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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen
Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge,
dessen Ständer
nach der Gattung des Anspruchs 1 ausgebildet ist.
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Bei
elektrischen Maschinen dieser Art ist es zum Beispiel aus der Druckschrift
US 2001/0051 04 A1 bekannt, den geblechten Eisenkern des Ständers aus
einem vorgefertigten, gestreckten Flachpaket nach dem Fügen der
ebenfalls vorgefertigten, gestreckten Wicklung in die Nuten des
Eisenkerns zu einem Zylinderring mit radial nach innen gerichteten Zähnen umzuformen.
Danach wird ein rohrförmiger Jochring über den
Zylinderring geschoben, der die Stoßflächen an den Enden des Eisenkernes
zusammenzuhält.
Dies hat den Nachteil, dass der Jochring zusätzlich hergestellt und der
Eisenkern unmittelbar nach dem Biegen in seine endgültige Zylinderringform
darin eingesetzt werden muss. Dieser hohe Stoffeinsatz durch den
Jochring des Ständers
erhöht außerdem in
beachtlichem Umfang die Baugröße und das
Gewicht der elektrischen Maschine, zumal dieses Material auch magnetisch
nicht ausgelastet wird.
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Aus
der Druckschrift WO 01/54 254 A1 ist es ferner bekannt, das vorgefertigte
Flachpaket des Ständers
nach dem Fügen
der vorgefertigten Wicklung zu einem Zylinderring mit radial nach
innen gerichteten Zähnen
umzuformen und die Enden des Eisenkernes ohne zusätzlichen
Jochring zusammenzuhalten. Gemäß 19B und ihrer Beschreibung in der Druckschrift
werden dort die beiden Enden des Eisenkerns an ihren Stoßflächen miteinander
verschweißt.
Bei derartigen Verbindungen wird jedoch eine große Wärmemenge in das Blechpaket
des Ständers
eingebracht. Dadurch besteht die Gefahr, dass bei engen Abmessungen
und einer hohen magnetischen Auslastung des Eisenkernes eine magnetisch
nachteilige Gefügeänderung
im Werkstoff auftritt und außerdem
die Lackschicht der Wicklungsdrähte
in den Nuten des Eisenkerns durch zu große Erwärmung im Bereich der Schweißverbindung
beschädigt
werden kann.
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Mit
der vorliegenden Lösung
wird angestrebt, die Enden des Eisenkerns nach dem Biegen in seine
Zylinderringform auf möglichst
einfache Weise und ohne Wärmezufuhr
in den Eisenkern an den Stoßflächen zusammenzuhalten.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 ergibt sich der Vorteil,
dass durch die Wahl der Verbindungsmittel keine Gefügeänderung
im Material des Eisenkerns sowie eine Beschädigung des Isoliermaterials
stattfinden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Stoßflächen des
Eisenkerns ohne zusätzlichem
Jochring und damit ohne Aufweitung der Baugröße und ohne nennenswerten zusätzlichem
Gewicht sowie ohne Stoffschluss zusammengehalten werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
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So
werden in möglichst
einfacher Weise die Stoßflächen des
Eisenkerns durch eine vorzugsweise temperaturfeste Klebeverbindung
zusammengehalten. Alternativ dazu wird zur Erzielung einer den hohen
Beanspruchungen in Kraftfahrzeugen standhaltenden Verbindung der
Enden des Eisenkerns vorgeschlagen, die Stoßflächen durch mindestens eine
an den Endabschnitten des Eisenkerns angreifende Klammer zusammenzuhalten.
Diese kann in einfachster Weise mit ihren Enden in axial verlaufenden
Nuten am Rücken
des Eisenkerns eingesetzt sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, auf
jeder Stirnseite des Eisenkerns eine Klammer anzubringen, die mit
ihren Enden in jeweils eine Bohrung der Eisenkern-Endabschnitte eingesetzt
ist.
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Um
durch die Trennstelle den magnetischen Fluss im Eisenkern möglichst
wenig zu schwächen, ist
es zweckmäßig, dass
die Stoßflächen im
Bereich eines Zahnes liegen. Insbesondere für eine Klebeverbindung ergeben
sich zweckmäßige Ausgestaltungen
der Stoßflächen. So
ist es für
die Beanspruchung einer Klebeverbindung vorteilhaft, wenn die Stoßflächen oberhalb
eines Zahnes sehnenförmig von
außen
bis zur dem Zahn benachbarten Nut verlaufen und/oder wenn die Stoßflächen in
Radialrichtung S-förmig
ineinander greifen.
