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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators wie ein Drehstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere einen Generator wie einen Drehstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators wie eines Drehstromgenerators, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind elektrische Maschinen, insbesondere Drehstromgeneratoren wie Klauenpolgeneratoren, zur Gleichspannungsversorgung von Bordnetzen in Kraftfahrzeugen.
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Aus dem Stand der Technik sind Generatoren zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie im Kraftfahrzeug bekannt. Üblich ist der Einsatz von Generatoren, die mit einer elektrischen Erregung ausgestattet sind. Diese Generatoren erzeugen Wechselströme, der über einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt werden, um diesen Strom in Gleichspannungsbordnetzen von Kraftfahrzeugen zu nutzen. In Kraftfahrzeugen werden dabei zur Energieerzeugung vor allem Wechselstromgeneratoren in Form von Klauenpolgeneratoren verwendet. Der Läufer umfasst die Läuferwelle, auf welcher ein Polkern, zwei Klauenpole und eine Distanzscheibe angebracht sind. Bei einer Drehung der Läuferwelle bzw. des Läufers dreht sich dieser gegenüber einem Stator. Geführt ist der Läufer beidseitig mittels Lagerschildern in Wälzlagern. Fließt ein Gleichstrom durch eine Erregerwicklung in dem Läufer, entsteht ein Magnetfeld. Sobald sich der Läufer dreht, induziert das Magnetfeld in den Statorwicklungen eine Wechselspannung.
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Der Polkern, die zwei Klauenpole und die Distanzscheibe sind im Stand der Technik auf die Läuferwelle aufgepresst. Dazu müssen die Klauenpole und der Polkern in der Mitte durchbohrt werden. Um die notwendigen Aufpresskräfte gering zu halten und ein Verformen der Läuferwelle zu vermeiden, weist die Läuferwellen im Klemm- bzw. Aufpressbereich von Polkern und Klauenpole eine Rändelung oder einen abgesetzten Durchmesser, das heißt mehrere, unterschiedlich große Durchmesser, auf. Dadurch entstehen im Bereich der Läuferwelle und zwischen dem Polkern und den Klauenpolen Luftspalte, welche den magnetischen Fluss abschwächen und folglich die Leistung des Generators reduzieren.
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Aus der
WO 2010/023190 ist eine elektrische Maschine bekannt, insbesondere ein Wechselstromgenerator, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor eine Leiteranordnung zur Erregung eines elektromagnetischen Feldes trägt, mit einer Einrichtung zur Übertragung elektrischer Energie an die Leiteranordnung, wobei die Einrichtung zur Übertragung elektrischer Energie zumindest einen Gleitkontakt und zumindest einen rotorfesten Gegenkontakt umfasst, mit einer Einpasshülse, in der vorzugsweise ein Wälzlager zur Stützung einer Welle angeordnet ist, die den zumindest einen rotorfesten Gegenkontakt größtenteils umhüllt, wobei in der Einpasshülse ein Lüfter angeordnet ist.
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Aus den Druckschriften
JP 2009 095153 A ,
US 2011/0291505 A1 und
US 7,105,608 B2 sind weitere Schutzkappen bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches haben dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei einem Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators wie einem Drehstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, wobei in einem Schleifringraum eine Schleifringeinrichtung angeordnet wird und eine für den Schleifringraum gegen eine ungewollte Verschmutzung zumindest teilweise undurchlässige und für eine Kühlluft durchlässige Schutzeinrichtung vorgesehen wird, wobei Stromtrennmittel zur Trennung von Verschmutzungsströmen und Kühlluftströmen vorgesehen werden, vorgesehen ist, dass axial anströmende Ströme radial in die Schutzeinrichtung umgelenkt werden und ein Kühlluftstrom axial in eine Anströmrichtung weiter in die Schutzeinrichtung umgelenkt wird und ein Verschmutzungsstrom weiter radial aus der Schutzeinrichtung geleitet wird. Auf diese Weise ist eine einfach aufgebaute und wirkungsvolle Schutzeinheit realisiert. Der die Schutzeinrichtung axial anströmende Strom