WO2009095119A2 - Elektrische maschine, insbesondere drehstrommaschine mit schleifringläufer - Google Patents

Elektrische maschine, insbesondere drehstrommaschine mit schleifringläufer Download PDF

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WO2009095119A2
WO2009095119A2 PCT/EP2008/065901 EP2008065901W WO2009095119A2 WO 2009095119 A2 WO2009095119 A2 WO 2009095119A2 EP 2008065901 W EP2008065901 W EP 2008065901W WO 2009095119 A2 WO2009095119 A2 WO 2009095119A2
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WO
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slip ring
capsule
ring capsule
electrical machine
brush holder
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PCT/EP2008/065901
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Uwe Wieselow
Martin Paetzold
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/14—Means for supporting or protecting brushes or brush holders
    • H02K5/141—Means for supporting or protecting brushes or brush holders for cooperation with slip-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/28—Cooling of commutators, slip-rings or brushes e.g. by ventilating

Definitions

  • Electric machine in particular three-phase machine with slip ring rotor
  • the invention relates to an electrical machine, in particular a three-phase machine with a slip ring rotor whose slip rings are arranged at the rear end of the rotor shaft, according to the preamble of claim 1.
  • Brush abrasion and the resulting heat during operation of the machine is passed there through a labyrinth between brush holder and cap a metered air flow from the end of the rotor shaft ago axially through the slip ring capsule, which air then exits in the region of the rear engine bearing from the cap to them together with the sucked by a fan cooling air to the stator winding of
  • the slip ring capsule for the slip rings which has to be clipped onto the brush holder, is thereby made simpler, but the air flowing through it is first heated up disadvantageously in the labyrinth.
  • the aim of the present solution is to make the retrofittable encapsulation of the slip rings so that it does not hinder the main cooling air flow and that the very small cooling air flow can reach the slip ring capsule of the slip rings directly and without preheating.
  • the electric machine with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the design and installation of the slip ring capsule at the rear
  • the electric machine without the retrofittable slip ring capsule swirls the sucked in cooling air in the area of the air inlet window of the bearing plate more or less strongly, with the help of the slip ring capsule can also improve the cooling air flow and thus increase the amount of cooling air.
  • the cooling air flow on the outer wall of the slip ring capsule can be optimized in that the outer wall of the slip ring capsule is axially cylindrical in the region of the outer protective cap and widens concavely conically in its region facing the end plate.
  • Air duct at the air outlet of the slip ring capsule is proposed that the bearing plate on the outside of its bearing bore has an annular shoulder on which the slip ring capsule bears frontally and which is provided with a plurality of circumferentially distributed, associated with the interior of the slip ring caps breakthroughs. It is particularly favorable for the air duct when the openings of the shoulder are connected via an axial air gap to the rear bearing of the rotor shaft with the interior of the slip ring capsule. Furthermore, it is advantageous if the openings on the outer side of the shoulder extend at least partially radially outwards beyond the edge of the slip ring capsule. To improve the air outlet in the storage area, it is also advantageous if the conically enlarged end of the
  • Slip ring capsule to the shoulder of the bearing plate has an axial distance. To achieve such a sufficiently large axial distance, it is provided that the slip ring capsule is centered and mounted on its bearing plate end with a collar projecting axially on the inner circumference on the outside of the annular shoulder of the bearing plate.
  • the slip ring capsule reaches with the rear edge of its outer wall to just below the inlet window of the bearing plate.
  • the slip ring capsule has a front open axial recess for receiving the brush holder, - A -
  • the recess is provided at its rear end with a stop for the brush holder which is integrally formed on the circumference of the rear end of the slip ring capsule projecting collar.
  • FIG. 1 shows the rear part of the electric machine according to the invention to the central axis in longitudinal section without slip ring encapsulation
  • FIG. 3 shows the preassembled unit of brush holder and slip ring capsule from FIG. 2 in FIG.
  • FIG. 4 shows the electrical machine according to FIG. 1 with a retrofitted slip ring capsule in longitudinal section
  • Figure 5 shows an outbreak of the bearing plate in the storage area in raumsentaji
  • Figure 6 shows an enlarged view of the storage area of the machine in longitudinal section with the course of the air flow on the outside and inside of the slip ring capsule.
  • FIG. 1 shows in simplified form the rear part of an electric machine 10 in longitudinal section up to the central axis.
  • the machine 10 is designed as an AC
  • Synchronous generator formed with a claw-pole rotor and controlled electrical excitation of the rotor for use in motor vehicles. It has a multi-part metal housing, consisting of a respective end shield on both end faces, of which only the rear end plate 11 is shown.
  • the end shields are cup-shaped with frontal and effetsseitgen air inlet and outlet windows l lc and 1 Id.