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Für eine besonders
günstige,
den Magnetfluss im Eisenkern möglichst
wenig beeinträchtigende
Trennstelle wird ferner vorgeschlagen, dass die Stoßflächen in
Achsrichtung stufenförmig
ineinander greifen. Eine besonders innige Verbindung zwischen den
Enden des Eisenkern lässt
sich dadurch erzielen, dass die Trennstelle aus miteinander verzapften Endbereichen
des Eisenkernes gebildet ist. Zweckmäßigerweise erfolgt dabei die
ineinander greifende Stufung oder Verzapfung der Endbereiche des
Eisenkerns über
einen Umfang von mindestens einer Nutteilung und höchstens
vier Nutteilungen beziehungsweise Zahnteilungen. Als Verbindungsmittel lassen
sich hierbei vorzugsweise Stifte, Nieten oder Schrauben verwenden,
die im Bereich der ineinander greifenden Stufung oder Verzapfung
die Endbereiche des Eisenkerns durch mindestens ein in Achsrichtung
eingesetztes derartiges Verbindungselement radial fixieren.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
elektrische Maschine im Längsschnitt,
dessen Ständer
einen erfindungsgemäß zusammengehaltenen
Eisenkern aufweist,
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2 die
obere Hälfte
des Ständers
der elektrischen Maschine aus 1 mit mehreren
Alternativlösungen
für den
Zusammenhalt der Eisenkernenden in der Vorderansicht,
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3 den
Ständer
zur Hälfte,
mit einer Klammer für
die Eisenkernenden am Rücken
als weiteres Ausführungsbeispiel
in Vorderansicht,
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4 den
Ständer
zur Hälfte,
mit stirnseitiger Klammer für
die Eisenkernenden als weiteres Ausführungsbeispiel in Vorderansicht,
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5 einen
Ausschnitt des Ständers
aus 4 in der Draufsicht,
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6 den
Ständer
zur Hälfte
in Vorderansicht, mit zwei alternativen Verbindungen der Eisenkernenden,
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7 den
Ständer
aus 6 mit gestuften Enden in der Draufsicht gestreckt
dargestellt und
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8 den
Ständer
aus 6 mit als Zapfen ausgebildeten Enden in der Draufsicht
gestreckt dargestellt.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Längsschnitt
einer als Drehstromgenerator in Kraftfahrzeugen eingesetzten elektrischen
Maschine dargestellt und mit 10 bezeichnet. Sie besteht
aus einem Ständer 11,
der zwischen zwei Lagerschilden 12 und 13 eingespannt
ist und der mit einem Klauenpolläufer 14 zusammenwirkt.
In den beiden Lagerschilden 12 und 13 ist jeweils
ein Kugellager 15, 16 eingesetzt, um die Enden einer
Läuferwelle 17 zu
lagern. Der mittlere Bereich der Läuferwelle 17 trägt einen
Polkern 18 mit einer Erregerwicklung 19. Zu beiden
Stirnseiten des Polkernes 18 befindet sich je ein scheibenförmiger Klauenpol 20,
dessen Klauenpolfinger 21 am Außenumfang der Klauenpole 20 axial
abgewinkelt sind und oberhalb der Erregerwicklung 19 von
beiden Stirnseiten her abwechselnd ineinander greifen. Die Erregerwicklung 19 wird über eine
Schleifringanordnung 22 mittels eines Erregerstromes versorgt,
der über
Kohlebürsten 23 eines
Bürstenhalters 24 am
hinteren Ende der Läuferwelle 17 angeordnet
ist. An der größeren Stirnseite
des hinteren Lagerschildes 13 ist ferner ein Regler 25 für den Erregerstrom
sowie eine Gleitrichteranordnung 26 befestigt, welche die
in einer Drehstromwicklung 27 des Ständers 11 erzeugte EMK
für die
Versorgung einer Akkumulatorbatterie im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
gleichrichtet. Die Drehstromwicklung 27 ist dabei in radial
nach innen offene Nuten eines Eisenkernes 28 eingesetzt,
der aus einzelnen Blechlamellen besteht. Gleichrichteranordnung 26,
Regler 25 und Bürstenhalter 24 sind von
einer Schutzkappe 29 mit Lüftungsschlitzen 30 abgedeckt,
durch die Kühlluft
für den Regler 25 und die
Gleichrichteranordnung 26 in die Schutzkappe 29 eintritt.
