DE19854464C2 - Flüssigkeitsgekühlter Generator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, nach der in den Ober­ begriffen der Ansprüche 1 und 3 näher definierten Art.

Aus der gattungsgemäßen DE 41 04 740 A1 ist eine Kühl­ vorrichtung für eine elektrische Maschine bekannt, welche insbesondere für die Wechselstromlichtmaschine eine Kraftfahrzeuges dient. Diese Kühlvorrichtung weist einen Behälter mit darin befindlichen Zuleitun­ gen und Ableitungen für eine Kühlflüssigkeit sowie ein Gehäuse mit darin eingebauter Wechselstromlichtmaschi­ ne auf. Das Gehäuse hat an seiner Außenperipherie Rip­ pen die mit den Innenwänden des genannten Behälters so zusammenwirken, daß sie Umlenkbleche für die Kühlflüs­ sigkeit bilden. Außerdem weist die Vorrichtung einen einstückigen Deckel auf, welcher mit mehreren Flan­ schen ausgerüstet ist, welche Verschluß- und Abdicht­ mittel für das Gehäuse bzw. den Behälter bilden. Der Deckel weist eine Mittelnabe zur Verbindung der beiden Flansche auf, in welcher außerdem ein Sitz zu Aufnahme eines Lagers für die Wechselstromlichtmaschine ange­ bracht ist. Außerdem sind an dem Deckel radiale Wände abwechselnd massiv und durchbrochen ausgeführt, so daß sich zwischen den Flanschen des Deckels die Umlenkble­ che für die Kühlflüssigkeit bilden, wobei die durch­ brochenen Wände aus herausnehmbaren Zapfen bestehen.

Die DE 39 41 474 A1 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten elektrischen Generator welcher insbesondere als Dreh­ stromgenerator für Kraftfahrzeuge ausgebildet ist. Dabei wird ein Flüssigkeitsmantel einerseits durch die geschlossene Außenfläche des Generatorgehäuses und andererseits durch ein als Aufnahmehohlraum ausgebil­ detes Teil eines Motor- oder Getriebeblocks begrenzt, an welches der Generator angesetzt und in welches er eingesetzt ist.

Aus der DE 196 17 265 A1 ist ein schnellaufender Elek­ tromotor für Haushaltsgeräte bekannt, bei dem auf die Motorwelle ein Ventilator angeflanscht ist, welcher zur Kühlung des Motors dient, weiter sind der Motor und der Stator in einem Motorgehäuse aufgenommen und die Kühlluft strömt zumindest teilweise außerhalb des Motorgehäuses entlang. Dabei weist der schnellaufende Elektromotor ein außerhalb des Motors angebrachtes Umlenkelement für Kühlluft auf, welches schraubenlini­ enförmig entlang des Motors angeordnet ist und von einem stabilen Gitter in Form gehalten wird.

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.

Ein weiterer Generator der oben genannten Art ist auch in der DE 44 44 956 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 Gehäuseformen 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.

Die aufgebrachten Rippen lassen eine Beeinflussung der Kühlflüssigkeitsströmung zu, so daß sich der Generator mit einer kleinen Menge an Kühlflüssigkeit sehr effi­ zient und gleichmäßig kühlen läßt.

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 3 beschrieben.

Durch die Erhöhungen bzw. Rippen des plattenartigen Gebildes auf dem Generator kommt es zu starken Turbu­ lenzen in der Kühlflüssigkeitsströmung in dem Spaltraum zwischen Gehäuse und Generator. Der Vorteil dieser Turbulenzen liegt in der stark verbesserten Wärmeübertragung zwischen Generator und Kühlflüssig­ keit.

Beim Zusammenbau des Generators läßt sich das platten­ artige Gebilde in vorteilhafter Weise sehr einfach um den Generator legen, bevor dieser mit dem Gehäuse ver­ bunden wird. Dabei können kostengünstige Standardgene­ ratoren und Gehäuse eingesetzt werden, die keine kom­ pliziert herzustellenden Kühlflüssigkeitsleiteinrich­ tungen aufweisen müssen. Dadurch lassen sich verschie­ dene thermische Anforderungen an die Generatoren z. B. durch andere Antriebsleistungen mit unterschiedlich ausgeformten plattenartigen Gebilden realisieren, ohne daß die Generatoroberfläche, das Gehäuse und die Mon­ tage verändert werden muß. Der dadurch entstehende Vorteil ist vor allem im Bereich der Logistik, der Arbeitsplanung und den Fertigungskosten zu sehen.