  • a stand which consists of a Bleckp 13, which is made in a known manner from a plurality of laminations 12.
  • a three-phase stator winding 14 is used, which is housed in axially parallel to each other, radially inwardly open grooves of the Bleckpes 13.
  • a Claw-pole rotor 15 is arranged and rotatably mounted with its rotor shaft 16 in the bearing plates 11.
  • the claw-pole rotor 15 consists of two claw-pole halves 15a and 15b fastened on the rotor shaft 16, between which a pole core 17 is clamped, which carries an annular excitation winding 18.
  • Each of the two pot-shaped claw pole halves 15a and 15b is made of solid iron and has along the
  • a slip ring pair 20 is arranged to supply power to the field winding 18 that cooperates with two guided in a brush holder 21 carbon brushes.
  • the slip rings 20 are partially embedded in a cylindrical insulating body 22 which is placed on the shaft end 16 a of the machine 10, wherein the connecting conductors of the slip rings 20 are felt in an undetectable manner in the insulating body 22 under the rear ball bearing 23 of the machine, where they with the ends of the exciter winding 18 are contacted.
  • the ball bearing 23 is fixed via a bush 24 made of insulating material in a bearing bore 25 of the bearing plate 11.
  • the bearing plate 11 has on the outside of its bearing bore 25 has an annular shoulder 26 which, with several, on the
  • Circumferentially distributed openings 27 is provided.
  • the output from the stator winding 14 three-phase current is supplied via a rectifier unit 28 to the electrical system of the motor vehicle, the rectifier unit is arranged outside the rear end plate 11. Furthermore, there is a controller which influences the power supply of the field winding 18 such that the rectifier unit 28 of the
  • the controller 29 is summarized in accordance with Figure 3 with the brush holder 21 to form a unit 30 which is bolted to the back of the rear end plate 11.
  • Rectifier unit 28 and brush holder 21 and controller 29 are covered by a protective cap 31 made of insulating material, in turn is attached to the back of the rear end plate 11.
  • the protective cap 31 has distributed over its circumference a plurality of air inlet openings 32, by the fan 19 sucked cooling air for cooling the rectifier unit 28 and the brush holder 21 enters before it reaches the inlet windows l lc of the bearing plate 11.
  • Carbon brushes is not eligible for such uses of the machine 10 is a retrofittable, ventilated encapsulation of the slip rings 20 is required.
  • the encapsulation is designed so that it can be retrofitted without interference with the existing configuration of the rear end plate 11 and the brush holder 21 and the outer cap 31 in case of need on the machine in the simplest possible way. Furthermore, it must be ensured by a sufficient ventilation of the slip ring space that the brush abrasion is removed and the humidity forms a Rothmann skin called lubricating film on the tread of carbon brushes.
  • Figures 2 to 6 show such a retrofittable encapsulation of the slip rings
  • FIG. 2 shows a slip ring capsule 40, which is required for this purpose and made of plastic, in a three-dimensional representation. It has a front capsule opening 41 and an axial recess 42 for receiving the brush holder 21. It also has a smooth outer wall 43 which is axially cylindrical at its front, the protective cap 31 of the machine 10 facing region 43 a and in their the End shield 11 facing rear portion 43b concave conically expanded.
  • the slip ring capsule 40 also has at its bearing-side end an axially projecting collar 44, which is located in the region of the inner wall 45 of the slip ring cap 40. At the collar 44, an axial stop 46 is further formed for the brush holder 21.
  • FIG. 2 shows the slip ring capsule 40 from FIG. 2 in longitudinal section 40.
  • the brush holder 21 is provided at its lower end on both sides with one shoulder 21a, so that the slip ring capsule 40 with its axial recess 42 of is pushed back to its stop 46 on the brush holder 21.
  • the shoulders 21a of the brush holder 21 bear on the inner wall 45 of the slip ring capsule 40.
  • the assembly 30 with the slip ring capsule 40 can now be mounted on the electric machine 10 of Figure 1 by the brush holder 21 is screwed together with the controller 29 on the back of the rear end plate 11.
  • FIG. 4 shows the electric machine 10 from FIG. 1 with the now retrofitted ventilated slip ring encapsulation.
  • the slip ring capsule 40 is in the field of
  • FIG. 5 shows, in a three-dimensional representation, an outbreak of the bearing plate 11 in the region of its bearing point.
  • the slip ring cap 40 is at its rear, end plate side with its axially projecting collar 44 on the Outside of the
  • End portion 43 b of the slip ring cap 40 to the shoulder 26 of the bearing bore 25 on the bearing plate 11 has an axial distance which forms an annular gap 47.
  • FIG. 6 shows a detail from FIG. 4 with the encapsulation of the slip rings 20 on an enlarged scale.
  • Cooling air flow in the slip ring capsule 40 shown by arrows.