An beiden Stirnseiten der Klauenpole 20 sind innerhalb
der Lagerschilde 12, 13 Lüfter 31 befestigt, welche
die Kühlluft
durch Öffnungen
der Lagerschilde 12, 13 axial einsaugen und durch
die Wickelköpfe der
Drehstromwicklung 27 radial nach außen abführen.
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Zur
Herstellung des Ständers 11 wird
der Eisenkern 28 zunächst
als gestrecktes Flachpaket vorgefertigt, wobei auf der Oberfläche achsparallel
verlaufende Nuten angeordnet sind, in welche die Spulen der Drehstromwicklung 27 als
ebenfalls vorgefertigte Flachwicklung eingefügt wird. Danach wird der Eisenkern 28 in
seine endgültige
Zylinderringform umgeformt, wobei die von den jeweils benachbarten Nuten
gebildeten Polzähne
radial nach innen gerichtet sind. Dabei müssen die Enden des Eisenkernes 28 als
Trennstelle miteinander gegenüberliegenden Stoßflächen zusammengehalten
werden.
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In 2 sind
mehrere Abschnitte des Ständers 11 mit
verschiedenen Ausführungsformen
der Trennstelle 32 des Eisenkernes 28 in der Vorderansicht
dargestellt. Der Eisenkern 28 ist mit nach innen gerichteten
Polzähnen 33 zylinderringförmig gebogen,
wobei sich die Spulen 27a der Drehstromwicklung 27 in
den Nuten 34 des Eisenkerns 28 befinden. Die Enden 28a und 28b des
Eisenkerns 28 bilden an der Trennstelle 32 einander
gegenüberliegende Stoßflächen 32a,
die durch eine hochtemperaturfeste Klebeverbindung 39 zusammengehalten
sind. Im Abschnitt a des Eisenkerns 28 liegt die Trennstelle 32 im Bereich
einer Nut 34 und verläuft
gerade radial bis zum Rücken
des Eisenkerns 28. Im Abschnitt b des Eisenkerns 28 verläuft dagegen
die Trennstelle 32 durch einen Polzahn 33, so
dass die Stoßflächen 32a im
Bereich des Polzahnes 33 radial bis zum Rücken des
Eisenkerns 28 verlaufen. Im Bereich c des Eisenkerns 28 ist
die Trennstelle 32 schräg
angeordnet, so dass die Stoßflächen 32a oberhalb
eines Polzahnes 33 sehnenförmig in Richtung zur benachbarten
Nut 34 verlaufen. Im Abschnitt d des Eisenkerns 28 greifen
die Enden 28a und 28b des Eisenkerns 28 mit den
Stoßflächen 32a ihrer
Trennstelle 32 in Radialrichtung S-förmig ineinander. Als Verbindungsmittel für die vorerwähnten Ausführungsformen
der Trennstelle 32 kommen bevorzugt hochtemperaturfeste Kleber
zum Einsatz, da der Ständer 11 im
Betrieb relativ hohen Temperaturen bis zu ca. 250° C ausgesetzt
sein kann.
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3 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel die
Vorderansicht der oberen Hälfte
des Eisenkernes 28 mit einer radial durch einen Polzahn 33 verlaufenden
Trennstelle 32, dessen Stoßflächen 32a durch eine
an die Endabschnitte 28a, 28b des Eisenkerns 28 angreifende
Klammer 35 aus Stahl zusammengehalten sind. Die Enden 35a der
Klammer 35 haben axial verlaufende, radial nach innen vorstehende
Rippen 36, welche in axial verlaufende Nuten 37 am
Rücken 28c des
Eisenkerns 28 eingesetzt sind. Die Nuten 37 werden
dabei durch benachbarte Längsrippen 38 begrenzt,
die am Rücken 28c des
Eisenkerns 28 im Bereich der Polzähne 33 radial nach
außen
herausgebildet sind und durch die ein definiertes Biegen des Eisenkernes 28 nur
im Bereich der Nuten 34 zu einem Zylinderring gewährleistet
wird.
