DE4425000A1 - Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, ins­ besondere von einem Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem Ständer, der in einem zweiteiligen Gehäuse einge­ spannt ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Aus dem DE-Gebrauchsmuster 91 07 542 ist ein Drehstromgenerator dieser Art bekannt, wobei das Blechpaket durch Schweißnähte am Außenumfang in sich verfestigt ist.

Aus der DE 41 21 734 A1 ist des weiteren ein Drehstromgene­ rator bekannt, bei dem lediglich einige mittlere Blechlamel­ len des Ständerpaketes im Bereich der Einspannschrauben am Außenumfang mit Ausformungen versehen sind, die zwischen den Gehäusehälften mit Auflage- und Zentrierflächen aufgenommen sind. Zur Verfestigung des Ständerblechpaketes ist es außer­ dem bekannt, anstelle von Schweißnähten am Außenumfang das Blechpaket an mehreren Stellen zusammenzunieten oder über nutförmige Stanzerhöhungen an den Einzellamellen gegenseitig zusammenzuknöpfen.

Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, daß das Stän­ derblechpaket insbesondere in den Bereichen der Einspannung zwischen den beiden Gehäusehälften der Maschine im Bereich der Spannschrauben nicht steif genug ausgebildet ist, so daß Schwingungsanregungen sich über diese Einspannbereiche auf das Gehäuse fortpflanzen können. Die auf diese Weise nach außen in Form von Schallwellen abgestrahlten, magnetisch verursachten Schwingungen bilden über einen mehr oder weni­ ger großen Drehzahlbereich der Maschine neben den Lager- und Ventilationsgeräuschen einen erheblichen zusätzlich Geräuschpegel.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, den Geräuschpe­ gel der Maschine durch eine feste Einspannung des Ständers zwischen den Gehäusehälften der Maschine weitgehend herabzu­ setzen und dabei gleichzeitig den Sitz des Ständerblechpake­ tes zwischen den beiden Gehäusehälften im Bereich der Spann­ schrauben zu verbessern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß das Ständerblechpaket im Bereich der Auflage- und Zentrier­ flächen der beiden Gehäusehälften durch die jeweils zwei vorzugsweise als Schweißnähte ausgebildeten Längsverbindun­ gen der Blechlamellen einen steifen Lamellenverbund bilden, der jeweils durch eine symmetrisch dazu angeordnete Spann­ schraube zwischen den Gehäusehälften definiert und starr eingespannt ist. Daraus ergibt sich als weiterer Vorteil, daß das Ständerblechpaket jeweils an den Auflage- und Zentrierflächen durch die Spannschrauben der beiden Gehäuse­ hälften nicht mehr elastisch zusammengepreßt werden kann, sondern verspannungsarm zwischen den beiden Gehäusehälften aufgenommen ist. Außerdem ist durch diese Verfestigung des Ständerblechpaketes mittels paarweiser Schweißnähte eine paßgenaue Ständereinspannung und spielfreie, radiale Zen­ trierung möglich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Besonders vor­ teilhaft ist dabei, daß die Auflage- und Zentrierflächen an den beiden Gehäuseteilen als Kreisringabschnitte ausgebildet und jeweils symmetrisch zu den Spannschrauben angeordnet sind. Für die radiale Fixierung des Ständers ergibt sich dabei eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, in dem an min­ destens einer der beiden Gehäusehälften symmetrisch zu den Spannschrauben die Kreisringabschnitte der jeweiligen Gehäu­ sehälfte mit einem Preßsitz am Außenumfang des Ständerblech­ paketes anliegen, in dem die Gehäusehälfte in ihren Kreis­ ringabschnitten mit den Zentrierflächen ein höheres Wider­ standsmoment gegen Radialkräfte aufweist, als die dazwi­ schenliegenden Umfangsbereiche der Gehäusehälfte

