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Ölkühlung für Wechselstromgeneratoren der Klauenpolbauart Die Erfindung
bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator mit einer ortsfesten erregenden Feldwicklung
und einer von dieser im Abstand angeordneten Ständerwicklung, zwischen denen ein
Läufer mit Teilen aus magnetischem Werkstoff drehbar angeordnet ist, der umlaufend
in der Ständerwicklung einen sich zyklisch ändernden magnetischen Fluß erzeugt.
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Die Erfindung bezweckt, bei . einfachem Aufbau eine wirksame Kühlung
mittels Kühlöl zu erreichen. Bei einer bekannten Bauart wird das Kühlöl lediglich
zwischen dem Ständer und Läufer hindurchgeleitet und dann neben dem Ständer gegen
die Gehäusewand geschleudert, um sich dort abzukühlen. Die Kühlung des Ständers
ist dadurch unzureichend, ferner ist eine ausreichende Rückkühlung des Öls nicht
gewährleistet.
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Die Erfindung besteht darin, daß durch den Ringraum zwischen der Feldwicklung
und der Ständerwicklung Kühlöl geleitet wird; daß die Stirnseite des Läufers Abstand
von der gegenüberliegenden Stirnwand des die Feldwicklung tragenden Teils hat,-
wodurch ein sich quer zur Maschinenachse erstreckender Raum entsteht, der mit dem
Ringraum zwischen der Feldwicklung und der Ständerwicklung Verbindung hat, daß der
sich quer erstreckende Raum über einen Kühlmittelkanal, der sich durch den die Feldwicklung
tragenden Teil erstreckt, mit einer Kühlölpumpe verbunden ist, die Kühlöl in den
Zuleitungskanal pumpt, daß mehrere im wesentlichen radiale Kanäle im Läuferkörper
vorgesehen sind, die den sich quer erstrekkenden Raum mit den Räumen neben der Ständerwicklung=
verbinden, und daß das Öl über Rücklaufleitungen abgesaugt wird.
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Das Kühlöl wird also durch das - Drehen des Läufers gegen die Ständerwicklung
geschleudert, so daß diese wirksam gekühlt wird. Ferner kann die Kühlanlage des
Generators an die Kühlanlage einer mit ihm -zusammenarbeitenden Brennkraftmaschine
angeschlossen werden, so daß eine wirksame Rückkühlung des Öles erfolgt.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt.
In der Zeichnung ist Fig.1 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht eines Wechselstromgenerators
mit einer Ölkühlung nach der Erfindung und Fig.2 eine zum Teil geschnittene Ansicht
einer anderen Bauform eines Wechselstromgenerators, der in das Schwungradgehäuse
eines Kraftfahrzeuges eingebaut ist, mit einer Ölkühlanlage nach der Erfindung.
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Die Feldwicklungseinbeit 21 eines Wechselstromgenerators 20 besteht
aus einem Rahmen 28, einem Magnetkern 30 und Feldwicklungen 32 um den Kern. Der
Magnetkern 30 besteht zweckmäßig aus zwei Teilen 36 und 38. Diese Teile sind, wie
gezeichnet, so geformt, daß sie, durch eine Schraube 40 miteinander verbunden, die
Feldwicklung 32 in richtiger Lage halten.
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Die Teile 36 und 38 sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie zwei
einander zugewandte U-förmige Bauteile darstellen. Die Stirnflächen dieser Teile
liegen in kleinem Abstand von den Magnetpolen, wie noch beschrieben werden wird.
Die Feldwicklungen 32 sind so gewickelt, daß sie eine Feldregelwicklung und eine
Feldkompoundierungswicklung enthalten. Diese Wicklungen sind so verbunden und so
bemessen und angeordnet, daß der Generator eine richtige Auslaßcharakteristik aufweist.
Die Enden beider Wicklungen erstrecken sich durch entsprechend angeordnete Schlitze
im Teil 36 zum Rahmen 28, wo sie an Klemmen 42 angeschlossen sind. Die Klemmen 42
sind an einem Stirndeckel 44 befestigt, der mit dem Rahmen 28 durch Schrauben 46
verbunden ist, die zugleich auch den Magnetkern 30 am Rahmen 28 festlegen.
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Die Ständereinheit 22 bildet den mittleren Teil des Generatorgehäuses
und enthält die erregten Ständerwicklungen 48, die in Nuten des magnetischen Eisens
des Ständers festgehalten sind. Der Ständer 22 ist mit Dreipliasenwicklungen versehen,
die mit drei
Klemmen 50 verbunden sind.- Ähnlich wie die Feldwicklungen
32 sind die Ständerwicklungen 48 ortsfest und liegen in radialem Abstand von dem
Feldankerkern 30, wenn der Generator zusammengebaut ist.- Die Ständer-,vicklungen
können entweder im Dreieck öder . im Stern geschaltet sein. "Es könnten auch 'andere
Wicklungen als Dreiphasenwicklungen verwendet werden.