wird einmal radial umgelenkt und in einen Schleifringraum geleitet. Die radiale Richtung entspricht in einer Einbaulage der elektrischen Maschine bevorzugt der Richtung des Schwerefelds der Erde, also einer vertikalen Richtung. Der Strom wird somit vertikal in den Schleifringraum eingeleitet. Das Einleiten erfolgt durch radiale Durchgangsöffnungen. Durch das radiale Einleiten durch die Durchgangsöffnungen erfolgt eine Vorfiltrierung des Stroms. In dem Schleifringraum wird eine Stromtrennung durchgeführt. Dies erfolgt an einer axial ausgerichteten Labyrinthdichtung, die innerhalb des Schleifringraums angeordnet wird. Der Verschmutzungsstrom wird in radiale Richtung an der Labyrinthdichtung vorbeigeführt und durch eine radiale Durchgangsöffnung aus dem Schleifringraum herausbewegt. Der Kühlluftstrom wird durch die Labyrinthdichtung weiter in den in Anströmungsrichtung hinter der Labyrinthdichtung liegenden Schleifringraum geleitet, in welchem sich auch die Schleifringe sowie Kohlebürsten befinden. Insofern bildet der Schleifringraum in Anströmungsrichtung vor der Labyrinthdichtung eine Art Vorhof zu dem eigentlichen Schleifringraum. Durch die Strömungstrennung innerhalb des Vorhofs wird dieser gut durchspült durch die Ströme, sodass hier keine Verstopfung oder dergleichen erfolgt.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
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In einer Ausführungsform ist der Generator als Klauenpolgenerator ausgebildet. In anderen Ausführungsformen ist der Generator allgemein als beliebiger Drehstromgenerator ausgeführt. Der Läufer der elektrischen Maschine umfasst in einer Ausführung zwei Klauenpole, einen Polkern und die Läuferwelle. Die beiden Klauenpole sind in einer Ausführung als Klauenpol und Gegenklauenpol, kurz Gegenpol genannt, ausgebildet. Der Polkern wird von den beiden Klauenpolen umgeben. In einer Ausführung weisen der Klauenpol und der Gegenpol eine Vielzahl von Klauenpolfingern, beispielsweise sechs, sieben, acht oder neun Klauenpolfinger, auf. Die Anzahl der Klauenpolfinger ist vorzugsweise an dem Klauenpol und an dem Gegenpol gleich ausgebildet. Bevorzugt ist an dem Polkern eine Erregerwicklung angeordnet, welche auch von den Klauenpolen, genauer gesagt von den Klauenpolfingern des Klauenpoles und des Gegenpols, umschlossen wird. Die Klauenpole und der Polkern sind auf der drehbaren Läuferwelle angeordnet. Die Läuferwelle ist bevorzugt stangenförmig, beispielsweise als Rundstange mit einem runden Querschnitt, ausgebildet.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine Stromtrennung innerhalb der Schutzeinrichtung mittels einer Labyrinthdichtung durchgeführt wird. Genauer wird die Stromtrennung innerhalb des Schleifringraums durchgeführt und hier bevorzugt in dem Vorhof. Die Labyrinthrichtung wird in einer Ausführungsform axial versetzt zu der radialen Durchgangsöffnung angeordnet, insbesondere in Anströmrichtung näher zu den Bürsten.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches hat dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei einer elektrischen Maschine, insbesondere bei einem Generator wie einem Drehstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, mit einer in einem Schleifringraum angeordneten Schleifringeinrichtung, wobei der Schleifringraum gegen eine ungewollte Verschmutzung zumindest teilweise undurchlässige und für eine Kühlluft durchlässige Schutzeinrichtung geschützt ist, wobei die Schutzeinrichtung Stromtrennmittel zur Trennung von Verschmutzungsströmen und Kühlluftströmen aufweist, vorgesehen ist, dass Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 vorgesehen sind. Die Mittel bewirken eine Strömungsablenkung von einer axial anströmenden Strömung in eine radial in den Vorhof einströmende Strömung. In dem Vorhof erfolgt die Strömungstrennung mittels einer Labyrinthdichtung. Dabei wird Luft oder Kühlluft durch die Labyrinthdichtung in den eigentlichen Schleifringraum durchgelassen. Ein Verschmutzungsstrom kann die Labyrinthdichtung nicht passieren und wird weiter radial aus dem Vorhof und der Schutzreinrichtung herausbewegt. Unterstützt wird dieses radiale Auslenken des Verschmutzungsstroms außer durch die Schwerkraft noch durch die Rotation der Läuferwelle, Ankerwelle, Antriebswelle oder kurz Welle bzw. durch eine durch die Rotation wirkende Zentrifugalkraft.