das zweite Gehäuseteil und die
Schutzhaube gebildet wird, wodurch auf diese Weise die
Lager, die Magnetpole, die Erregerspule und die Statorkerne
sowie die Statorspule gekühlt werden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun
beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen
beschrieben.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer ersten Ausführungsform
einer Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge
nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer
Wechselstrom-Lichtmaschine, wobei deren
Schutzhaube abgenommen worden ist;
Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform
der Wechselstrom-Lichtmaschine nach der Erfindung;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform
der Wechselstrom-Lichtmaschine, wobei die
Schutzhaube entfernt ist;
Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine bekannte
Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge.
Es wird nun eine erste Ausführungsform einer
Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge anhand der Fig. 1
und 2 beschrieben. Die Lichtmaschine hat denselben
Grundaufbau wie die bekannte Lichtmaschine, die in Fig. 5
dargestellt ist; aus diesem Grunde werden in den Fig. 1 und
2 diejenigen Teile, die funktionsmäßig den bereits oben im
Zusammenhang mit der Fig. 5 beschriebenen entsprechen, mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet. An der Endfläche des
zweiten Gehäuseteiles 2 ist eine Umlaufbahn 17 für eine
Kühlflüssigkeit vorgesehen, die aus einem vorderen und
einem hinteren Bahnteil 17a, 17b besteht. Das vordere und
das hintere Bahnteil 17a, 17b bestehen aus einem Material,
das von demjenigen der Gehäuseteile 1 und 2 unterschiedlich
ist, z. B. aus einer Eisen- oder einer Aluminiumlegierung
und hat eine hohe thermische Leitfähigkeit. Im einzelnen
ist sowohl das vordere als auch das hintere Rahmenteil
durch einen Preßvorgang hergestellt und diese Teile sind
durch Ablagerung von Kationen auf elektrischem Wege, durch
einen Metallüberzug oder durch Beschichten mit Epoxypulver
oberflächenbehandelt. Die so ausgebildeten vorderen und
hinteren Bahnteile 17a, 17b werden mit Hilfe eines
Dichtungsgliedes, wie z. B. einer Dichtung in flüssiger
Form, einer Flachdichtung oder einem O-Ring
flüssigkeitsdicht verbunden und aneinander durch einen
Schweißvorgang oder durch ein Umbördeln befestigt, so daß
sie auf diese Weise eine Flüssigkeitsführung 17d bilden.
Die so gebildete Flüssigkeitsführung 17d ist mit einem
Zufuhrrohr 23 und einem Auslaßrohr 24 verbunden. Der
Wärmeverteiler 14a des Gleichrichters und der nicht
dargestellte Wärmeverteiler des Spannungsreglers 16 liegen
an der Umlaufbahn 17 für die Kühlflüssigkeit so an, daß
jeweils zwischen dem Wärmeverteiler und der
Kühlflüssigkeits-Umlaufbahn 17 eine Wärmeleitung erfolgen
kann. Mit dem Ende des zweiten Gehäuseteils 2 ist eine
Schutzhaube 18 so verbunden, daß eine Führung für die
Kühlluft zwischen der Haube 18 und dem zweiten Gehäuseteil
2 ausgebildet wird. Die so ausgebildete Kühlluftführung 26
hat einen nach außen gerichteten Sauglufteinlaß 18a.
In den Fig. 1 und 2 ist mit der Bezugsziffer 19 ferner eine
isolierende Verbindungsklemme bezeichnet, an der die
Leitungsdrähte der Statorspule 3b mit den
Verbindungsanschlüssen des Gleichrichters mit Hilfe von
Schrauben 21 fest verbunden sind; mit der Bezugsziffer 22
ist eine Schutzkappe bezeichnet, die zusammen mit den
Schutzzylindern 13b der Schleifringe 11 und dem Kollektor
13 eine Labyrinthdichtung bildet; mit 25 ist eine
Ausgangsklemme bezeichnet.
