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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Maschine, insbesondere einen Drehstromgenerator für die Bordnetzversorgung
von Kraftfahrzeugen, mit einem Klauenpolläufer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein zu deren Herstellung verwendetes Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 6.
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Derartige elektrische Maschinen sind
u.a. aus der
DE 39
34 411 C2 bekannt. Der Klauenpolläufer besteht dabei aus einem
Polkern, einer darauf angeordneten Erregerwicklung, sowie aus zwei
stirnseitig dazu auf der Läuferwelle
aufgepresste Polscheiben, die an ihrem Umfang zueinander versetzt
axial abgewinkelte, ineinander greifende Klauenpolfinger abwechselnder
Polarität
haben. Die Klauenpolfinger sind dabei durch eine Kaltverformung
aus der Ebene der Polscheibe abgewinkelt und sie werden dabei in einem
Fließpressvorgang
in ihrem Querschnitt zur Spitze hin verjüngt. Beim Aufsetzen der Polscheiben auf
die Läuferwelle
greifen die Klauenpolfinger dabei von den Stirnseiten der Erregerwicklung
her abwechselnd in Axialrichtung über die Erregerwicklung. Dabei
ist das Querschnittsvolumen der Erregerwicklung so gewählt, dass
deren äußere Wicklungslage
zur Vermeidung von Beschädigungen
des Wicklungsdrahtes zu den Klauenpolfingern einen ausreichenden
Abstand hat. Außerdem
ist es bekannt, die Erregerwicklung auf eine Papierisolation aufzuwickeln, die
an den Stirnseiten der Erregerwicklung mit freigestanzten Zungen
versehen ist, welche sich unter die Klauenpolfinger legen. Bei diesen
Ausführungen
ist nachteilig, dass die elektrischen Maschinen durch den relativ
geringen Füllfaktor
der Erregerwicklung aufgrund des Freiraumes zwischen der Erregerwicklung
und der Unterseite der Klauenpolfinger sowie durch eine relativ
lose gewickelte Erregerwicklung eine entsprechend geringe Erregerleistung
aufweisen. Die Erregerleistung lässt
sich zwar durch eine erhöhte
Windungszahl der Erregerwicklung steigern, was jedoch die Gefahr
von Masseschlüssen
zwischen Erregerwicklung und Klauenpolfingern mit sich bringt, da
sich beim Aufsetzen und Verpressen der Polscheiben und der Erregerwicklung
die scharfen Kanten an der Unterseite Klauenpolfinger durch die Isolation
drücken
können
und dabei die Wicklungsdrähte
beschädigen
oder gar durchtrennen.
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Mit der vorliegenden Lösung wird
angestrebt, den Füllfaktor
für die
Erregerwicklung des Klauenpolläufers
unter Vermeidung von Beschädigungen
und Masseschlüssen
der Enegerwicklung mit den Klauenpolfingern zu erhöhen.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit
dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die
Montage der Klauenpole die Erregerwicklung soweit verdichtet werden
kann, dass sie den gesamten Raum zwischen dem Polkern und der Rückseite
der Klauenpolfinger ausfüllt,
wodurch die Erregerleistung erhöht
wird. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, dass diese Verdichtung
der Erregerwicklung zur Erzielung eines höheren Füllfaktors ohne einen zusätzlichen
Arbeitsgang erfolgen kann. Außerdem
wird durch die Anprägung
an den unteren Kanten der Polfinger die Gefahr von Beschädigungen
der Erregerwicklung in diesem Bereich beseitigt.
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Ferner besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit dem kennzeichnenden
Merkmal des Anspruchs 6 der Vorteil, dass für die Anprägung an den unteren Kanten
der Klauenpolfinger weiterhin die bislang zur Herstellung der Klauenpole
verwendete, kostengünstige
Kaltverformung benutzt werden kann, da die Anprägungen mit dem Fließpressvorgang
zur Herstellung der Klauenpolfinger ohne zusätzlichen Arbeitsgang hergestellt
werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
in den Hauptansprüchen
angegebenen Merkmale. So ist es besonders vorteilhaft, die Anprägungen zumindest an
der der Polscheibe zugewandten Hälfte
der Kanten vorzusehen. Die Erregerwicklung wird hauptsächlich in
diesem Bereich gepresst, so dass ganz besonders in diesem Bereich
die Anprägungen
vorzusehen sind. Darüber
hinaus erhält
ein jeder Klauenpolfinger im Bereich der zweiten Hälfte bzw.
der Klauenspitze mehr magnetisch leitfähige Masse, so dass sich das
Magnetfeld trotz Anprägungen
gleichmäßig verteilt.