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mittel die Schutzeinrichtung mit einem Schutzkappenteil und einem reglerseitigen Teil umfassen. Die Schutzeinrichtung ist somit zweiteilig ausgebildet. Der Schutzkappenteil ist ortsfest an einem Lagerschild angeordnet. Dabei ist der Schutzkappenteil oder kürzer die Schutzkappe bevorzugt topfförmig ausgebildet. In axiale Richtung schirmt die Schutzeinrichtung die elektrische Maschine mit einem Bodenbereich ab. In radialer Richtung ist ein Mantelbereich vorgesehen. Der reglerseitige Teil ist ortsfest an dem Regler mit den Kohlebürsten angeordnet. Entsprechend einer Einbaulage des Reglers, die für unterschiedliche Anforderungen unterschiedlich ausfallen kann, ist entsprechend auch die Lage des reglerseitigen Teils von der Einbaulage abhängig. In axialer Richtung ist die Anordnung in Anströmrichtung die Folgende: Außen ist die Schutzkappe angeordnet. Benachbart dazu ist das reglerseitige Teil vorgesehen. Dazwischen, teilweise mit der Schutzkappe und teilweise mit dem reglerseitigen Teil verbunden, ist die Schutzeinrichtung, genauer der Vorhof, benachbart dazu die Labyrinthdichtung und dazu benachbart der eigentliche Schleifringraum vorgesehen.
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Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass der Schutzkappenteil die eigentliche Schutzkappe und eine davon in axiale Richtung abragende Aufnahmeeinheit aufweist. Die Schutzkappe und die Aufnahmeeinheit sind bevorzugt integriert, das heißt einteilig, ausgebildet, weshalb das Schutzkappenteil auch nur als Schutzkappe bezeichnet wird. Die Schutzkappe ist wie vorstehend beschrieben topfförmig ausgebildet. An dem Bodenbereich weist diese die in Richtung Regler hervorragende Aufnahmeeinheit auf. Die Aufnahmeeinheit ist bevorzugt als Fortsatz, genauer als zylindrischer Ringabschnitt ausgebildet. Dieser ist weiter bevorzugt zentrisch angeordnet, das heißt koaxial zu einer Längsachse der Welle ausgebildet. Die Aufnahmeeinheit ist dabei bevorzugt einteilig mit der Schutzkappe, das heißt integriert, ausgebildet, insbesondere mittels eines Spritzgussverfahrens. Somit bildet die Aufnahmeeinheit eine koaxial zu der Welle angeordnete, um die Längsachse rotationssymmetrische Aufnahmeeinheit aus.
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Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das reglerseitige Teil einen Einlaufring mit einem ersten axialen Ringabschnitt und einem daran axial anschließenden zweiten axialen Ringabschnitt aufweist. Der erste Ringabschnitt weist im Vergleich zu dem zweiten Ringabschnitt ein größeres Abmaß insbesondere einen größeren Außendurchmesser und einen größeren Innendurchmesser auf. Der zweite Ringabschnitt weist entsprechend kleinere Abmaße in radialer Richtung auf. Bevorzugt sind die beiden Ringabschnitte koaxial zueinander und koaxial zu der Längsachse der Welle ausgerichtet.
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Zudem sieht eine Ausführungsform vor, dass der zweite Ringabschnitt in die Aufnahmeeinheit diese kontaktierend eingreift, sodass eine zusammenhängende Schutzeinheit ausgebildet ist. Auf diese Weise ist eine Steckverbindung des reglerseitigen Teils und des Schutzkappenteils realisiert. Entsprechend ist die Außenkontur des zweiten Ringabschnitts an die Innenkontur der Aufnahmeeinheit angepasst, sodass eine Steckverbindung realisiert ist. Dabei ist vorgesehen, dass kein Spalt zwischen zweitem Ringabschnitt und der Aufnahmeeinheit vorhanden ist, insbesondere kein Ringspalt oder dergleichen, durch welchen ein (Verschmutzung-)Strom in den Vorhof eindringen kann. Die korrespondierenden Geometrien sind rotationssymmetrisch und koaxial zu der Längsachse. Auf diese Weise ist der Regler und damit das reglerseitige Teil in beliebigen Einbaulagen mit dem Schutzkappenteil verbindbar, ohne dass dies die Position des Schutzkappenteils beeinflusst. Exzentrisch zu der Längsachse befindliche Anschlüsse der Regler können dann durch eine Relativrotationsbewegung des reglerseitigen Teils und des Schutzkappenteils beliebig eingestellt werden.