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Generator für Kraftfahrzeuge mit einem zwischen zwei Gehäu­ sehälften erfindungsgemäß eingespannten Ständer als erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 einen Ausschnitt von einer der Einspannstellen des Ständers sowie Fig. 3 einen Aus­ schnitt aus dem Ständerblechpaket mit einem Paar von Schweißnähten im Querschnitt. Fig. 4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Einspannstelle im Längsschnitt und Fig. 5 in Vorderansicht nach IV-IV aus Fig. 4. Fig. 6 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel eine Draufsicht auf die Auflage- und Zentrierstellen einer Gehäusehälfte und Fig. 7 zeigt davon einen Längsschnitt mit einer Verstei­ fungsrippe gemäß V-V aus Fig. 6 sowie Fig. 8 einen Längs­ schnitt gemäß VI-VI aus Fig. 6 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Drehstromgenera­ tor für Kraftfahrzeuge besteht im wesentlichen aus einem Ständer 10 in Form eines geschichteten Blechpaketes 11, das eine dreiphasige Ständerwicklung 12 trägt und daß zwischen Gehäusehälften 13 und 14 mittels Spannschrauben 15 festge­ spannt ist. Die Gehäusehälften 13, 14 bilden stirnseitig Lagerschilde, in denen auf der Antriebsseite ein relativ großes Antriebslager 16 und auf der Bürstenseite ein schwä­ cheres Schleifringlager 17 eingesetzt ist. Im Ständer 10 ist ein Klauenpolläufer 18 angeordnet, der aus zwei Klauenpol­ scheiben 19 und 20 und einem dazwischen eingeklemmten Fluß­ leitstück 21 besteht, auf den eine Erregerwicklung 22 aufge­ setzt ist. Der Klauenpolläufer 18 ist auf eine Läuferwelle 23 aufgepreßt, die in den beiden Lagern 16 und 17 aufgenom­ men ist, und am antriebsseitigen Ende einen Gewindeansatz 24 zur Befestigung einer Antriebsscheibe aufweist. Auf der Läu­ ferwelle 23 ist beidseitig des Klauenpolläufers 18 jeweils eine Lüfterscheibe 25 und 26 zur Abführung von Verlustwärme des Drehstromgenerators befestigt. Am bürstenseitigen Ende der Läuferwelle 23 ist eine Schleifringanordnung zur Versor­ gung der Erregerwicklung 22 befestigt, die über Kohlebürsten eines Bürstenhalters 27 mit einem Regler 28 sowie mit einer nicht dargestellten Gleichrichter-Baueinheit verbunden ist, durch die der erzeugte Drehstrom in Gleichstrom zur Versor­ gung des Bordnetzes und einer Akkumulatorbatterie des Kraft­ fahrzeugs umgewandelt wird. Der Regler 28 sowie die Gleich­ richter-Baueinheit wird schließlich noch von einer topfför­ migen Abdeckkappe 29 eingefaßt, die ebenfalls an der bür­ stenseitigen Gehäusehälfte 14 befestigt ist und die elektri­ schen Anschlüsse 30 des Generators aufnimmt.

