DE19854464A1 - Flüssigkeitsgekühlter Generator - Google Patents

Abstract

Bei einem flüssigkeitsgekühlten Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, befindet sich zwischen dem Gehäuse und dem Generator ein wenigstens teilweise ringförmiger Spaltraum für eine Kühlflüssigkeit. Der Spaltraum ist mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung versehen. In dem Spaltraum für die Kühlflüssigkeit ist ein netzartiges Gebilde mit mehreren Stegen angebracht, wobei die Stege so ausgeführt sind, daß sie den Spaltraum verengen.

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, nach der im Oberbe­ griff der Ansprüche 1, 8 und 12 näher definierten Art.

Aus der DE 44 30 427 C1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Generator bekannt, welcher zur gezielten Kühlmittel­ führung um den Generator einen Kühlmittelteiler in einem Ringspalt für den Kühlmantel zwischen Generator und Außengehäuse aufweist.

Weitere gattungsgemäße Generatoren sind auch in der DE 44 44 956 A1 und in der DE 41 04 740 A1 beschrieben.

Nachteilig bei diesen bekannten Generatoren ist jedoch der durch die schlechten Strömungsbedingungen der Kühlflüssigkeit zwischen dem Generator und dem Gehäuse entstehende relativ hohe Wasserverbrauch bei gleich­ zeitig geringer Kühleffizienz.

Im Bereich der Eintrittsöffnung für die einströmende Kühlflüssigkeit kommt es bei den bekannten flüssig­ keitsgekühlten Generatoren zu Druckverlusten und Tur­ bulenzen. Im weiteren Verlauf des Spaltraums um den Generator herrscht dann eine annähernd laminare Strö­ mung vor, wodurch die Kühlung des Generators sehr un­ ausgeglichen ist. Des weiteren sind bei den bekannten Lösungen die komplizierten Gehäuse formen und die für die Herstellung dieser Formen notwendigen Gießwerkzeu­ ge nachteilig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen flüssig­ keitsgekühlten Generator zu schaffen, bei welchem ein guter Strömungsverlauf mit hoher Kühlungseffizienz in dem Spaltraum zwischen Generator und Gehäuse gegeben ist und bei dem die Herstellung kostengünstig und der Zusammenbau leicht und mit geringem Zeitaufwand mög­ lich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die Stege des netzartigen Gebildes auf dem Gene­ rator kommt es zu starken Turbulenzen in der Kühlflüs­ sigkeitsströmung in dem Spaltraum zwischen Gehäuse und Generator. Der Vorteil dieser Turbulenzen liegt in der stark verbesserten Wärmeübertragung zwischen Generator und Kühlflüssigkeit.

Beim Zusammenbau des Generators läßt sich das netzar­ tige Gebilde in vorteilhafter Weise sehr einfach über den Generator stülpen, bevor dieser mit dem Gehäuse verbunden wird. Dabei können kostengünstige Standard­ generatoren und Gehäuse eingesetzt werden, die keine kompliziert herzustellenden Kühlflüssigkeitsleitein­ richtungen aufweisen müssen. Dadurch lassen sich ver­ schiedene thermische Anforderungen an die Generatoren z. B. durch andere Antriebsleistungen mit unterschied­ lich ausgeformten netzartigen Gebilden realisieren, ohne daß die Generatoroberfläche, das Gehäuse und die Montage verändert werden muß. Der dadurch entstehende Vorteil ist vor allem im Bereich der Logistik, der Arbeitsplanung und den Fertigungskosten zu sehen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können zusätzlich noch Leitrippen an dem netzartigen Gebilde angebracht sein. Diese lassen eine weitere Beeinflussung der Kühlflüssigkeitsströmung zu, so daß sich der Generator mit einer kleinen Menge an Kühl­ flüssigkeit sehr effizient und gleichmäßig kühlen läßt.

Im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 ist eine al­ ternative Lösung aufgezeigt, die auf dem gleichen Lö­ sungsprinzip beruht und vergleichbare Vorteile wie z. B. die Verwendbarkeit von Standardgeneratoren bie­ tet.