Wenn der Rotor 12 durch den nicht dargestellten
(Fahrzeug-)Motor angetrieben wird, dann laufen die Gebläse
10a und 10b auf beiden Enden des Rotors um, um Luft in die
Lichtmaschine einzusaugen. Im einzelnen wird dann, wenn das
Gebläse 10a auf der Seite des ersten Gehäuseteiles 1
umläuft, Kühlluft über die Kühlluft-Ansauglöcher 1a in die
Lichtmaschine eingesaugt, wie dies durch die Pfeile c
angedeutet ist, um auf diese Weise das Lager 4, die
Magnetpole 7, die Erregerspule 9, die Stator-Kerne 3a und
die Statorspule 3b zu kühlen; die Luft wird dann über die
Kühlluft-Auslaßöffnung 1b ausgeblasen. In ähnlicher Weise
wird Kühlluft durch das Gebläse 10b auf der Seite des
zweiten Gehäuseteiles 2 in die Lichtmaschine über den
Lufteinlaß 18a angesaugt, wie dies durch die
Pfeile d angedeutet ist, um auf diese Weise das Lager 5,
die Magnetpole 8, die Erregerspule 9, die Statorkerne 3a
und die Statorspule 3b zu kühlen und diese Luft wird dann
durch die Ausgangslöcher 2a und die Kühlluft-Auslaßöffnungen 2b ausgeblasen.
Andererseits wird eine Kühlflüssigkeit mit niedriger
Temperatur aus dem Kühlflüssigkeitsumlauf des Motors
teilweise über einen Gummischlauch oder ähnliches in das
Zufuhrrohr 23 eingeführt. Die so zugeführte Kühlflüssigkeit
kann so fließen, wie es durch die Pfeile e angedeutet ist,
so daß der Spannungsregler 16 sehr wirksam über seinen
nicht dargestellten Wärmeverteiler gekühlt werden kann und
der Gleichrichter 14 über seinen Wärmeverteiler 14a. Ein
Teil der Umlaufbahn für die Kühlflüssigkeit wird nahe des
Lagers 5 in Anlage an dem zweiten Gehäuseteil 2 gehalten,
so daß auch das Lager 5 über das zweite Gehäuseteil 2
gekühlt wird.
Anders als bei der bekannten Lichtmaschine, bei der die
Kühlluft längs der wärmeerzeugenden Teile, insbesondere
längs des Gleichrichters 14 und des Spannungsreglers 16
fließt, um sie direkt zu kühlen, fließt bei der
Wechselstrom-Lichtmaschine nach der Erfindung die Kühlluft
außerhalb der Schutzhaube 18 und längs der Oberfläche des
hinteren Bahnteils 17b der Umlaufbahn 17 für die
Kühlflüssigkeit und aus diesem Grunde ist der
Fließwiderstand für die Luft gering; das bedeutet, daß die
Durchflußmenge der Kühlluft groß ist. Auf diese Weise
können die Statorspule 3b, die Erregerspule 9, die Lager 4
und 5 usw. ausreichend gekühlt werden.
In der oben beschriebenen Wechselstrom-Lichtmaschine für
Fahrzeuge nach der Erfindung fließt die Kühlluft ohne
direkte Berührung des Gleichrichters 14 und des
Spannungsreglers 16. Dies beugt dem Entstehen von
Schwierigkeiten insofern vor, als Staub oder
Salzwasser-Dampf, die mit der Kühlluft gemischt sind, auf
den Anschlußklemmen des Gleichrichters 14 oder des
Spannungsreglers 16 abgelagert und diese zerstören könnten,
so daß auf diese Weise die Eigenschaften der Stromerzeugung
vermindert werden könnten. Die Schutzhaube 18 wirkt
zusätzlich so, daß der Gleichrichter 14, der
Spannungsregler 16 und die Schleifringe 11 abgedichtet
werden. Auf diese Weise ist die Wechselstrom-Lichtmaschine
für Fahrzeuge nach der Erfindung sehr beständig gegen
Schmutzwasser, Staub, Salzwasser usw.