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Entsprechend sieht eine Ausführungsform vor, dass die Aufnahmeeinheit zentrisch zu einer Längsachse der elektrischen Maschine koaxial zumindest zu dem zweiten Ringabschnitt ausgebildet ist, sodass die Anordnung des reglerseitigen Teils in Drehrichtung um die Längsachse positionsunabhängig zu dem Schutzkappenteil ist. Nach einer Montage sind in einer Ausführungsform Arretiermittel vorgesehen, um ein weiteres Verdrehen zu verhindern.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aufnahmeeinheit mindestens eine radiale Durchgangsöffnung aufweist, um eine axial anströmende Strömung einen radialen Eintritt in die Schutzeinheit zu ermöglichen. Die radiale Durchgangsöffnung ist somit die einzige Möglichkeit, für einen anströmenden Strom in den Vorhof zu gelangen. Bevorzugt sind mehrere voneinander beabstandete radiale Durchgangsöffnungen vorgesehen. Die radialen Durchgangsöffnungen sind bevorzugt als Schlitze oder Langlöcher ausgebildet. Dabei liegen die Durchgangsöffnung in einer Ausführungsform in Verlängerung – in Umfangsrichtung – beabstandet zueinander, das heißt durch axial verlaufende Stege voneinander getrennt, also in einem gleichen axialen Abstand zu einem Bodenbereich. In einer anderen Ausführungsform sind die Durchgangsöffnungen in axialer Richtung zueinander beabstandet. Noch eine andere Ausführungsform sieht eine axiale und eine in Umfangsrichtung beabstandete Anordnung vor. Bevorzugt ist mindestens eine radiale Durchgangsöffnung für die Aufnahme des Reglers vorgesehen. Die weitere radiale Durchgangsöffnung ist somit als Regleröffnung ausgebildet. Die Regleröffnung ist in einer Ausführungsform an der Aufnahmeeinheit ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Regleröffnung an dem reglerseitigen Teil ausgebildet, bevorzugt an einem der Ringabschnitte. Weiter bevorzugt ist die Regleröffnung sowohl in der Aufnahmeeinheit als auch in dem reglerseitigen Teil ausgebildet, sodass bei einem Überlappen der entsprechenden Bereiche eine Durchgangsöffnung durch das reglerseitige Teil und die Aufnahmeeinheit ausgebildet ist, durch welche die Bürsten in den Schleifringraum hineinragen können. In einer Ausführungsform ist eine der Regleröffnung gegenüberliegende Durchflussöffnung vorgesehen, um einen Durchfluss eines Medieneintrags zu ermöglichen.
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Auch ist in einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass der zweite Ringabschnitt einen Einlaufabschnitt aufweist, der eine Labyrinthdichtung ausbildet, insbesondere durch einen sich in axiale Richtung verjüngenden Einlaufabschnitt. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass nur der gewünschte Strom, also der Kühlluftstrom und nicht auch der ungewünschte Strom, also der Verschmutzungsstrom, axial in den eigentlichen Schleifringraum gelangt, weist der zweite Ringabschnitt einen Einlaufabschnitt auf, der benachbart zu dem Schutzkappenteil angeordnet ist. Dieser weist in axiale Richtung in Anströmrichtung erstreckend einen sich verjüngenden Querschnitt auf. Bevorzugt ist der Querschnitt konisch ausgebildet. Dabei ist die axiale Länge des konischen Abschnitts beliebig einstellbar. Andere Labyrinthdichtungen können vorgesehen werden.