Die Rippen, welche z. B. an dem Generator außen ange­ bracht sein können, bestehen in einer sehr vorteilhaf­ ten Ausgestaltung der Erfindung aus einer formbaren Kunststoff- oder Silikonmasse, die bei Kontakt mit der Luft aushärtet.

Eine weitere alternative Lösung ist im kennzeichnenden Teil von Anspruch 12 beschrieben. Auch sie beruht auf dem gleichen Lösungsprinzip und bietet vergleichbare Vorteile wie die bereits genannten Lösungsalternati­ ven.

Die Erhöhungen, welche die Kühlflüssigkeit leiten sol­ len, sind dabei auf ein plattenartiges Gebilde aufge­ bracht oder können in besonders vorteilhafter Weise auch in das plattenartigen Gebilde eingeprägt sein. Das plattenartigen Gebilde wird dann gebogen und beim Zusammenbau des flüssigkeitsgekühlten Generators in den Kühlraum eingelegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung gen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Un­ teransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei­ spielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen flüssigkeitsgekühlten Generator mit einem erfindungsgemäßen netzartigen Gebilde vor dem Zusammenbau;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II des flüssigkeitsgekühlten Generators aus Fig. 1 nach dem Zusammenbau, in stark schematisier­ ter Darstellung;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III des flüssigkeitsgekühlten Generators aus Fig. 1 nach dem Zusammenbau, in stark schematisier­ ter Darstellung und

Fig. 4 einen weiteren flüssigkeitsgekühlten Genera­ tor mit erfindungsgemäßen Rippen vor dem Zu­ sammenbau;

Fig. 5 einen weiteren flüssigkeitsgekühlten Genera­ tor mit einem erfindungsgemäßen plattenarti­ gem Gebilde vor dem Zusammenbau;

Fig. 6 eine Ansicht des plattenartigen Gebildes in einem ebenen Zustand, und

Fig. 7 eine Ansicht des plattenartigen Gebildes in einem gebogenen Zustand.

In Fig. 1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Generator dar­ gestellt, dessen hauptsächlicher Anwendungszweck im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik liegt. Deshalb wird der flüssigkeitsgekühlte Generator im folgenden als Lichtmaschine 1 bezeichnet.

Die Lichtmaschine 1 besteht aus einem vollständig ge­ kapselter Generator 2 mit einem inneren Gehäuseteil 3 und einem Flansch 4, der in dieser Darstellung nicht direkt sichtbar ist. Weiterhin weist die Lichtmaschine 1 ein äußeres Gehäuse 5 mit einer inneren Wandung 6, je einer Ein- und Austrittsöffnung 7, 8 für die Kühl­ flüssigkeit und einem Flansch 9 auf. Die weiteren Be­ reiche bzw. Bauteile des Generators 2 und des äußeren Gehäuses 5 sind für die Erfindung nicht von Interesse und deshalb nicht erläutert bzw. nicht dargestellt. Die drei punktierten Linien A in Fig. 1 sollen den Vorgang des prinzipiellen Zusammenbaus des Generators 2, eines im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläuterten, netzartigen Gebildes 10 und des äußeren Gehäuses 5 zu der Lichtmaschine 1 andeuten.

Ein netzartiges Gebilde 10, welches hier insbesondere als Netz 10 aus einem Elastomer ausgeführt ist, befin­ det sich zwischen dem inneren Gehäuse 3 und der inne­ ren Wandung 6 des äußeren Gehäuses 5. Das Netz 10 ist einstückig mit einer Dichtung 11, Stegen 12 und Lei­ trippen 13 von denen hier nur zwei schematisch ange­ deutet sind, ausgeführt. Nach dem Zusammenbau des flüssigkeitsgekühlten Generators liegt das Netz 10 mit seinen einzelnen Stegen 12 fest bzw. verdrehsicher an dem inneren Gehäuseteil 3 an. Die Leitrippen 13 werden dabei deutlich dicker ausgeführt als die Stege 12.

Neben Elastomer können auch weitere Materialien, wie z. B. Metallstrukturen, andere Kunststoffe oder Ähnli­ ches, eingesetzt werden. Die Dichtung 11 wird dann als separates Teil (nicht dargestellt) ausgeführt, um die Dichtheit der Lichtmaschine 1 nach außen zu gewährlei­ sten.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Leit­ rippen 13 aus einem anderen Material gefertigt sein als das Netz 10 und dann auf dem Netz 10 befestigt werden.