  • the broad arrows 48 form the main cooling air flow, which enters via the radially inner air inlet openings 32 of the cap 31 at the rear of the machine and flows without turbulence along the smooth outer wall 43 of the slip ring cap 40 to the inlet windows l lc of the bearing plate 11, where the cooling air then from the fan
  • a dosage of the aeration flow 49 in the interior of the slip ring capsule 40 can optionally be changed by changing the distance 50 of the slip ring capsule 40 to the protective cap 31 of the machine or the axial distance 47 of the rear edge 43c of the slip ring capsule 40 to the bearing plate 11.
  • the air pressure gradient along the outer wall 43 of the slip ring capsule 40 can also be influenced, for example by flattening the rear conical region 43b of the outer wall 43 of the slip ring capsule 40.
  • slip ring encapsulation is generally applicable to electric machines with a slip ring rotor and thus not limited to machines with claw snubber.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10) mit einem Schleifringläufer (15), dessen Schleifringe (20) mit den Kohlebürsten eines Bürstenhalters (21) zusammenwirken, der außen an einem hinteren Lagerschild (11) befestigt und von einer Schutzkappe (31) abgedeckt ist und wobei die Schleifringe (20) von einer am Bürstenhalter aufgesetzten, belüfteten Schleifringkapsel (40) eingefasst sind. Zur dosierten Belüftung und Befeuchtung der Schleifringe (20) ist die Schleifringkapsel (40) an der elektrischen Maschine (10) so zu befestigten, dass die vordere Kapselöffnung (41) zum Lufteintritt mit geringem Abstand (50) hinter der Schutzkappe (31) liegt und dass ihre Außenwandung (43) glatt ausgebildet ist, so dass zur Erzeugung eines Luftdruckgefälles in der Schleifringkapsel (40) die einströmende Kühlluft ohne Verwirbelung entlang der Außenwandung (43) zu den Lufteinlassfenstern (11c) des Lagerschildes (11) zu strömen vermag.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere Drehstrommaschine mit Schleifringläufer
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Drehstrommaschine mit einem Schleifringläufer, dessen Schleifringe am hinteren Ende der Läuferwelle angeordnet sind, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Eine derartige elektrische Maschine ist bereits aus der Druckschrift DE 199 50 126 Al bekannt. Dort werden die Schleifringe am hinteren Läuferwellenende von einer nachrüstbaren Schleifringkapsel umgeben, die bei ihrer Montage auf den Bürstenhalter der Maschine aufgeklipst wird und stirnseitig verschlossen ist. Zur Beseitigung des
Bürstenabriebes und der dort entstehenden Wärme im Betrieb der Maschine wird dort über ein Labyrinth zwischen Bürstenhalter und Schutzkappe ein dosierter Luftstrom vom Ende der Läuferwelle her axial durch die Schleifringkapsel hindurch geleitet, wobei diese Luft sodann im Bereich des hinteren Maschinenlagers aus der Schutzkappe austritt, um sie gemeinsam mit der von einem Lüfter angesaugten Kühlluft zur Statorwicklung der
Maschine zu befördern. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass der sehr kleine Kühlluftstrom in der Schleifringkapsel des Schleifringsystems bereits im Labyrinthsystem durch die Temperatur des Bürstenhalters erwärmt wird und daher relativ trocken ist. Dies führt bei hohen Belastungen der Maschine, wie sie als Drehstromgenerator in Kraftfahrzeugen häufig auftreten, zur Verringerung des Schmierfilmes zwischen den Schleifringen und ihren Kohlebürsten (Rothmannhaut). Damit steigt bei zunehmenden Temperaturen der Bürstenverschleiß. Nachteilig ist ferner, dass im Bereich des Bürstenhalters und der Schleifringkapsel die dort einströmende Kühlluft verwirbelt wird, bevor sie durch Lufteinlassfenster des hinteren Lagerschildes zum Lüfter gelangt, wodurch der Kühlluftdurchsatz der Maschine beeinträchtigt wird.
Diese Nachteile ergeben sich mehr oder weniger auch bei einer weiteren, aus der Druckschrift US 6,664,699 B2 bekannten Ausführungsform einer Schleifringkapselung, bei welcher das Zentrum einer Schutzkappe zusammen mit den Bürstenhalter ein Labyrinth für die Zuführung eines sehr kleinen Luftstromes zum Schleifringraum bildet.
Die auf den Bürstenhalter auf zu klipsende Schleifringkapsel für die Schleifringe ist dadurch zwar einfacher gestaltet, dennoch wird die dort durchströmende Luft zunächst im Labyrinth in nachteiliger Weise aufgewärmt.