Der magnetische Widerstand ist dadurch nicht unnötig verkleinert. Des weiteren
ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
die Anprägungen
an den unteren Kanten der Klauenpolfinger über die gesamte Kantenlänge vorzusehen,
damit beim Verpressen der Erregerwicklung an keiner Stelle im Bereich
der unteren Klauenpolkanten eine Beschädigung der Lackisolierung an der
Erregerwicklung bzw. an deren Papierisolation auftreten kann, die
zu einem Masseschluss führt.
Als effektivste Form der Anprägung
ist dabei eine Kantenabrundung vorzusehen. Sofern es jedoch bei
der Herstellung des zur Kaltumformung der Klauenpolfinger verwendeten
Gesenkes kostengünstiger
ist, kann die Anprägung
auch in Form einer Fase gebildet werden, die vorzugsweise unter
etwa 45° zu
den angrenzenden Seitenflächen
der Kanten verläuft.
Um für
die Erregerwicklung einen möglichst
hohen Füllfaktor
zu erreichen, wird ferner zur Vermeidung zusätzlicher Arbeitsgänge vorgeschlagen,
dass die Erregerwicklung mit der Montage der Klauenpole auf der
Läuferwelle
in dem Raum zwischen Polkern und Unterseite der Klauenpolfinger
verpresst wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Drehstromgenerator mit einem Klauenpolläufer im Querschnitt,
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2 die
linke Hälfte
eines Klauenpols in der Rückansicht
und
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3 die
rechte Hälfte
eines Gesenkes zur Herstellung des Klauenpoles nach 2 in raumbildlicher Darstellung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispieles
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen Drehstromgenerator für
Kraftfahrzeuge, dessen Gehäuse
im wesentlichen aus zwei Lagerschilden 10 und 11 besteht.
Diese sind durch Schrauben 12 zusammengehalten, wobei zwischen
ihnen das Blechpacket 14 eines Ständers 13 eingespannt
ist. Innerhalb des hohlzylindrischen Ständers 13 ist ein Klauenpolläufer 15 mit
einer Erregerwicklung 16 angeordnet, die ihrerseits auf
einem Polkern 17 sitzt. Auf der linken Seite des Drehstromgenerators
ist im vorderen Lagerschild 10 eine Nabe 18 ausgebildet,
in der ein Kugellager 19 angeordnet ist, in welchem das
linke, antriebsseitige Ende einer Läuferwelle 20 gelagert ist.
Das rechte Ende der Läuferwelle 20 ist
in einem schwächer
ausgebildeten Kugellager 21 aufgenommen, welches in einer
Nabe 23 des hinteren Lagerschildes 11 angeordnet
ist. Auf der Stirnseite des hinteren Lagerschildes 11 sind
die Plus- und Minus-Kühlkörper 24, 25 eines
Gleichrichters 28 angeordnet, welche zusammen mit einer
Schutzkappe 26 dort mittels Schrauben 27 festgeschraubt
sind. Am äußeren, rechten
Ende der Läuferwelle 20 befinden sich
zwei Schleifringe 29, 30, auf denen Kohlebürsten eines
Bürstenhalters 31 aufliegen.
Dieses Ende der Läuferwelle 20 ist
ferner von einer Schleifringkapsel 22 umgeben, welche in
die Lagerbohrung der Nabe 23 des hinteren Lagerschildes 11 eingesetzt
ist. Zur Stromversorgung der Enegerwicklung 16 des Klauenpolläufers 15 sind
die Schleifringe 29 und 30 jeweils mit einem Drahtende
der Enegerwicklung 16 verbunden.
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An den beiden Stirnseiten des Polkernes 17 und
der Enegerwicklung 16 ist jeweils ein Klauenpol 32 auf
der Läuferwelle 20 befestigt,
der jeweils aus einer Polplatine durch Kaltverformung hergestellt wird.