In Fig. 2, einem schematischen Teilschnitt durch die zusammengebaute Lichtmaschine 1, ist ein zumindest teilweise ringförmiger Spaltraum 14 zwischen dem äuße­ ren Gehäuse 5 und dem inneren Gehäuseteil 3 erkennbar. Der Spaltraum 14 wird durch die Stege 12 des Netzes 10 teilweise eingeengt und an anderer Stelle durch die Leitrippen 13 sehr stark verengt. In einem nicht dar­ gestellten Ausführungsbeispiel kann der Spaltraum 14 durch die Leitrippen 14 jedoch in Teilbereichen auch ganz verschlossen sein.

Durch die Eintrittsöffnung 7 gelangt Kühlflüssigkeit in den Spaltraum 13 umströmt das innere Gehäuseteil 3 und fließt dann durch die Austrittsöffnung 8 wieder ab. Dabei wird die Kühlflüssigkeit durch die Leitrip­ pen 13 so geleitet, daß sie die von dem gekapselten Generator 2 erzeugte Wärme über die gesamte Oberfläche des inneren Gehäuseteils 3 möglichst gleichmäßig und effizient abführt. Dabei sind auch die Stege 12 des Netzes 10 hilfreich, da diese für Turbulenzen in der Kühlflüssigkeitsströmung sorgen und damit die Wärme­ übertragung an die Kühlflüssigkeit gegenüber einer weniger turbulenten Kühlflüssigkeitsströmung stark verbessern.

Für eine Abdichtung der Lichtmaschine 1 nach außen sorgt die Dichtung 11, die in zusammengebautem Zustand zwischen den Flanschen 4 und 9 zu liegen kommt, wie in der schematische Darstellung von Fig. 3 ersichtlich ist.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann das innere Gehäuseteil 3 und/oder die innere Wan­ dung 6 des Gehäuses 5 auch Vorsprünge aufweisen, die das Netz 10 verdrehsicher zwischen dem gekapselten Generator 2 und dem äußeren Gehäuse 5 halten.

Fig. 4 stellt eine alternative Ausführungsform dar, wie sie in den Ansprüchen 8 bis 10 beschrieben ist. Vor dem Zusammenbau der Lichtmaschine 1 werden mehrere einzelne Stränge 15 eines formbaren Materials, hier insbesondere einer Silikonmasse, auf das innere Gehäu­ se 2 aufgebracht. So aus den Strängen 15 entstehenden Rippen 15 übernehmen nach dem Aushärten der Silikonmasse die prinzipiell gleiche Funktion wie die Leitrip­ pen 13 in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die zwischen den Flanschen 4 und 9 erforderlichen in Fig. 4 nicht dargestellte Dichtung 11 kann dann als separates Teil oder ebenfalls aus der Silikonmasse ausgeführt sein.

Mit Hilfe einer einfachem Vorrichtung, z. B. einer Si­ likonkartusche, wie sie aus dem Bereich der Dichtungs­ technik vorzugsweise bei Sanitärinstallationen bekannt ist, können die Rippen 15 während des Zusammenbaus von Generator 2 und Gehäuse 5 auf das innere Gehäuseteil 3 aufgespritzt werden. Auch die Kombination eines Netzes 10 ohne Leitrippen 13, jedoch mit nachträglich aufge­ brachten Rippen 15 aus Silikonmasse ist möglich.

Fig. 5 bis 8 beschreiben eine weitere alternative Aus­ führungsform, wie sie in den Ansprüchen 12 bis 15 be­ schrieben ist. In Fig. 5 ist die Lichtmaschine 1 vor dem Zusammenbau erkennbar. Anstelle des netzartigen Gebildes 10 bzw. der Rippen 15 aus Silikonmasse tritt jetzt ein plattenartiges Gebilde 16, hier insbesondere eine Platte 16, welche in gebogenem Zustand in den Spaltraum 14 zwischen innerem Gehäuseteil 3 und äuße­ rem Gehäuse 5 eingelegt wird. Auf dieser Platte 16 sind Erhöhungen 17 ausgebildet, welche in dem einge­ legten, gebogenen Zustand der Platte 16 den Spaltraum 14 verengen.