Da in Abhängigkeit vom Einsatz und vom Einbauort der elektrischen Maschine gegebenenfalls auf eine Kapselung der Schleifringe verzichtet werden kann, ist es aus Kostengründen sinnvoll, wenn der hintere Lagebereich der Maschine mit dem Bürstenhalter, den Schleifringen und der Schutzkappe für eine Gleichrichter-Baueinheit, derart konfiguriert ist, dass im Bedarfsfall eine Schleifringkapsel für die Schleifringe nachrüstbar ist.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die nachrüstbare Kapselung der Schleifringe so zu gestalten, dass sie den Hauptkühlluftstrom nicht behindert und dass der sehr kleine Kühlluftstrom direkt und ohne Vorwärmung zur Schleifringkapsel der Schleifringe gelangen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Gestaltung und Anbringung der Schleifringkapsel am hinteren
Lagerschild der Maschine eine Verwirbelung der Kühlluft an den Lufteinlassfenstern des Lagerschildes vermieden wird, so dass sich dort ein Unterdruckgebiet ausbildet, durch das ohne Eingriff in die bestehende Konfiguration des hinteren Lagerschildes durch eine Saugwirkung vor der Lagerstelle das Schleifringsystem ausreichend belüftet und befeuchtet wird. Durch die vordere Kapselöffnung kann die Kühlluft nunmehr ohne Vorwärmung direkt zu den Schleifringen gelangen und so eine ausreichende Befeuchtung der Bürstenlauffläche gewährleisten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Schleifringkapsel durch ihre einfache Gestaltung kostengünstig herstellbar und montierbar ist. Da die elektrische Maschine ohne die nachrüstbare Schleifringkapsel die angesaugte Kühlluft im Bereich der Lufteinlassfenster des Lagerschildes mehr oder weniger stark verwirbelt, lässt sich mit Hilfe der Schleifringkapsel auch noch die Kühlluftführung verbessern und so die Kühlluftmenge vergrößern.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
So lässt sich die Kühlluftströmung an der Außenwand der Schleifringkapsel dadurch optimieren, dass die Außenwandung der Schleifringkapsel im Bereich der äußeren Schutzkappe axial zylindrisch ausgebildet ist und in ihrem dem Lagerschild zugewandten Bereich sich konkav konisch erweitert. Zur Ausbildung einer strömungsgünstigen
Luftführung am Luftaustritt der Schleifringkapsel wird vorgeschlagen, dass der Lagerschild an der Außenseite seiner Lagerbohrung eine ringförmige Schulter aufweist, an der die Schleifringkapsel stirnseitig anliegt und die mit mehreren über den Umfang verteilten, mit dem Innenraum der Schleifringkapsel verbundenen Durchbrüchen versehen ist. Dabei ist es für die Luftführung besonders günstig, wenn die Durchbrüche der Schulter über einen axialen Luftspalt zum hinteren Lager der Läuferwelle mit dem Innenraum der Schleifringkapsel verbunden sind. Des Weiteren ist vorteilhaft, wenn die Durchbrüche an der Außenseite der Schulter zumindest teilweise radial nach außen über den Rand der Schleifringkapsel hinaus reichen. Zur Verbesserung des Luftaustritts im Lagerbereich ist es ferner vorteilhaft, wenn der konisch erweitere Endbereich der
Schleifringkapsel zur Schulter des Lagerschildes einen axialen Abstand hat. Zur Erzielung eines solchen, ausreichend großen axialen Abstandes ist vorgesehen, dass die Schleifringkapsel an ihrem lagerschildseitigen Ende mit einem am Innenumfang axial vorstehenden Kragen auf der Außenseite der ringförmigen Schulter des Lagerschildes zentriert und aufgesetzt ist.
Für eine gute Kühlluftführung ist es ferner zweckmäßig, wenn die Schleifringkapsel mit dem hinteren Rand ihrer Außenwandung bis dicht unterhalb der Einlassfenster des Lagerschildes reicht. Für eine einfache und zuverlässige Montage hat die Schleifringkapsel eine vorn offene axiale Aussparung zur Aufnahme des Bürstenhalters, - A -
wobei die Aussparung an ihrem hinteren Ende mit einem Anschlag für den Bürstenhalter versehen ist der am Umfang des am hinteren Ende der Schleifringkapsel axial vorstehenden Kragen angeformt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 den hinteren Teil der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine bis zur Mittelachse im Längsschnitt ohne Schleifringkapselung,
Figur 2 eine nachrüstbare Schleifringkapsel für die Maschine nach Figur 1 in raumbildlicher Darstellung,
Figur 3 die vormontierte Einheit aus Bürstenhalter und Schleifringkapsel aus Figur 2 im
Ausbruch und raumbildlicher Darstellung; Figur 4 zeigt die elektrische Maschine nach Figur 1 mit nachgerüsteter Schleifringkapsel im Längsschnitt,
Figur 5 zeigt einen Ausbruch des Lagerschildes im Lagerbereich in raumbildlicher
Darstellung und
Figur 6 zeigt in vergrößerter Darstellung den Lagerbereich der Maschine im Längsschnitt mit dem Verlauf der Luftströmung an der Außen- und Innenseite der Schleifringkapsel.
Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt in vereinfachter Form den hinteren Teil einer elektrischen Maschine 10 im Längsschnitt bis zur Mittelachse. Die Maschine 10 ist als Wechselstrom-
Synchrongenerator mit einem Klauenpolläufer und geregelter elektrischer Erregung des Läufers zum Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgebildet. Sie hat ein mehrteiliges Metallgehäuse, bestehend aus je einem Lagerschild an beiden Stirnseiten, von denen lediglich das hintere Lagerschild 11 dargestellt ist. Die Lagerschilde sind topfförmig ausgebildet mit stirn- und umfangseitgen Lufteinlass- und auslassfenstern l lc und 1 Id.
Zwischen den beiden Lagerschilden 11 ist ein Ständer befestigt, der aus einem Bleckpaket 13 besteht, das in bekannter Weise aus einer Vielzahl von Blechlamellen 12 hergestellt ist. In dem Bleckpaket 13 ist eine dreiphasige Ständerwicklung 14 eingesetzt, welche in axial zueinander parallel verlaufende, radial nach innen offene Nuten des Bleckpaketes 13 untergebracht ist. Innerhalb des zylindrischen Bleckpaketes 13 ist ein Klauenpolläufer 15 angeordnet und mit seiner Läuferwelle 16 in den Lagerschilden 11 drehbar gelagert. Der Klauenpolläufer 15 besteht aus zwei auf der Läuferwelle 16 befestigten Klauenpolhälften 15a und 15b, zwischen denen ein Polkern 17 eingespannt ist, der eine ringförmige Erregerwicklung 18 trägt. Jede der beiden topfförmigen Klauenpolhälften 15a undl5b ist aus massivem Eisen hergestellt und weist entlang des
Umfangs eine Vielzahl von sich in Achsrichtung erstreckenden Klauen 15c auf, die in Umfangsrichtung mit gleichmäßiger Winkelteilung voneinander beabstandet ineinander greifen. Die Klauen 15c überdecken dabei wechselseitig die Erregerwicklung 18 und bilden am Läuferumfang abwechselnde Süd- und Nordpole aus. An den außen liegenden Stirnseiten der beiden Klauenpolhälften 15 a und 15b ist jeweils ein Lüfter 19 befestigt, der im Betrieb der Maschine die erforderliche Kühlluft über die Einlassfenster 11c des Lagerschildes 11 ansaugt. Der angesaugte Kühlluftstrom wird dabei vom Lüfter 19 radial nach außen zur Ständerwicklung 14 transportiert, deren stirnseitig am Bleckpaket 13 ausgebildeten ringförmigen Wickelköpfe unmittelbar im radialen Kühlluftstrom liegen. Die erwärmte Kühlluft tritt danach durch die Auslassfenster 1 Id des Lagerschildes 11 wieder aus. Am hinteren freien Wellenende 16a ist zur Stromversorgung der Erregerwicklung 18 ein Schleifringpaar 20 angeordnet, dass mit zwei in einem Bürstenhalter 21 geführten Kohlebürsten zusammen wirkt. Die Schleifringe 20 sind teilweise in einen zylindrischen Isolierkörper 22 eingebettet, der auf das Wellenende 16a der Maschine 10 aufgesetzt ist, wobei die Anschlussleiter der Schleifringe 20 in nicht erkennbarer Weise im Isolierkörper 22 eingebettet unter dem hinteren Kugellager 23 der Maschine hindurchgefühlt werden, wo sie mit den Enden de Erregerwicklung 18 kontaktiert sind. Das Kugellager 23 ist dabei über eine Buchse 24 aus Isolierstoff in einer Lagerbohrung 25 des Lagerschildes 11 fixiert. Das Lagerschild 11 weist an der Außenseite seiner Lagerbohrung 25 eine Ringschulter 26 auf, die mit mehreren, über den
Umfang verteilten Durchbrüchen 27 versehen ist. Der von der Ständerwicklung 14 abgegebene Drehstrom wird über eine Gleichrichtereinheit 28 dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführt, wobei die Gleichrichtereinheit außen am hinteren Lagerschild 11 angeordnet ist. Ferner befindet sich dort ein Regler, der die Stromversorgung der Erregerwicklung 18 derart beeinflusst, dass die von der Gleichrichtereinheit 28 dem
Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführte Spannung unabhängig von der Drehzahl und Last der Maschine konstant gehalten wird. Dabei ist der Regler 29 gemäß Figur 3 mit dem Bürstenhalter 21 zu einer Baueinheit 30 zusammen gefasst, die an der Rückseite des hinteren Lagerschildes 11 festgeschraubt ist. Gleichrichtereinheit 28 sowie Bürstenhalter 21 und Regler 29 sind von einer Schutzkappe 31 aus Isolierstoff abgedeckt, die ihrerseits auf der Rückseite des hinteren Lagerschildes 11 befestigt ist. Die Schutzkappe 31 hat über ihren Umfang verteilt eine Vielzahl von Lufteintrittsöffnungen 32, durch die vom Lüfter 19 angesaugte Kühlluft zur Kühlung der Gleichrichtereinheit 28 und des Bürstenhalters 21 eintritt, bevor sie zu den Einlassfenstern l lc des Lagerschildes 11 gelangt.