Jeder der beiden Klauenpole 32 besteht aus einer Polscheibe 33,
die mit einem zentrischen Loch 34 auf der Läuferwelle 20 durch
Pressung befestigt ist und die an ihrem Außenumfang gleichmäßig verteilte Klauenpolfinger 35 aufweist,
die gegeneinander in Achsrichtung umgebogen sind und wechselseitig
ineinandergreifen. Dadurch wird die Enegerwicklung 16 an
ihrem Außenumfang
von den Polfingern 35 umfasst. Die Enegerwicklung 16 ist
dabei durch eine Papierisolation 36 gegenüber dem
Polkern 17 und den beiden Klauenpolen 32 elektrisch
isoliert.
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Um die Enegerleistung des Klauenpolläufers 15 zu
erhöhen,
wird die Windungszahl oder der Drahtquerschnitt der Enegerwicklung 16 erhöht und die
Enegerwicklung 16 wird mit der Montage der Klauenpole 32 beim
axialen Aufschieben auf die Läuferwelle 20 in
dem Raum zwischen dem Polkern 17 und der Unterseite der
Klauenpolfinger 35 derart verpresst, dass der gesamte Raum
zwischen Polkern 17 und Klauenpole 32 von der
Enegerwicklung 16 ausgefüllt wird. Zur Erzielung eines
hohen Füllfaktors kann
dabei die Verpressung der Enegerwicklung 16 so groß sein,
dass der Drahtquerschnitt der Enegerwicklung von der kreisrunden
Form in eine Sechseckform übergeht.
Um nun beim Verpressen der Enegerwicklung 16 eine Beschädigung der
Wicklungsdrähte im
Bereich der Klauenpolfinger 35 zu vermeiden, werden die
Klauenpolfinger 35 an ihren unteren, der Enegerwicklung 16 zugewandten
Kanten mit einer Anprägung 37 versehen.
Dabei ist vorgesehen, dass sich die Anprägung (37) zumindest
an der der Polscheibe zugewandten Hälfte der Kanten (38)
befindet.
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In 2 sind
verschiedene Ausführungsformen
der Anprägung 37 erkennbar,
wobei an dem Klauenpolfinger 35a die Anprägung an
den unteren Kanten eine Kantenabrundung 37a ist. Bei den
zwei anderen dargestellten Klauenpolfingern 35b ist dagegen
die Anprägung
als Fase 37b ausgebildet, die unter etwa 45° zu den angrenzenden
Seitenflächen 35c der
unteren Kanten 38 verläuft.
Die Anprägungen
reichen dabei über
die gesamte Kantenlänge,
von der Wurzel bis zur Spitze der Klauenpolfinger 35.
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Die Anprägungen 37 an den unteren
Kanten 38 der Klauenpolfinger 35 werden ohne zusätzlichen Arbeitsgang
bei der Herstellung der Klauenpole 32 durch Kaltverformung
gewonnen. Dabei werden die Polscheiben 33 aus vorgestanzten
Polplatinen an ihrem zentrischen Loch 34 aufgenommen und
zwischen zwei Gesenken eingespannt und die zunächst radial abstehenden Polfinger
werden aus der Ebene axial abgewinkelt und ferner durch Fließpressen
in ihrem Querschnitt zur Spitze hin verjüngt.
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3 zeigt
in raumbildlicher Ansicht einen Teil des dabei innerhalb der abgewinkelten
Klauenpolfinger 35 auf die Polscheibe 33 der Klauenpole 32 aufgesetzten
Gesenkes 40, welches am Außenumfang gleichmäßig verteilt
angeordnete Aussparungen 41 aufweist. In diesen Aussparungen 41 wird
das Material der Polplatine durch Fließpressen derart umgeformt,
dass die gewünschte
Innenkontur der Klauenpolfinger 35 entsteht. Zur Ausbildung
der Anprägungen 37 an
den unteren Kanten 38 der Klauenpolfinger 35 ist
in den Aussparungen 41 des Gesenkes 40 jeweils
eine entsprechende Abschrägung 42 erkennbar,
die beim Fließpressen
der Klauenpolfinger 35 die Fase 37b an den unteren
Kanten der Klauenpolfinger 35b herausbildet. Anstelle der
Abschrägungen 42 können die
Aussparungen 41 auch mit Abrundungen versehen werden, so
dass dann bei der Herstellung der Klauenpolfinger 35a die
unteren Kanten 38 mit einer Abrundung 37a versehen
werden.