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Weiter sieht eine Ausführungsform vor, dass der Einlaufabschnitt in axiale Richtung beabstandet zu einem Boden oder Bodenbereich und/oder einer radialen Durchgangsöffnung des Aufnahmeabschnitts angeordnet ist. Damit der zweite Ringabschnitt nicht die Durchgangsöffnungen versperrt oder zusätzliche radiale Durchgangsöffnungen benötigt, ist dieser axial beabstandet von dem Bodenbereich und den Durchgangsöffnungen des Schutzkappenteils angeordnet. In einer Ausführungsform wird der Abstand durch die Einbaulage des Reglers und somit des reglerseitigen Teils und des Lagerteils, also durch die Länge des reglerseitigen Teils und der Anordnung der Durchgangsöffnungen bestimmt. In einer anderen Ausführungsform können axiale Anschläge vorgesehen sein. Die Durchgangsöffnungen sind bevorzugt bodenbereichsnah ausgebildet. Insbesondere sind die Durchgangsöffnungen wenige Millimeter entfern von dem Boden angeordnet, beispielsweise 1, 2, 3, 4 oder mehr Millimeter. Bevorzugt ist die Entfernung der Durchgangsöffnungen im Bereich der axialen Breite der Durchgangsöffnung, bevorzugt geringer als die axiale Breite.
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Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Ringabschnitt eine Aufnahme für radial in den Schleifringraum ragende Bürsten aufweist. Die Bürsten sind somit an dem zweiten Ringabschnitt angeordnet. Auf diese Weise ist eine kompakte elektrische Maschine ausgebildet. Die Aufnahme ist bevorzugt als eine weitere Durchgangsöffnung vorgesehen. Die weitere radiale Durchgangsöffnung ist somit als Regleröffnung ausgebildet. Die Regleröffnung ist in einer Ausführungsform an der Aufnahmeeinheit ausgebildet. Bevorzugt ist die Regleröffnung an dem reglerseitigen Teil ausgebildet, bevorzugt an einem der Ringabschnitte. In einer weiteren Ausführungsform ist eine der Regleröffnung gegenüberliegende Durchflussöffnung vorgesehen, um einen Durchfluss eines Medieneintrags zu ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruchs oder nebengeordneten Anspruchs hat dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators wie ein Drehstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, wobei in einem Schleifringraum eine Schleifringeinrichtung angeordnet wird und eine für den Schleifringraum gegen eine ungewollte Verschmutzung zumindest teilweise undurchlässige und für eine Kühlluft durchlässige Schutzeinrichtung vorgesehen wird, wobei Stromtrennmittel zur Trennung von Verschmutzungsströmen und Kühlluftströmen vorgesehen werden, vorgesehen ist, dass die Schutzeinrichtung durch kontaktierendes Zusammenstecken eines Schutzkappenteils und eines reglerseitigen Teils eine zusammenhängende Schutzeinheit realisiert wird. Durch die Zweiteilung ist eine positionsunabhängige Anordnung realisierbar. Der Schutzkappenteil lässt sich unabhängig von dem reglerseitigen Teil, zumindest in Umfangsdrehrichtung anordnen, wodurch einen einfachere Montage ermöglicht ist. Eine Positionierung des Reglers wird durch Rotation bewirkt. Dabei wird der reglerseitige Teil relativ zum Schutzkappenteil gedreht. Genauer werden dabei der reglerseitige Teil, der Regler und die Schutzkappe bzw. der Schutzkappenteil relativ zu dem Lagerschild und somit zur Befestigung an dem Motor gedreht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 in einer Querschnittsansicht eine als Generator ausgebildete elektrische Maschine,
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2 in einer geschnittenen Perspektivansicht einen Ausschnitt der elektrischen Maschine mit einer Ausführungsform einer Schutzeinrichtung,
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3 in einer anderen Perspektivansicht den Ausschnitt mit der Schutzeinrichtung nach 2,
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4 in einer Perspektivansicht ein reglerseitiges Teil der Schutzeinrichtung nach 2 und
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5 in einer Perspektivansicht einen Ausschnitt des Schutzkappenteils der Schutzeinrichtung nach 2