Fig. 2 zeigt in einem Ausschnitt eine Einspannstelle des Ständerblechpaketes 11 zwischen den beiden Gehäusehälften 13 und 14, wobei die eingespannten Einzellamellen 11a des Blechpaketes im Bereich der Auflageflächen 31 der Gehäuse­ hälften 13, 14 jeweils beidseitig symmetrisch zu der Spann­ schraube 15 mit einer Schweißnaht 32 starr miteinander ver­ bunden sind. Durch den axialen Vorsprung 33 der Gehäusehälf­ ten 13 und 14 im Bereich der Spannschrauben 15 wird er­ reicht, daß die Auflageflächen 31 ebenso wie die in Fig. 1 erkennbaren, daran radial angrenzenden Zentrierflächen 34 jeweils als Kreisringabschnitte symmetrisch zu den Spann­ schrauben 15 angeordnet sind. Aus Fig. 3 ist in einem Aus­ schnitt des Blechpaketes 11 in Verbindung mit Fig. 2 er­ kennbar, daß die Schweißnähte 32 jeweils paarweise in Um­ fangsrichtung beidseitig zu den Spannschrauben 15 um eine Zahnteilung z. B. 10° versetzt sind und zueinander parallel verlaufen. Außerdem ist erkennbar, daß die Schweißnähte 32 in Nuten 35 verlegt sind, die am Außendurchmesser des Blech­ paketes 11 jeweils oberhalb einer Zahnmitte der innengezahn­ ten Einzellamellen angeordnet sind. Ebenso wie die Spann­ schrauben 15 verlaufen auch die Schweißnähte 32 senkrecht zu den Stirnseiten 11b des Blechpaketes 11. Da zwischen den beiden Schweißnähten 32 gemäß Fig. 3 drei Statorzähne 36 der dreiphasigen Ständerwicklung 12 angeordnet sind, ergibt sich, daß die Winkeleinteilung der Schweißnähte 32 mit z. B. 20° nicht harmonisch zur Polteilung T des Generators ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in einem weiteren Ausführungsbei­ spiel einen Ausschnitt eines Drehstromgenerators mit einer Einspannstelle des Ständers, wobei gegenüber dem ersten Aus­ führungsbeispiel für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen ver­ wendet wurden. Lediglich die beiden Gehäusehälften 13 und 14 sind dort etwas anders gestaltet. Dabei ist wesentlich, daß dort eine radiale Fixierung des Ständers 10 an den beiden Gehäusehälften 13, 14 jeweils durch einen Preßsitz erfolgt, in dem die symmetrisch zu den Spannschrauben 15 über einen Kreisringabschnitt 37 an den Gehäusehälften 13 und 14 in an­ gebrachten Zentrierflächen 34 mit etwas geringerem Durchmes­ ser auf den Außenumfang der äußeren Blechlamellen 11 des Blechpaketes 11 aufgepreßt werden. Zu diesem Zweck sind die beiden Gehäusehälften 13, 14 in den Kreisabschnitten 27 der Zentrierflächen 34 durch die radiale Verdickung 38 im Be­ reich der Spannschrauben 15 mit einem höheren Widerstandsmo­ ment gegen Radialkräfte ausgebildet als die dazwischenlie­ genden Umfangsbereiche 39 der Gehäusehälften 13 und 14. Damit einerseits die zwischen den Einspannstellen liegenden Umfangsbereiche 39 der Gehäusehälften 13 und 14 beim Auf­ pressen der Zentrierflächen 34 auf das Blechpaket 11 ela­ stisch in Radialrichtung nachgeben können und andererseits durch Luftströmung Wärmeverluste aus dem Blechpaket 11 abge­ führt werden können, ist die das Blechpaket 11 einfassende Wandung der Gehäusehälften 13 und 14 in den Umfangsbereichen 39 zwischen den Zentrierflächen 34 mit einem Luftspalt 40 zum Außenumfang des Blechpakets 11 versehen. Durch die Ver­ dickung 38 an den Einspannstellen des Blechpaketes 11 ist das radiale Widerstandsmoment der Gehäusehälften 13 und 14 an den Zentrierflächen 34 mindestens doppelt so groß wie das der dazwischenliegenden Umfangsbereiche 39.

In den Fig. 6 bis 8 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Hälfte des antriebsseitigen Lagerschildes eines Dreh­ stromgenerators, d. h. der obere Teil der Gehäusehälfte 13 dargestellt. In Fig. 6 ist eine Draufsicht der Gehäuse­ hälfte 13 mit Blick von der Statorseite dargestellt gemäß VI-VI aus Fig. 7. In Fig. 7 ist ein Querschnitt durch die Gehäusehälfte 13 gemäß Linie VII-VII aus Fig. 6 und in Fig. 8 ein entsprechender Querschnitt durch die Linie VIII-VIII aus Fig. 6 dargestellt. Auch hier ist an den Einspann­ stellen jeweils über einen Kreisringabschnitt 37 eine Aufla­ ge- und Zentrierfläche 31, 34 symmetrisch zu den Spann­ schrauben 15 ausgebildet. Die Kreisringabschnitte 37 mit den Zentrierflächen 34 sind dort ebenso wie im Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 und 2 zur radialen Versteifung über annä­ hernd radial ausgerichtete Stege 41 mit der Lagernabe 42 des Gehäuseteiles 13 verbunden. Die Stege 41 sind dort jeweils paarweise und symmetrisch beidseitig der Spannschrauben 15 angeordnet. Zwischen den Kreisringabschnitten 37 mit den Auflage- und Zentrierflächen 31, 34 ist das Gehäuseteil stirnseitig mit segmentförmigen Lüftungsöffnungen 43, 44 versehen, wobei die radial äußeren Lüftungsöffnungen 43 bis in die radial außenliegenden Umfangsbereiche 39 zur Verrin­ gerung des radialen Widerstandsmomentes dieser Bereiche hin­ einragen (siehe Fig. 8). Die Luftströmung kann dort durch die inneren Lüftungsöffnungen 44 eintreten, über einen am Rotor der Maschine angebrachten Radiallüfter 26 zum Wickel­ kopf des Ständers 10 geleitet werden und von dort über die äußeren Lüftungsöffnungen 43 sowie durch den Luftspalt 40 oberhalb des Blechpaketes 11 nach außen abgeführt werden.