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Die 4 und 5 zeigen
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
das Zusammenhalten der Stoßflächen 32a an
der Trennstelle 32 des Eisenkerns 28 durch je
eine Klammer 40 aus Stahl auf jeder Stirnseite 28d des
Eisenkerns 28. Die beiden Klammern 40 sind dabei
mit ihren rechtwinklig abgebogenen Enden 40a in jeweils
eine axiale Bohrung 41 der Eisenkernendabschnitte 28a, 28b eingesetzt.
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6 zeigt
als weitere Ausführungsbeispiele zwei
Abschnitte e und f des Ständers 11 in
der Vorderansicht, bei denen sich die Enden 28a und 28b des
Eisenkerns 28 an der Trennstelle 32 überlappen. Im
Bereich e des Ständers 11 ist
in Verbindung mit 7 erkennbar, dass die Stoßflächen 32a eine
in Achsrichtung stufenförmig
ineinander greifende Trennstelle 32 bilden. 7 zeigt
dabei den Eisenkern 28 in gestreckter Form vor dem Aufrollen
zu einem Zylinderring. Die Stoßflächen 32a liegen
dabei gemäß 6 jeweils
im Bereich eines Polzahnes 33, wobei hier die Überlappung über vier
Zahnteilungen Zt geht. Die Endbereiche 28a und 28b des
Eisenkerns 28 sind dabei durch zwei in Abstand voneinander
in Achsrichtung eingesetzte Nieten 42 zusammengehalten.
Die Nieten 42 sind dabei im Rücken des Eisenkernes 28 im
Bereich zweier Polzähne 33 in
entsprechenden Bohrungen eingesetzt. Diese Position ist beim Biegen
des Eisenkernes 28 günstig. Für den magnetischen
Fluss wäre
es dagegen besser, die Nieten 42 im Bereich der Längsrippen 38 am Rücken des
Eisenkernes 28 anzuordnen. Im Abschnitt f des Ständers 11 ist
in Verbindung mit 8 erkennbar, dass die Trennstelle 32 aus
miteinander verzapften Endbereichen 28a, 28b des
Eisenkernes 28 gebildet ist, wobei die Zapfen 43 des
jeweils einen Endes 28a nach dem Biegen des Eisenkernes 28 zu einem
Zylinderring jeweils in die von benachbarten Zapfen 43 gebildeten
Schlitze 44 des anderen Endes 28b eingreifen. 8 zeigt
dabei die Enden 28a und 28b des Eisenkerns 28 in
seiner gestreckten Form vor dem Rundbiegen. Die Verzapfung der Endbereiche 28a, 28b des
Eisenkerns 28 erfolgt hier über einen relativ kleinen Umfangsbereich
von einer Nutteilung Nt. Ferner sind diese Endbereiche 28a, 28b durch
zwei in Abstand voneinander darin axial eingepresste Stifte 45 zusammengehalten.
Beide Stifte 45 sind dabei im Bereich eines Polzahnes 33 in
entsprechende Bohrungen des Eisenkerns eingepresst. Bei der Überlappung
der Eisenkernenden 28a, 28b im Bereich der Trennstelle 32 gemäß
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6 bis 8 lassen
sich außerdem
in vorteilhafter Weise Toleranzen der abgewickelten Eisenkernlänge ausgleichen,
so dass der gewünschte Innendurchmesser
des Ständers 11 mit
hoher Genauigkeit herstellbar ist.
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Anstelle
der Nieten 42 beziehungsweise der Stifte 45 gemäß 6 können die Überlappungen
im Bereich der Trennstelle 32 des Eisenkerns 28 auch durch
Schraubverbindungen zusammengehalten werden. Außerdem haben die mechanischen
Verbindungsmittel nach den 3 bis 6,
die nur im Bereich der Trennstelle 32 des Eisenkerns 28 angreifen, den
Vorteil, dass sie auch noch für
eine Winkellagencodierung zwischen dem Ständer 11 und den Lagerschilden 12 und 13 der
elektrischen Maschine verwendbar sind.