Die im Nachfolgenden auch als Rippen 17 bezeichneten Erhöhungen 17 der Platte 16 können dabei bevorzugt in einem ebenen Zustand der Platte 16, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, auf diese aufgebracht werden. Wie in Fig. 7 erkennbar ist, wird die Platte 16 mit den Rip­ pen 17 (hier nur angedeutet) entsprechend der Größe des vollständig gekapselten Generators 2 gebogen. Beim Zusammenbau der Lichtmaschine 1 läßt sich die Platte 16 in dem gebogenen Zustand in den Spaltraum 14 einle­ gen.

Durch die Größe, die Höhe und die genaue Lage der Rip­ pen 17 auf der Platte 16 läßt sich die Strömung der Kühlflüssigkeit in dem Spaltraum 14 der Lichtmaschine 1 entsprechend der erforderlichen Kühlungsverhältnisse beeinflussen.

Als Material für die Platte 16 bieten sich insbesonde­ re Kunststoffe und Metalle an, die kostengünstig und leicht umzuformen sind.

Claims (14)

1. Flüssigkeitsgekühlter Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse ange­ ordnet ist, wobei sich zwischen dem Gehäuse und dem Generator ein wenigstens teilweise ringförmi­ ger Spaltraum für Kühlflüssigkeit befindet, wel­ cher mit einer Eintrittsöffnung und einer Aus­ trittsöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spaltraum (14) für die Kühlflüssigkeit ein netzartiges Gebilde (10) mit mehreren Stegen (12) angebracht ist, wobei die Stege (12) so ausgeführt sind, daß sie den Spaltraum (14) verengen.

2. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem netzartigen Gebilde (10) einzelne Leitrip­ pen (13) angeordnet sind, welche eine größere Di­ cke als die Stege (12) aufweisen.

3. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das netzartige Gebilde (10) und die Leitrippen (13) einstückig miteinander ausgeführt sind.

4. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrippen (13) als verdickte, einstückig mit dem netzartigen Gebilde (10) ausgeführte Stege (12) ausgebildet sind.

5. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das netzartige Gebilde (10) einstückig mit einer Dichtung (11) ausgebildet ist, die sich zur Ab­ dichtung des Spaltraumes (14) zwischen dem Genera­ tor (2) und dem Gehäuse (5) befindet.

6. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das netzartige Gebilde (10) aus Kunststoff be­ steht.

7. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das netzartige Gebilde (10) aus Elastomer besteht.

8. Flüssigkeitsgekühlter Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse ange­ ordnet ist, wobei sich zwischen dem Gehäuse und dem Generator ein wenigstens teilweise ringförmi­ ger Spaltraum für Kühlflüssigkeit befindet, wel­ cher mit einer Eintrittsöffnung und einer Aus­ trittsöffnung versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spaltraum (14) für die Kühlflüssigkeit Rip­ pen (15) derart angeordnet sind, daß sie den Spaltraum (14) verengen.

9. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (15) auf der Außenseite des Generators (2) angebracht sind.

10. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (15) aus einem formbaren, bei Kontakt mit Luft aushärtenden Material bestehen.

11. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (15) aus Silikon bestehen.

12. Flüssigkeitsgekühlter Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse ange­ ordnet ist, wobei sich zwischen dem Gehäuse und dem Generator ein wenigstens teilweise ringförmi­ ger Spaltraum für Kühlflüssigkeit befindet, wel­ cher mit einer Eintrittsöffnung und einer Aus­ trittsöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Spaltraum (14) für die Kühlflüssigkeit ein plattenartiges Gebilde (16) in einem gebogenen Zustand befindet, wobei dieses plattenartige Ge­ bilde (16) mehrere Erhöhungen (17) aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie den Spaltraum (14) verengen.

13. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (17) durch Umformen einstückig mit dem plattenartigen Gebilde (16) aus einem ebenen Ausgangszustand des plattenartigen Gebildes (16) hergestellt sind.

14. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenartigen Gebilde (16) bei der Montage des flüssigkeitsgekühlten Generators (1) in einen gebogenen Zustand bringbar ist.