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Elektrische Maschine, insbesondere eigengelagerter
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Drehstromgenerator Zusammenfassung Es wird eine elektrische Maschine,
nämlich ein eigengelagerter Generator, vorzugsweise Drehstromgenerator ohne Schleifringe
vorgeschlagen, der über eine stationäre Ständerwicklung und einen rotierenden Läufer
verfügt, der topfförmig einen stationären Innenpol mit der Erregerwicklung umgibt.
Dabei ist mindestens eines der die Läuferwelle lagernden Lager im stehenden Erregerkern
angeordnet, der seinerseits in einem Einpaß eines topfförmigen Gehäuseteils oder
Lagerschilds gehalten ist. Das bei solchen Drehstromgeneratoren sonst noch übliche
zweite Lager schild, weIches ein Lager für die Läuferwelle
aufnimmt,
entfällt. Das verbleibende Gehäuseteil oder Lagerschild ist dann selbst wieder in
einem Einpaß am fremden Maschinenteil, dem der Generator zugeordnet ist, gehalten
oder kann sonstwie an diesem Teil angeflanscht scin.
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Durch den Fortfall des einen, in diesem Fall äußeren Lagerschilds
oder B-Lagerschilds wird der Generator kürzer, wobei auf den auf dieser Seite herausragenden
verlängerten Läuferwellenstummel oder unmittelbar am Läufernabenteil des Generators
das Lüfterrad befestigt ist.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine,
insbesondere einem eigengelagerten Drehstromgenerator ohne Schleifringe nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Drehstromgeneratoren verschiedenster Bauart, beispielsweise
für die Bordnetzversorgung von Kraftfahrzeugen, Schiffen, Eisenbahnwagen u. dgl.
sind bekannt; sie bestehen zumeist aus einem äußeren stationären Ständerteil mit
einer dreiphasigen Ständerwicklung als feststehendem Leitungsteil und einem Läufer,
der durch seine Drehung in der Ständerwicklung eine Spannung induziert, die für
GI eichstrombordnetze gleichgerichtet wird, wozu üblicherweise sechs in Gleichrichterbrückenschaltung
angeordnete Leistungsdioden verwendet werden In diesem Zusammenhang ist es auch
bekannt, anstelle des rotierenden, die einzelnen Magnetpole bildenden Läufers, beispielsweise
Klauenpolläufers, mit innerer, ebenfalls rotierender Erregerwicklung einen sogenannten
Leitstückläufer
zu verwenden. Der Leitstückläufer bildet dann das einzige umlaufende Teil des Drehstromgenerators;
er befindet sich zwischen dem Innenpol mit Erregerwicklung, d. h. dem die Erregerwicklung
lagernden Erregerkern, und der äußeren Ständerwicklung. In diesem Fall werden fiir
die Stromübertragung auf die Erregerwicklung keine Schleifring/Kohlebür stenanordnungen
benötigt. Der Leitstückläufer kann auch hier wieder aus zwei Polhälften mit einer
gewiinschten Anzahl, beispielsweise mit sechs klauenförmigen, ineinandergreifenden
Polen bestehen, wobei die Polhälften durch einen Ring aus unmagnetischem Stahl verbunden
sind. Eine der Polhälften ist topfförmig ausgebildet und verfügt über einen als
Nabe ausgebildeten Boden, mit welcher der Leitstückläufer an der ihn tragenden Welle
befestigt ist. Die Welle ist mit Hilfe von zwei Lagern endseitig im Generator gelagert,
diese Lager befinden sich in beidseitigen, .- die inneren GeneraL'orteile umschließenden
und lagernden vorderen und hinteren Gehäuseteile oder sogenannten Lager schilder.
Die Lager schilder bilden aufeinander zu gerichtete Einpässeund halten so Teile
der stationären Ständerwicklung zwischen sich. Es ist bei dieser bekannten Bauart
wesentlich, daß die Einpässe an den beidseitigen Lagerschildern und die korrespondierenden
Einpässe an dem dazwischenliegenden Ständerteil zur Vermeidung von Fluchtungsfehlern
der Welienlager für den Leitstückläufer mit entsprechend hoher Präzision ausgeführt
sind.