Anhand der Fig. 3 und 4 wird nun eine zweite
Ausführungsform der Wechselstrom-Lichtmaschine für
Fahrzeuge nach der Erfindung beschrieben.
Diese zweite Ausführungsform der Wechselstrom-Lichtmaschine
ist grundsätzlich ebenso ausgebildet wie die erste, in den
Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform. Aus diesem
Grunde sind diejenigen Teile in den Fig. 3 und 4, die
funktionell denen entsprechen, die im Zusammenhang mit den
Fig. 1 und 2 beschrieben worden sind, mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet.
Bei der Wechselstrom-Lichtmaschine, wie sie in den Fig. 3
und 4 dargestellt ist, hat die Schutzhaube 118 einen
Saugluft-Einlaß 118a, der an einer Stelle des Motorraumes
liegt, an dem eine relativ niedrige Umgebungstemperatur
herrscht, so daß die in das Gehäuse eingesaugte Kühlluft,
die durch den Pfeil d angedeutet wird, eine niedrige
Temperatur hat. Die Kühlluft-Auslaßöffnungen 2b sind ferner
vom Kühlluft-Einlaß 118a entfernt, so daß die Schwierigkeit
vermieden wird, daß die aus den Kühlluft-Auslaßöffnungen
ausgeblasene, warme Kühlluft teilweise wiederum in die
Kühlluft-Einlaßöffnungen 2a hineingelangt.
Sowohl bei der ersten, als auch bei der zweiten
Ausführungsform der Wechselstrom-Lichtmaschine für
Fahrzeuge, wie sie oben beschrieben worden sind, ist auf
der Oberfläche wenigstens des hinteren Bahnteils 17b der
Umlaufbahn 17 für die Kühlflüssigkeit durch Ablagerung von
Kationen oder durch Beschichtung mit Epoxy-Pulver ein
Isolierungsschicht aufgebracht. Selbst dann, wenn
Salzwasser enthaltende Ablagerungen auf den Elektroden des
Gleichrichters 14 und des Spannungsreglers 16 entstehen,
kann auf diese Weise keine elektrolytische Erosion an
diesen Elektroden entstehen.
Darüber hinaus hat bei den oben beschriebenen
Ausführungsformen der vordere Bahnteil 17a der Umlaufbahn
17 für die Kühlflüssigkeit keine wärmeabstrahlenden Rippen;
die Erfindung ist jedoch darauf oder dadurch nicht
begrenzt. Das bedeutet, daß der vordere Bahnteil 17a solche
wärmeabstrahlenden Rippen zur Verbesserung der Kühlwirkung
haben kann.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind darüber
hinaus das vordere und das hintere Bahnteil 17a und 17b der
Umlaufbahn 17 für die Kühlflüssigkeit flüssigkeitsdicht mit
Hilfe eines Dichtgliedes 17c verbunden; es versteht sich
jedoch, daß diese beiden Bahnteile 17a, 17b auch in anderer
Weise zu einer flüssigkeitsdichten Einheit verbunden werden
können, z. B. durch Schweißen.
Wie dies oben beschrieben ist, wird die durch die Gebläse
eingesaugte Kühlluft bei einer Ausführungsform der
Fahrzeug-Lichtmaschine nach der Erfindung dazu benutzt, um
die Lager, die Magnetpole, die Erregerspule, die
Statorkerne und die Statorspule zu kühlen, während die
durch die Umlaufbahn für die Kühlflüssigkeit fließende
Kühlflüssigkeit dazu benutzt wird, den Gleichrichter und
den Spannungsregler zu kühlen. Auf diese Weise wird die
Wechselstrom-Lichtmaschine sehr wirksam gekühlt und daher
können sowohl die Ausgangsleistung als auch der
Erregerstrom erhöht werden.