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Die Magnetpoleinheit 24 hat ein stirnseitiges Gußstück 52, das einen
weiteren Teil des Generatorgehäuses bildet. Das Gußstück 52 ist ausgespart, um das
die Klemmen 50 tragende Teil des Ständers aufzunehmen. Das Gußstück 52 nimmt Lager
54 für eine Welle 56 einer magnetischen Läufereinheit 58 auf. Die Läufereinheit
58 besteht aus "feilen 60 und 62, die aus magnetischem Werkstoff bestehen. Die Teile
60 und 62 werden durch einen Abstandsring 64 aus nichtmagnetischem Werkstoff in
Abstand voneinander gehalten. Wenn auch andere Mittel, wie ein nichtmagnetisches
Abstandsstück und nichtmagnetische Schrauben, zur Verbindung der Teile 60 und 62
mit Abstand voneinander verwendet werden können, sind in der bevorzugten Ausführungsform
die Teile 60 und 62 mit dem aus Aluminium bestehenden nichtmagnetischen Abstandsring
64 verschweißt oder verlötet. Die Welle 56 bildet ein Teil mit dem Teil 62. In den
Lagern 54 geführt, hält sie die Teile 60 und 62 in der richtigen Lage zwischen der
Magnetfeldeinheit 30 und dem Ständer, 22. Jedes der Teile trägt fingerartige Vorsprünge
66 bzw. 68. Die Finger des einen Teils haben von denen des anderen Abstand und erstrecken
sich zu diesen in entgegengesetzter Richtung. Die Finger laufen mit Spiel zwischen
dem Magnetkern 30 und den Ständerwicklungen 48, wenn der Läufer durch die Welle
56 gedreht wird.
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Der Magnetkern 30 ist bei dieser Bauform mit einem axial liegenden
Kanal 120 versehen, der mit einem Raum 122 zwischen dem Teil 62 des
Läufers und dem Teil 38 des Ankers verbunden ist. Das Teil 62 des Läufers ist mit
mehreren im wesentlichen radial liegenden Kanälen 124 versehen, die den Raum 122
mit einem Ringraum 126 verbinden. Das Gehäuse des Generators enthält Öffnungen 125
und 128, deren Zweck später noch erläutert wird. Der Kanal 120 ist mit einem Rohr
129 verbunden, das zum Auslaß einer Pumpe 130 führt. Der Einlaß der Pumpe 130 ist
mit einem Sumpf 132 verbunden, dem Öl von einem Ölkühler 134 über ein Rohr zufließt.
Die Öffnungen 125
und 128 sind, wie die Zeichnung zeigt, durch Rohre mit der
anderen Seite des Ölkühlers verbunden. Falls gewünscht, kann mit einer der beiden
Austrittsöffnungen 125 oder 128 allein gearbeitet werden.
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Das Öl wird unter Druck über das Rohr 129 zum Kanal 120 gefördert
und gelangt in den Raum 122.
Bei umlaufenden Läufer wird das Öl durch die
Fliehkraft über die Kanäle 124 auf die rechte Seite der Ständerwicklung 48 geworfen.
Das Öl tritt auch durch den Luftspalt 136, der zwischen dem Läufer und dem Feldmagneten
des Generators besteht. Dieses Öl fließt axial längs des Luftspalts und wird um
das linke Ende des Läufers herum auf die linke Seite der Ständerwicklung 48 geworfen.
Etwas Öl kann auch zwischen den Fingern 68 und 66 um den ringförmigen Abstandsring
64 entweichen. Nach dem Kühlen der Ständerwicklung 48 gelangt das Öl zu den Öffnungen
125 und 128; von wo es über den Ölkühler 134 zum Sumpf 132 abströmt. Der sich drehende
Läufer sorgt für eine wirksame Spritzkühlung der Ständerwicklung durch das Kühlöl
und der Zweigstrom durch den Luftspalt 136 bewirkt eine Kühlung der Feldwicklung
32. In Fig:2 ist eine Anordnung gezeigt, bei der ein Wechselstromgenerator innerhalb
des Schwungradgehäuses einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine angebaut ist..Ein
Schwungradgehäuse 80 trägt in diesem Falle einen Ständer 82, der Ständerwicklungen
84 und einen kompoundierte Feldwicklungen 88 tragenden U-förmigen Feldanker 86 aus
Eisen umfaßt. Die Magnetpoleinheit dient hier als Schwungrad für das Kraftfahrzeug
und besteht aus Teilen 90 und 92, die durch ein nichtmagnetisches Zwischenstück
94 in Abstand voneinander gehalten werden. Die Teile 90, 92 und 94 werden miteinander
durch mehrere radial liegende Schrauben 96 aus nichtmagnetischem Werkstoff zusammengehalten.