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Nachteilig ist weiterhin bei einem solchen eigengelagerten Drehstromgenerator,
daß für eine gegebene Leisbing eine beträchtliche Baulängc erforderlich ist und
die Liiftspaltgüte von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, insbesondere von der
Güte der schon erwähnten Einpässe.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, die einen eigengelagerten Generator
ohne Schleifringe bildet, hat demgegenüber den Vorteil, daß sich der Bauaufwand
erheblich reduziert, da ein Lagerschild völlig wegfallen kann, außerdem ist der
erfindungsgemäße Drehstromgenerator erheblich kürzer in seiner Baulänge.
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Besonders vorteilhaft ist noch, daß das verbleibende Lagerschild als
Topf ausgebildet ist und den Ständer trägt; gleichzeitig trägt dieses Lagerschild
den innern liegenden Erregerkern mittels eines Einpasses, der seinerseits dann mindestens
ein Läuferlager aufnimmt. Wegen der verkürzten Baulänge und des Aneinanderrückens
der Lager fallen eventuelle Fluchtungsfehler hei weitem weniger ins Gewicht, so
daß sich die Luftspaltgüte des Generators verbessert.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Drehstromgenerators
möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß beide Läuferlager in den stationären Erregerkern
verlegt wer den können, so daß es möglich ist, diese in einer Aufspannung ohne jeden
Mittenversatz herzustellen. Fluchtungsfehler fallen auf diese Weise weg.
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Es ist auch möglich, den Drehstromgenerator in einer sogenannten Flansckau-sfùhrung
auszubilden, bei der das als Topf ausgebildete, verbleibende -Lagerschild über einen
Einpaß verfügt und als Flansch dazu -dient, den Generator am Motor oder Getriebe
des zugeordneten Maschinenelements
zu befestigen. Bei einer solchen
Flanschausführung ist die Ölschmierung des Generators vom Getriebe oder Motor her
auf einfache Weise möglich; Besonders vorteilhaft ist schließlich die gute Kühlung
der Gleichrichter, die im Kühlwind des Lüfterrades liegen, welches unmittelbar an
dem verbleibenden Läuferwellenstummel oder am außen liegenden Nabenteil des Lei't3:läufers
befestigt sein kann.
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Schließlich ist es möglich, anstelle des Lüfters für die Eigenbelüftung
bei einer weiteren Ausführungsform ein Motorkühlgebläserad zu verwenden, wenn der
Generator beispielsweise direkt an einen entsprechend ausgebildeten Motor angeflanscht
ist.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt eine Cuer schnittdar stellung eines eigengelagerten Generators ohne B-Lagerschild.
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Beschreibung der Erfindungsbeispiele Bevor auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel
entsprechend der Zeichnung näher eingegangen wird, wird darauf hingewiesen, daß
sich der erfinderische Grundgedanke zur Anwendung bei beliebigen elektrischen Maschinen
eignet, bei denen ein rotierender und mittels endseitiger Lager an stationären Gehäuseteilen
gehaltener Läufer vorhanden ist, der topfförmig, beispielsweise als Leitstückläufer
einen stationären Innenpol umfaßt. Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht
demnach
darin, daß mindestens eine§ der Läuferlager in den Erregerkern
verlegt wird, vorzugsweise ist die gesamte Lagerung für den Läufer in den Erregerkern
verlegt. Dadurch erübrigt sich eines der endseitigen Lager schilder, nämlich das
sogenannte B-Lagerschild und der Generator wird kürzer, wobei dann der Lüfter, der
ein Blech-oder Gußteil sein kann, zur Kühlung des Generators lediglich am Läufer
oder an einem Läuferwellenstummel befestigt wird.
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Der in der Zeichnung gezeigte eigengelagerte Drehstromgenerator ist
mit ] bezeichnet; er verfügt über ein einziges äußeres Gehäuseteil oder A-Lagerschild
2, welches topfförmig ausgebildet ist mit einem Nabenteil 3 und einer umfassenden,
in etwa zylindrischen Wandung 4.