Im normalen Einsatz der elektrischen Maschine 10 wird diese als Drehstromgenerator im Motorraum von Kraftfahrzeugen so angeordnet, dass sie ohne besonderen Schutz der Schleifringe 20 und der damit zusammen wirkenden Kohlebürsten betrieben wird. Solche offenen Systeme benötigen daher keine besondere Belüftung beziehungsweise
Befeuchtung der Kohlebürsten. Bei Einbauorten mit starker Belastung durch Schmutz, Wasser und Öl besteht jedoch für offene Schleifringsysteme die Gefahr von Einschleifungen mit starkem Abrieb sowie die Gefahr klemmender Bürsten. Da eine vollständige Kapselung der Schleifringe 20 wegen zu starker Erwärmung und damit unzureichender Luftfeuchte mit der Folge einer unzureichenden Schmierung der
Kohlebürsten nicht in Betracht kommt, ist für derartige Einsätze der Maschine 10 eine nachrüstbare, belüftete Kapselung der Schleifringe 20 erforderlich. Die Kapselung ist dabei so auszubilden, dass sie ohne Eingriff in die bestehende Konfiguration des hinteren Lagerschildes 11 und des Bürstenhalters 21 sowie der äußeren Schutzkappe 31 im Bedarfsfalle an der Maschine auf möglichst einfache Weise nachrüstbar ist. Ferner ist durch eine ausreichende Belüftung des Schleifringraumes zu gewährleisten, dass der Bürstenabrieb entfernt sowie durch die Luftfeuchtigkeit ein als Rothmannhaut bezeichneter Schmierfilm an der Lauffläche der Kohlebürsten gebildet wird.
Die Figuren 2 bis 6 zeigen eine solche nachrüstbare Kapselung der Schleifringe sowie die
Funktion ihrer dosierten Belüftung. Dabei zeigt Figur 2 eine dafür benötigte, aus Kunststoff hergestellte Schleifringkapsel 40 in raumbildlicher Darstellung. Sie hat eine vordere Kapselöffnung 41 sowie eine axiale Aussparung 42 zur Aufnahme des Bürstenhalters 21. Sie hat ferner eine glatte Außenwand 43, die an ihrem vorderen, der Schutzkappe 31 der Maschine 10 zugewandten Bereich 43 a axial zylindrisch ausgebildet ist und die sich in ihrem dem Lagerschild 11 zugewandten hinteren Bereich 43b konkav konisch erweitert. Die Schleifringkapsel 40 hat ferner an ihrem lagerschildseitigen Ende einen axial vorstehenden Kragen 44, der sich im Bereich der Innenwandung 45 der Schleifringkapsel 40 befindet. Am Kragen 44 ist ferner ein axialer Anschlag 46 für den Bürstenhalter 21 ausgebildet. Zur Nachrüstung der elektrischen Maschine 10 aus Figur 1 mit einer Kapselung der Schleifringe 20 wird zunächst die Schleifringkapsel 40 aus Figur 2 am Bürstenhalter 21 vormontiert. Figur 3 zeigt die Baueinheit 30 aus dem Bürstenhalter 21 und dem Regler 29 mit der im Längsschnitt dargestellten Schleifringkapsel 40. Dabei ist der Bürstenhalter 21 an seinem unteren Ende beidseitig mit je einer Schulter 21a versehen, so dass die Schleifringkapsel 40 mit ihrer axialen Aussparung 42 von hinten bis zu ihrem Anschlag 46 auf den Bürstenhalter 21 aufgeschoben wird. Dabei liegen die Schultern 21a des Bürstenhalters 21 an der Innenwandung 45 der Schleifringkapsel 40 an. Die Baueinheit 30 mit der Schleifringkapsel 40 kann nun an der elektrischen Maschine 10 aus Figur 1 montiert werden, indem der Bürstenhalter 21 zusammen mit dem Regler 29 an der Rückseite des hinteren Lagerschildes 11 angeschraubt wird.