Bei dem anderen Beispiel der Wechselstrom-Lichtmaschine
nach der Erfindung wird die durch die Umlaufbahn für die
Kühlflüssigkeit umlaufende Kühlflüssigkeit dazu benutzt, um
den Gleichrichter und den Spannungsregler zu kühlen,
während die Kühlluft, die in die Lichtmaschine über die in
der Schutzhaube vorgesehene Einlaßöffnung eingesaugt wird
und die dann innerhalb des Gehäuses dazu veranlaßt wird,
auf einem Strömungsweg zu strömen, der zwischen dem Gehäuseteil
und der Schutzkappe gebildet wird, dazu benutzt wird, die
Lager, die Magnetpole, die Erregerspule, die Statorkerne
und die Statorspule zu kühlen. Die Lichtmaschine wird
demzufolge sehr wirksam gekühlt und daher kann sowohl deren
Ausgangsleistung als auch der Erregerstrom erhöht werden.
Die Lichtmaschine hat darüber hinaus eine ausgezeichnete
Wirtschaftlichkeit.
Claims (6)
1. Wechselstrom-Lichtmaschine für Fahrzeuge, mit
- - einem aus Magnetpolen (7, 8) bestehenden Rotor, der fest auf einer Welle (6) befestigt ist und durch eine Erregerspule (9) erregt wird;
- - durch Stator-Spulen umwickelten Statorkernen (3a, 3b), welche die Magnetpole (7, 8) umgeben;
- - einem Gehäuse aus ersten und zweiten die Statorkerne (3a) abstützenden Gehäuseteilen (1, 2), in denen die Welle (6) mit Hilfe von Lagern (4, 5) gelagert ist;
- - einem auf der Seite des ersten Gehäuseteils (1) an den Magnetpolen (7) angeordneten ersten antriebsseitigen Gebläse (10a), das ermöglicht, daß Kühlluft in dem Raum zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil (1, 2) strömt;
- - einer Umlaufbahn (17) für Kühlflüssigkeit, die innen einen Fließweg hat, der von außen mit Kühlflüssigkeit beschickt wird, wobei die Umlaufbahn (17) eine Außenseite aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist und zwischen dem zweiten Gehäuseteil (2) und der Außenseite (17a) angeordnet ist;
- - einem Gleichrichter (14) und einem Spannungsregler (16), die an der Außenseite der Umlaufbahn (17) angeordnet und mit einer Schutzhaube (18) versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - auf der Außenseite als vorderes Bahnteil (17a) ein von dem zweiten Gehäuseteil (2) getrenntes und die Umlaufbahn (17) bildendes hinteres Bahnteil (17b) vorgesehen ist, das aus dem Material hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist;
- - ein zweites auf der Seite des zweiten Gehäuseteils (2) an den Magnetpolen (8) angeordnetes Gebläse (10b) vorgesehen ist;
- - zwischen dem Gehäuse und der Schutzhaube (18, 118) ein Lufteinlaß (18a, 118a) und in dem zweiten Gehäuseteil (2) Ausgangslöcher (2a) für die Kühlluft des zweiten Gebläses (10b) angeordnet sind; und
- - daß der Lufteinlaß derart vorgesehen ist, daß die Kühlluft zwischen dem hinteren Bahnteil (17b) und dem zweiten Gehäuseteil (2) strömt.
2. Wechselstrom-Lichtmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das vordere Bahnteil (17a) und das hintere Bahnteil
(17b) mit Hilfe eines Dichtungsgliedes (17c)
flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind.
3. Wechselstrom-Lichtmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Dichtungsglied (17c) eine Dichtung in flüssiger
Form, eine Flachdichtung oder ein O-Ring ist.
4. Wechselstrom-Lichtmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das vordere Bahnteil (17a) und das hintere Bahnteil
(17b) durch einen Schweiß- oder einen Verstemmvorgang
miteinander verbunden sind.
5. Wechselstrom-Lichtmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das vordere und das hintere Bahnteil (17a, 17b)
entweder aus einer Eisen-Legierung oder aus einer
Aluminium-Legierung besteht.
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