Die Teile 90 und 92 begrenzen einen napfförmigen Ringraum durch Abstand voneinander
habende Finger 98 und 100, die ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet
sind. Das Teil 90 trägt ferner einen Zahnkranz 102, der mit dem Motoranlasser zusammenarbeitet,
und eine nachgiebige Kupplung 104. Das Teil 90 ist mit der Motorwelle durch radial
liegende Schrauben 106 verbunden. Die Feldwicklungen 88 und die Ständerwicklungen
84 treten durch entsprechende Schlitze nach außen, wo sie mit am Schwungradgehäuse
sitzenden Klemmen 108 verbunden sind. Die Feldwicklung 88 ist, wie gezeichnet, eine
Spule, kann aber, auch aus zwei oder mehr Spulen bestehen, die - falls nötig - zusätzliche
Klemmen haben können. Die Spulen können dabei additiv oder subtraktiv zueinander
Beziehung haben.
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Ein im Schwungradgehäuse 80 sitzendes Lager 107 nimmt eine Abtriebswelle
107a auf, die die Leistung auf die Fahrzeugräder überträgt. Die Abtriebswelle
107 a hat eine Keilverbindung mit einem Teil 107 b,
das vom Teil 90
über die nachgiebige Kupplung 104 angetrieben wird. Die Abtriebswelle, der Feldanker
86, die Läuferteile 90 und 92 und der Ständer 82 liegen koaxial und konzentrisch
zueinander.
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Mit dem Auslaß einer Pumpe 142 ist ein feststehendes Rohr 140 verbunden,
dessen freies Ende Öl in einen Ringraum 144 leitet, der zwischen dem Feldanker des
Generators und dessen Läufer -liegt. Der Läufer enthält mehrere radiale Kanäle 141,
die den Ringraum 144 mit der linken Seite der Ständerwicklung 84 verbinden. Der
Standerkern enthält einen axialen Kanal 146, der die linke Seite der Ständerwicklung
84 mit einer Auslaßöffnung 148 verbindet. Ein weiterer Auslaßkanal 150 verbindet
die Ausläßöffnung 148 mit dem Raum unmittelbar neben dem rechten Ende der Ständerwicklung
84. Die Auslaßöffnung 148 ist über ein Rohr mit einem Ölkühler 151 verbundc4n, der
sich in einen Sumpf 152 entleert, aus dem die Pumpe 142 ansaugt.
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Bei dieser Anlage wird das Öl in den Ringraum 144 gepumpt und bei
laufendem Läufer durch die radialen Kanäle 141 zur Bespülung des linken Endes der
Ständerwicklung 84 gezwungen. Es fließt auch Öl durch den Luftspalt 154 zwischen
den Läufer und den festen Feldanker und um das rechte Ende des Läufers herum in
einen Ringraum 145 tretend, um das rechte Ende der Ständerwieklung 84 zu bespülen.
Das Öl kann aus dem Luftspalt 154 auch nach außen durch die Finger des Läufers tretend
zur Ständerwicklung 84 gelangen. Nach dem Kühlen der Ständerwicklung gelangt das
Öl über den Kanal 148, die Auslaßöffnung 150 und den Ölkühler 151 zum Sumpf.
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Eine Öl- oder sonstige Flüssigkeitskühlung eines bürstenlosen Generators
.der beschriebenen Bauart ist vorteilhafter als die übliche Luftkühlung. Der Wärmeübergang
auf das Öl ist wirksamer, so daß gefährliche örtliche Überhitzungen weniger wahrscheinlich
sind.
Die Kühlluftkanäle werden oft durch Fremdkörper, Schmutz od.
dgl. zugesetzt und drosseln den Luftstrom in bedenklicher Weise. Filter, um dies
zu verhindern, sind teuer und werden gewöhnlich nicht ausreichend gewartet, so daß
der Luftstrom gedrosselt wird und Überhitzungen eintreten. Ausspülen mit Wasser
und Reinigungsmitteln zerstören die Isolierung. Bei einer geschlossenen Maschine
mit Ölumlaufkühlung im geschlossenen Kreislauf zeitigt diese eine bessere Kühlung
und vermeidet die Schwierigkeiten, die bei der Luftkühlung auftreten.
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Es gibt häufig Anlagen, bei denen der Generator an eine Kraftmaschine
angeflanscht ist und über ein Getriebe oder eine Kupplung angetrieben wird. Das
Kurbelgehäuseöl der Kraftmaschine kann dann für die Generatorkühlung benutzt werden,
ohne daß Wellendichtungen erforderlich sind. Die Wellenlager werden dabei selbsttätig
geschmiert. Bei anderen Anlagen kann eine besondere Ölkühlanlage vorgesehen werden.