Bei elektrischen Maschinen größerer Leistung, bei denen län­ gere Umfangsbereiche 39 zwischen den Einspannstellen liegen, kann es zweckmäßig sein, daß die Wandung der Gehäusehälften 13, 14 - wie in Fig. 6 dargestellt - in den zwischen den Kreisringabschnitten 37 mit den Auflage- und Zentrierflächen 31, 34 liegenden Umfangsbereichen 39 jeweils einen weiteren, nach innen gerichteten Radialvorsprung 45 aufweisen, welcher die stirnseitigen Lamellen des Blechpaketes 11 zusätzlich radial und, oder axial einspannt. Außerdem kann es bei der Formgebung der aus Aluminiumdruckguß hergestellten Gehäuse­ hälften 13, 14 der elektrischen Maschine vorteilhaft sein, im Bereich der Gewindebohrungen 46 bzw. Durchgangsbohrungen 47 für die Spannschrauben 15 - wie in Fig. 4 und 5 darge­ stellt - jeweils in den Kreisringabschnitt 37 eine Ausspa­ rung 48 einzuformen, so daß in jedem der Kreisringabschnitte 37 die Zentrierfläche 34 in zwei symmetrisch zur Spann­ schraube 15 mit Abstand voneinander angeordnete Zentrier­ teilflächen 34a aufgeteilt ist.

Für eine paßgenaue, verspannungsarme und gegen Schwingungs­ anregung möglichst steife Ständereinspannung ist die Erfin­ dung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele be­ schränkt. So kann es ggf. zweckmäßig sein, anstelle der axial verlaufenden paarweise angeordneten Schweißnähte 32 diese paarweise parallel verlaufend, jedoch axial ver­ schränkt anzuordnen, wobei zur weiteren Versteifung des Ständerblechpaketes 11 die paarweise parallelen Schweißnähte 32 zu den benachbarten paarweisen Schweißnähten jeweils ent­ gegengesetzt zu verschränken. Außerdem kann auch die Anzahl der axialen und radialen Fixierung des Ständers 10 in den Gehäusehälften 13 und 14 in unterschiedlichen Winkelberei­ chen am Ständerumfang z. B. mit acht Axialauflagen und vier Radialfixierstellen erfolgen. Durch die partiellen biege­ steifen Kreisringabschnitte 37 und die dazwischenliegenden biegeelastischen sowie zur Kühlluftführung ausgelegten Um­ fangsbereiche 39 ergeben sich gegenüber der bekannten 360°-Einspannung als Vorteile eine schwingungssteife, kompakte und eindeutige Ständerauflage für eine gezielte Spannkraftübertragung und gute Kontaktierung zur Wärmeüber­ tragung vom Ständer 10 auf die Gehäusehälften 13 und 14 bei gleichzeitiger Geräuschminderung. Die partielle Axialspan­ nung des Ständers zwischen den Gehäusehälften 13 und 14 er­ möglicht ferner eine spiel freie Passung ohne aufwendigen und wärmekritischen Schrumpfsitz. Unterschiedliche Temperatur­ dehnungen der Gehäusehälften, z. B. aus Aluminium und dem Ständer 10 z. B. aus Stahlblech, führen wegen der biegeela­ stischen Lagerschildbereiche zwischen den Ständereinspann­ stellen zu weniger Ständerverformung bei Temperaturänderung. Schließlich ist auch die Herstellung des Blechpaketes 11 und der Gehäusehälften 13 und 14 aufgrund eines besseren Tole­ ranzausgleichs bei der erfindungsgemäßen Ausführung kosten­ günstiger als bisherige Lösungen.