Figur 4 zeigt die elektrische Maschine 10 aus Figur 1 mit der nunmehr nachgerüsteten belüfteten Schleifringkapselung. Die Schleifringkapsel 40 ist dabei im Bereich der
Lagerbohrung 25 des hinteren Lagerschildes 11 befestigt und dort nunmehr die Schleifringe 20 umgibt. Ihre vordere, am Ende der Läuferwelle 16a befindliche Kapselöffnung 41 liegt dort mit geringem Abstand 50 von zum Beispiel 2 mm hinter der Schutzkappe 31 der Maschine.
Figur 5 zeigt in raumbildlicher Darstellung einen Ausbruch des Lagerschildes 11 im Bereich ihrer Lagerstelle. Dort erkennt man die Einlassfenster 1 Ic für die Kühlluft sowie die Ringschulter 26 an der Außenseite der Lagerbohrung 25 mit den über den Umfang verteilten Durchbrüchen 27. Gemäß Figur 4 ist die Schleifringkapsel 40 an ihren hinteren, lagerschildseitigen Ende mit ihrem axial vorstehenden Kragen 44 auf der Außenseite der
Ringschulter 26 des Lagerschildes 11 zentriert aufgesetzt. Die Durchbrüche 27 sind dabei über die Lagerbohrung 25 mit dem Innenraum der Schleifringkapsel 40 verbunden, indem die Ringschulter 26 an der Außenseite der Lagerbohrung 25 zum hinteren Kugellager 23 der Läuferwelle 16 einen axialen Luftspalt 46 freilässt. Zur Erzielung einer dosierten Belüftung des Schleifringraumes ist ferner vorgesehen, dass der konisch erweiterte
Endbereich 43b der Schleifringkapsel 40 zur Schulter 26 der Lagerbohrung 25 am Lagerschild 11 einen axialen Abstand hat, der einen Ringspalt 47 bildet.
In Figur 6 ist ein Ausschnitt aus Figur 4 mit der Kapselung der Schleifringe 20 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dort ist der bei laufender Maschine auftretende Kühlluftstrom im Bereich der Schleifringkapsel 40 durch Pfeile dargestellt. Die breiten Pfeile 48 bilden den Hauptkühlluftstrom, der über die radial innen liegenden Lufteintrittsöffnungen 32 der Schutzkappe 31 an der Rückseite der Maschine eintritt und der ohne Verwirbelung entlang der glatten Außenwandung 43 der Schleifringkapsel 40 zu den Einlassfenstern l lc des Lagerschildes 11 strömt, wo die Kühlluft sodann vom Lüfter
19 erfasst und radial nach außen gedrückt wird. Dabei wird außen an der Schleifringkapsel 40 im Bereich des Ringspaltes 47 zum Lagerschild 11 ein Luftdruckgefälle im Innenraum der Schleifringkapsel 40 erzeugt, durch das ein kleiner dosierten Luftstrom unmittelbar hinter der Schutzkappe 31 vom Hauptluftstrom 48 abzweigt. Dieser durch schmale Pfeile 49 gekennzeichnete Belüftungsstrom gelangt durch den geringen Abstand 50 der Schleifringkapsel 40 zur Schutzkappe 31 in die vordere Kapselöffnung 41. Über die Schleifringe 20 hinweg gelangt dieser Belüftungsstrom 49 am hinteren Ende der Schleifringkapsel 40 bis zum Kugellager 23. Er gelangt von dort durch den Luftspalt 47 des Kugellagers 23 zur Ringschulter 26 der Lagerbohrung 25 und durch die Durchbrüche 27 in den Ringspalt 47 zwischen der
Ringschulter 26 und der Schleifringkapsel 40. Da die Schleifringkapsel 40 mit dem hinteren Rand 43c ihrer Außenwandung 43 bis dicht unterhalb der Einlassfenster l lc des Lagerschildes 11 reicht, wird dort der Belüftungsstrom 49 der Schleifringkapsel 40 vom Hauptluftstrom 48 ohne Verwirbelung mitgenommen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, da die Dimensionierung der Schleifringkapsel 40 sowohl von der Baugröße der Maschine als auch von deren Einsatzbedingungen abhängig ist. Eine Dosierung des Belüftungsstromes 49 im Innenraum der Schleifringkapsel 40 lässt sich gegebenenfalls dadurch verändern, dass der Abstand 50 der Schleifringkapsel 40 zur Schutzkappe 31 der Maschine beziehungsweise der axiale Abstand 47 des hinteren Randes 43c der Schleifringkapsel 40 zum Lagerschild 11 verändert wird. Des Weiteren kann zur Dosierung des Belüftungsstromes 49 in der Schleifringkapsel 40 auch das Luftdruckgefälle entlang der Außenwandung 43 der Schleifringkapsel 40 beeinflusst werden, indem beispielsweise der hintere konische Bereich 43b der Außenwandung 43 der Schleifringkapsel 40 abgeflacht wird. Sollten durch Fertigungstoleranzen an der Schleifringkapsel 40 Leckströme auftreten, welche die Belüftung und Befeuchtung der Schleifringe und Kohlebürsten beeinträchtigen könnten, können diese durch eine Dichtung zwischen Bürstenhalter 21 und