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 Weiterbildun­ 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 er­ findungsgemäßen Rippen vor dem Zusammenbau;

Fig. 2 einen weiteren flüssigkeitsgekühlten Generator mit einem erfindungsgemäßen plattenartigem Ge­ bilde vor dem Zusammenbau;

Fig. 3 eine Ansicht des plattenartigen Gebildes in einem ebenen Zustand; und

Fig. 4 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 und des äußeren Gehäuses 5 zu der Lichtmaschine 1 andeuten.

Vor dem Zusammenbau der Lichtmaschine 1 werden mehrere einzelne Stränge 10 eines formbaren Materials, hier insbesondere einer Silikonmasse, auf das innere Gehäu­ se 2 aufgebracht. Die so aus den Strängen entstehenden Rippen 10 übernehmen nach dem Aushärten der Silikonma­ sse die Funktion, einen zumindest teilweise ringförmi­ gen Spaltraum zwischen dem äußeren Gehäuse 5 und dem inneren Gehäuseteil 3 zu verengen. Die Funktion der Rippen 10 als Leitrippen liegt dabei einerseits in einer gezielten Leitung des Kühlwassers um den Genera­ tor 2, wobei hier der Spaltraum sehr stark verengt bis ganz verschlossen werden muß, andererseits liegt die Funktion darin, den Spaltraum in der Art zu verengen, daß es zu Turbulenzen in der Kühlflüssigkeitsströmung kommt und damit die Wärmeübertragung von dem Generator 2 an die Kühlflüssigkeit gegenüber einer weniger tur­ bulenten Kühlflüssigkeitsströmung stark verbessert wird.

Für eine Abdichtung der Lichtmaschine 1 nach außen sorgt eine Dichtung, die in zusammengebautem Zustand zwischen den Flanschen 4 und 9 zu liegen kommt, welche aber auch durch die Silikonmasse selbst ausgeführt sein kann.

Mit Hilfe einer einfachen Vorrichtung, z. B. einer Si­ likonkartusche, wie sie aus dem Bereich der Dichtungs­ technik vorzugsweise bei Sanitärinstallationen bekannt ist, können die Rippen 10 während des Zusammenbaus von Generator 2 und Gehäuse 5 auf das innere Gehäuseteil 3 aufgespritzt werden.

Fig. 2 bis 4 beschreiben eine alternative Ausführungs­ form, wie sie in den Ansprüchen 3 bis 5 beschrieben ist. In Fig. 2 ist die Lichtmaschine 1 vor dem Zusam­ menbau erkennbar. Anstelle der Rippen 10 aus Silikon­ masse tritt jetzt ein plattenartiges Gebilde 11, hier insbesondere eine Platte 11, welche in gebogenem Zu­ stand in den Spaltraum zwischen innerem Gehäuseteil 3 und äußerem Gehäuse 5 eingelegt wird. Auf dieser Plat­ te 11 sind Erhöhungen 12 ausgebildet, welche in dem eingelegten, gebogenen Zustand der Platte 11 den Spaltraum verengen.

Die im Nachfolgenden auch als Rippen 12 bezeichneten Erhöhungen 12 der Platte 16 können dabei bevorzugt in einem ebenen Zustand der Platte 11, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, auf diese aufgebracht werden. Wie in Fig. 4 erkennbar ist, wird die Platte 11 mit den Rip­ pen 12 (hier nur angedeutet) entsprechend der Größe des vollständig gekapselten Generators 2 gebogen. Beim Zusammenbau der Lichtmaschine 1 läßt sich die Platte 11 in dem gebogenen Zustand in den Spaltraum einlegen.

Durch die Größe, die Höhe und die genaue Lage der Rip­ pen 12 auf der Platte 11 läßt sich die Strömung der Kühlflüssigkeit in dem Spaltraum der Lichtmaschine 1 entsprechend der erforderlichen Kühlungsverhältnisse beeinflussen.

Als Material für die Platte 11 bieten sich insbesonde­ re Kunststoffe und Metalle an, die kostengünstig und leicht umzuformen sind.

Claims (5)

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, und in dem Rippen auf der Außenseite des Generators derart angeordnet sind, daß sie den Spaltraum verengen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (10) aus einem formbaren, bei Kontakt mit Luft aushärtenden Material bestehen.

2. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (10) aus Silikon bestehen.

3. 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 ein plattenartiges Gebilde (11) in einem gebogenen Zustand befindet, wobei dieses plattenartige Gebilde (11) mehrere Erhöhun­ gen (12) aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie den Spaltraum verengen.

4. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (12) durch Umformen einstückig mit dem plattenartigen Gebilde (11) aus einem ebenen Ausgangszustand des plattenartigen Gebildes (11) hergestellt sind.

5. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenartigen Gebilde (11) bei der Montage des flüssigkeitsgekühlten Generators (1) in einen gebogenen Zustand bringbar ist.