Anstelle von Schweißnähten können die Blechlamellen des Blechpaketes 11 auch auf andere Weise durch Längsverbindun­ gen partiell starr miteinander verbunden werden, z. B. über Nieten, Verknüpfen von Stanzerhöhungen an den Einzellamel­ len, Kleben und dergleichen.

Claims (14)

1. Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem zweiteiligen, miteinander durch Spannschrauben verschraubten Gehäuse zur Lagerung des Rotors und zum Einspannen des Ständers, dessen Blechpaket aus mit­ einander am Außenumfang durch starre Längsverbindungen, ins­ besondere durch Schweißnähte verbundenen Einzellamellen besteht und der an mindestens mehreren Einzellamellen seines äußeren Randbereiches von Auflage- und Zentrierflächen an mindestens einer der beiden Gehäusehälften aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Auflage- und Zentrierflächen (31, 34) der beiden Gehäusehälften (13, 14) eingespannten Einzellamellen (11a) des Ständerblechpaketes (11) durch jeweils mindestens zwei symmetrisch beidseitig zu den Spannschrauben (15) mit geringem Abstand angeordneten Längsverbindungen, vorzugsweise Schweißnähten (32) miteinan­ der verbunden sind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorzugsweise als Schweißnähte (32) ausge­ bildeten Längsverbindungen in Umfangsrichtung ungleiche Win­ kelteilung haben und beidseitig zu den Spannschrauben (15) um mindestens etwa eine Zahnteilung versetzt sind und zuein­ ander parallel verlaufen.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (32) in Nuten (35) ver­ legt sind, die am Außendurchmesser des Blechpaketes (11) je­ weils oberhalb einer Zahnmitte der innen gezahnten Einzella­ mellen (11a) angeordnet sind.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (32) axial senkrecht zu den Stirnseiten des Blechpaketes (11) verlau­ fen.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeleinteilung der Schweißnähte (32) nicht harmonisch zur Polteilung T der Maschine ist.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auflage- und Zentrierflächen (31, 34) als Kreisringabschnitte (37) der Gehäusehälften (13, 14) ausge­ bildet und jeweils symmetrisch zu den Spannschrauben (15) und der paarweisen Schweißnähte (32) angeordnet sind.

7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radiale Fixierung des Ständers (11) an (15) an den Kreisringabschnitten (37) angeordnet sind und mit einem Preßsitz am Außenumfang des Ständerblechpaketes (11) anliegen.

8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens eine Gehäusehälfte (13, 14) in den Kreisringabschnitten (37) der Zentrierflächen (34) ein höheres Widerstandsmoment gegen Radialkräfte aufweist als die dazwischenliegenden Umfangsbereiche (39) des Gehäusetei­ les (13, 14).

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das radiale Widerstandsmoment an den Zentrier­ flächen (34) mindestens doppelt so groß ist wie das der da­ zwischenliegenden Umfangsbereiche (39) der Gehäusehälfte (13, 14).

10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ständerblechpaket (11) umgebende Wandung der Gehäusehälften (13, 14) in den Um­ fangsbereichen (39) zwischen den Zentrierflächen (34) mit einem Luftspalt (40) zum Außenumfang des Blechpaketes (11) verläuft.

11. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Zentrierflächen (34) aufweisenden Kreisringabschnitte (37) zur radialen Versteifung das Gehäu­ seteil (13, 14) über radial ausgerichtete Stege (41) mit einer Lagernabe (42) verbunden sind.

12. Elektrische Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radial ausgerichteten Stege (41) jeweils paarweise und symmetrisch beidseitig der Spannschrauben (15) verlaufen.

13. Elektrische Maschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusehälfte (13, 14) in ihren zwi­ schen den Kreisringabschnitten (37) mit den Auflage- und Zentrierflächen (31, 34) liegenden Bereiche mit Luftdurch­ trittsöffnungen (43, 44) versehen ist.

14. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandung der Gehäusehälfte (13, 14) in den zwischen den Auflage- und Zentrierflächen (31, 34) liegenden Umfangsbereichen (39) jeweils einen weiteren, radial nach innen gerichteten Vorsprung (45) aufweist, der das Ständer­ blechpaket (11) zusätzlich radial und/oder axial einspannt.