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die 1 zeigt in einer Querschnittsansicht in einer Querschnittsansicht eine als Generator ausgebildete elektrische Maschine 10, hier in der Bauart als Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese elektrische Maschine 10 weist u.a. ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das aus einem ersten Lagerschild 13.1 und einem zweiten Lagerschild 13.2 besteht. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen sogenannten Stator 16 auf, der einerseits aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen Ständereisen 17 besteht, und in dessen nach radial innen gerichtete, sich axial erstreckende Nuten eine Ständerwicklung 18 eingelegt ist. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche einen Rotor 20, der als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 besteht u.a. aus zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 und 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 bzw. 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Zwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25, die als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Walzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 bzw. 13.2 drehbar gelagert. Der Rotor 20 weist insgesamt zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Dieser Lüfter 30 besteht im Wesentlichen aus einem plattenförmigen bzw. scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite der elektrischen Maschine 10 und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 im Wesentlichen an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 nach radial außen beschleunigt, sodass diese durch den kühlluftdurchlässigen Wicklungsüberhang 45 hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang 45 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang 45 bzw. nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs 45 einen Weg nach radial außen, durch hier in dieser 1 dargestellte Öffnungen 41. In 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzeinheit 110 mit einem Schutzkappenteil 47, die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt. So deckt diese Schutzeinheit 110 bzw. das Schutzkappenteil 47 beispielsweise eine sogenannte Schleifringbaugruppe oder Schleifringeinrichtung 49 ab, die dazu dient, eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom zu versorgen. Die Schleifringbaugruppe bzw. Schleifringeinrichtung 49 ist an bzw. in einem Schleifringraum 120 angeordnet. Im Lagerschild 13.2 befindet sich an dessen radialer Innenseite eine Nabe 60, die einen zylindrischen Innenumfang und damit eine Bohrung aufweist. In bzw. an dieser Bohrung sitzt ein reglerseitiges Teil 130. Dieses reglerseitige Teil weist einen ersten Ringabschnitt auf, der direkt in oder an der Nabe 60 sitzt sondern. An diesen axial angrenzend ist der bzw. das Schutzkappenteil 47 vorgesehen, der bzw. das die am Rotor 20 befestigten und damit rotorfesten Gegenkontakte 66, die hier Schleifringe sind, zumindest teilweise umgibt. Auf diesem rotorfesten Gegenkontakt 66 leitet ein hier nicht dargestellter Gleitkontakt, der üblicherweise auch als Bürste bezeichnet wird. In diesem Schutzkappenteil 47 ist des Weiteren ein Lüfter 70 angeordnet, der einen Strom antreibt und so das Hinausbefordern von Schleifstaub, der durch Abnutzung der Gleitkontakte entsteht, aus dem Schleifringraum 140 befördert. Es ist demzufolge eine elektrische Maschine 10 gezeigt, insbesondere ein Wechselstromgenerator, mit einem Stator 16 und einem Rotor 20, wobei der Rotor 20 eine Leiteranordnung hier in Gestalt einer Erregerwicklung 51 zur Erregung eines elektromagnetischen Feldes im Rotor trägt, mit einer Einrichtung zur Übertragung elektrischer Energie an die Leiteranordnung, wobei die Einrichtung zur Übertragung elektrischer Energie zumindest einen Gleitkontakt in Gestalt einer Bürste (Graphit-, Kohlebürste) und zumindest einen rotorfesten Gegenkontakt umfasst. Der rotorfeste Gegenkontakt ist im genannten Ausführungsbeispiel als Schleifring ausgeführt. Eine andere Ausführungsweise kann beispielsweise bei einer Gleichstrommaschine als Kommutator mit am Umfang verteilten Lamellen ausgeführt sein. Des Weiteren weist die elektrische Maschine 10 eine Schutzeinrichtung 110 auf und das erwähnte Wälzlager 28 zur Stützung der Welle 27, die den zumindest einen rotorfesten Gegenkontakt 66 größtenteils umhüllt. Es ist vorgesehen, dass in der Schutzeinheit 110 optional ein Lüfter 70 angeordnet ist.