Schleifringkapsel 40 beziehungsweise zwischen dem axialen Kragen 44 der Schleifringkapsel 40 und der Ringschulter 26 an der Lagerbohrung 25 des Lagerschildes 11 zuverlässig unterbunden werden. Die erfindungsgemäße Schleifringkapselung ist generell für elektrische Maschinen mit einem Schleifringläufer anwendbar und somit nicht auf Maschinen mit Klauenpolläufer beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine, insbesondere Drehstrommaschine (10), mit Schleifringläufer (15), dessen Schleifringe (20) am hinteren Ende der Läuferwelle (16) angeordnet sind und mit in einem Bürstenhalter (21) geführten Kohlebürsten zusammenwirken, wobei der Bürstenhalter vorzugsweise mit einem Regler (29) und einer Gleichrichtereinheit (28) auf der Außenseite eines hinteren Lagerschildes (11) befestigt ist, und von einer Schutzkappe (31) abgedeckt ist, welche über ihren Umfang verteilt eine Vielzahl von Lufteintrittsöffhungen (32) aufweist, durch die Kühlluft von einem hinter dem mit Einlassfenstern (Hc) versehenen Lagerschild auf der Läuferwelle befestigten Lüfter (19) angesaugt wird und wobei die Schleifringe (20) von einer am Bürstenhalter aufgesetzten
Schleifringkapsel (40) eingefasst sind und von einem Teil der eingesaugten Kühlluft belüftet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringkapsel (40) an der elektrischen Maschine (10) so befestigt ist, dass eine vordere, am Ende der Läuferwelle (16) befindliche Kapselöffnung (41) zum Lufteintritt mit geringem Abstand (50) hinter der Schutzkappe (31) liegt und dass ihre Außenwandung (43) glatt ausgebildet ist, so dass zur Erzeugung eines Luftdruckgefälles in der Schleifringkapsel (40) die einströmende Kühlluft ohne Verwirbelung entlang der Außenwandung (43) zu den Einlassfenstern (1 Ic) des Lagerschildes (11) zu strömen vermag.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Außenwandung (43) der Schleifringkapsel (40) in ihrem der Schutzkappe (31) zugewandten Bereich (43a) axial zylindrisch ausgebildet ist, der sich in ihrem dem Lagerschild (11) zugewandten Bereich (43b) konisch, vorzugsweise konkav konisch erweitert.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerschild (11) an der Außenseite seiner Lagerbohrung (25) eine Ringschulter (26) aufweist, an der die Schleifringkapsel (40) stirnseitig anliegt und die mit mehreren, über den Umfang verteilten, mit dem Innenraum der Schleifringkapsel (40) verbundenen Durchbrüchen (27) versehen ist.
4. Elektrische Maschine nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbräche (27) der Ringschulter (26) über einen axialen Luftspalt (46) zum hinteren Lager (23) der Läuferwelle (16) mit dem Innenraum der Schleifringkapsel (40) verbunden sind.
5. Elektrische Maschine nach Ansprach 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der konisch erweiterte Endbereich (43b) der Schleifringkapsel (40) zur Ringschulter (26) der Lagerschildes (11) einen axialen Abstand hat, der einen Ringspalt (47) bildet.
6. Elektrische Maschine nach einem der Anspräche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringkapsel (40) an ihrem lagerschildseitigen Ende mit einem, am Innenumfang axial vorstehenden Kragen (44) auf der Ringschulter (26) des Lagerschildes (11) zentriert aufgesetzt ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringkapsel (40) mit dem hinteren Rand (43c) ihrer Außenwandung (43) bis dicht unterhalb der Einlassfenster (1 Ic) des Lagerschildes (11) reicht.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringkapsel (40) eine vorn offene axiale Aussparung (42) zur Aufnahme des Bürstenhalters (21) aufweist, wobei die Aussparung (42) an ihrem hinteren Ende mit einem Anschlag (44a) für den Bürstenhalter (21) versehen ist.
9. Elektrische Maschine nach Ansprach 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (44a) am Umfang des am hinteren Ende der Schleifringkapsel (40) axial vorstehenden Kragen (44) ausgebildet ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der Anspräche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbräche (27) an der Außenseite der Ringschulter (26) zumindest teilweise radial nach außen über den Rand (43c) der Schleifringkapsel (40) hinaus reichen.
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