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Die 2 zeigt in einer geschnittenen Perspektivansicht einen Ausschnitt der elektrischen Maschine 10 mit einer Ausführungsform einer Schutzeinrichtung 110. Die Schutzeinrichtung 110 weist den Schutzkappenteil 47 und den reglerseitigen Teil 120 auf. In bzw. an dem reglerseitigen Teil 120 ist die Reglereinheit oder der Regler 130 angeordnet bzw. aufgenommen, sodass die Bürsten 131 in den von dem reglerseitigen Teil 120 der Schutzeinrichtung 110 umgebenden Schleifringraum 140 ragen. Der Schutzkappenteil 47 weist einen Bodenbereich 151 auf an dem sich radial außen ein Mantelbereich (hier nicht dargestellt) anschließt. An dem Bodenbereich 151 ist koaxial zu einer Längsachse A der Welle 28 eine Aufnahmeeinheit 160 angeordnet, die sich axial in Richtung reglerseitiges Teil 120 erstreckt. Die Aufnahmeeinheit 160 ist als Fortsatz, genauer als kreisringzylindrischer Fortsatz 161 oder Ringabschnitt ausgebildet, welcher zur Aufnahme des reglerseitigen Teils 120 ausgebildet ist. Das reglerseitige Teil 120 umfasst einen ersten Ringabschnitt 122 und einen zweiten Ringabschnitt 124, die axial aneinander, koaxial zu der Längsachse A angrenzen. Der erste Ringabschnitt 122 ist bei etwa gleicher Wandstärke mit einem größeren Durchmesser ausgebildet als der zweite Ringabschnitt 124. Ein Außendurchmesser des zweiten Ringabschnitts 124 entspricht etwa einem Innendurchmesser des Fortsatzes 161, sodass die beiden Teile ineinander steckbar sind, ohne dass ein Luft- oder Ringspalt entsteht.
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Die 3 zeigt in einer anderen Perspektivansicht den Ausschnitt mit der Schutzeinrichtung 110 nach 2. Hier sind der reglerseitige Teil 120 und der Schutzkappenteil 47, genauer die Schutzkappe 47a mit dem einteilig daran ausgebildeten Fortsatz 161 und dem zweiten Ringabschnitt 124 zusammengesteckt. Auf diese Weise ist der Schleifringraum 170 durch die beiden Teile gebildet. In einem bodenbereichnahen Abschnitt weist der Fortsatz 161 radiale Durchgangsöffnungen 162 in Form von Langlöchern 162a auf. Durch diese gelangt ein axial angeströmter und radial nach innen umgelenkter Strom durch die Durchgangsöffnungen 162 in den Schleifringraum, genauer in einen Schleifringraum-Vorhof 170 oder kurz Vorhof des Schleifringraums 140.
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Die 4 zeigt in einer Perspektivansicht das reglerseitige Teil 120 der Schutzeinrichtung 110 nach 2. Das reglerseitige Teil 120 umfasst im Wesentlichen die beiden Ringabschnitte 122, 124, die koaxial axial aneinander angrenzend ausgebildet sind. An dem zweiten Ringabschnitt 124 ist eine Aufnahme 126 für die Bürsten 131 bzw. den Regler 130 ausgebildet. Die Aufnahme 126 ist als Durchgangsöffnung an einer Wandung des zweiten Ringabschnitts 124 ausgebildet. Axial an einem zu dem Schutzkappenteil 47 weisenden Einlaufabschnitt 128 weist der zweite Ringabschnitt 124 eine Labyrinthdichtung 129 auf, die als sich konisch verjüngender Abschnitt 129a ausgebildet ist.
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Die 5 zeigt in einer Perspektivansicht einen Ausschnitt des Schutzkappenteils 47 der Schutzeinrichtung 110 nach 2. Der Fortsatz 161 erstreckt sich zentrisch koaxial zu der Längsachse A zu dem reglerseitigen Teil 120. In dem bodenbereichnahen Abschnitt des Fortsatzes 161 sind die Langlöcher ausgebildet, durch welche die umgelenkte Strömung in den Vorhof 170 einströmen kann. Dort erfolgt eine Stromteilung anhand der Labyrinthdichtung 129. Ein Verschmutzungsstrom wird weiter in radiale Richtung aus dem Vorhof 170 durch eine der radialen Durchgangsöffnungen 162, 162a gelenkt, unterstützt durch die Schwerkraft und die durch eine Rotation der Welle 28 erzeugte Kraft. Ein Kühlstrom oder Kühlluftstrom wird axial durch die Labyrinthdichtung 129 in den eigentlichen Schleifringraum 140 bewegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/023190 [0008]
- JP 2009095153 A [0009]
- US 2011/0291505 A1 [0009]
- US 7105608 B2 [0009]