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Bei einer Ausführungsform kann der Topfboden 3 als Einpaß dienen,
d.
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h. er verfügt über eine Paß schulter 5, die zur Befestigung des Generators
1 an einem beliebigen fremden Maschinenteil 6 dient, welches beispielsweise ein
Getriebe-, Motor- oder Turbinengehäuse sein kann oder ein sonstiges beliebiges Bauteil,
welches über eine entsprechende Paßringschulter 7 verfügt. Die Befestigung erfolgt
dann mit Hilfe von Schraubbolzen, von denen einer bei 8 dargestellt ist. Handelt
es sich bei dem fremden Maschinenteil 6 unmittelbar um ein Getriebe- oder Motorgehäuse
mit entsprechendem Ölumlauf, dann kann noch eine Dichtung 9 vorgesehen sein.
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Der bei dem dargestellten Generator 1 verwendete Lei1: läufer ]O verfügt
über mindestens eine Polhälfte, die topfförmig ausgebildet ist und so einen als
Nabe 11 dienenden Boden aufweist. Die Gestaltung des äußeren Teils 12 des Leit¢,,Ft*gäufers,
mit welchem dieser den Innenpol
oder Erregerkern 13 umfaßt, kann
beliebig sein und braucht nicht weiter erläutert zu werden. Der äußere Teil ist
auf jeden Fall so beschaffen, daß sich bei Drehung des Läufers 10 ein wechselnder
Magnetfluß in der Drehstromständerwicklung 14 zur Induzierung der üblicherweise
dreiphasigen Wechselspannung ergibt.
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Das topfförmige verbleibende Lager schild 2 trägt das Ständerpaket
15, welches an einer Schulter 16 der inneren Ringwandung 4 des Lagerschilds 2 anliegt,
gehalten von einer bei 30 dargestellten Verschraubung Der Leitstückläufer 10 sitzt
mit seiner Nabe 11 auf der Läuferwelle 17; er kann beispielsweise auf diese aufgekeilt
oder sonstwie befestigt sein.
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Die Läuferwelle 17 erstreckt sich durch die innere Bohrung 18 des
stationären Erregerkerns 13 und ist mittels zweier Lager 19 und 20 im Erregerkern
gelagert.
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Es versteht sich aber, daß das der Erfindung zugrundeliegende Ziel
schon dann erreicht ist, wenn lediglich das in diesem Falle äußere Lager 19 im Erregerkern
13 angeordnet ist, denn auch dadurch wird der Wegfall des zweiten Lagerschilds möglich.
Das Lager 20 kann dann in einem Einpaß des Lagerschilds 2 gehalten sein, wobei der
Erregerkern 13 an einem anderen Einpaß oder an dem gleichen Einpaß in entsprechend
geeigneter Weise gelagert ist. Bevorzugt ist jedoch die dargestellte Lagerung, bei
welcher der Erregerkern 13, der seinerseits noch die mit 21 bezeichnete Erregerwicklung
lagert, in einer Paßbohrung 22 der Lagerschildnabe 3 sitzt. Dieser so gebildete
Einpaß dient sowohl zur axialen als auch radialen Lagerung und Sicherung des Erregerkerns
13 und verfügt daher bevorzugt über eine größere axiale Erstreckung, d. h. der bei
22 dargestellte Einpaß ist so ausgebildet,
daß sich der zugeordnete
innere Ringflansch 23 am Erregerkern 13 durch die gesamte Paßbohrung 22 erstreckt.
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Man erkennt, daß der Erregerkern ];3 beide Lager 19 und 20 für die
Läuferwelle 17 aufnimmt, die daher fluchtend und ohne Mittenversatz angeordnet werden
können.
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Der Antrieb der Läuferwelle 17 kann von der in der Zeichnung äußeren
Seite, also im Bereich der Nabe 11 des Läufers 10 erfolgen; erfolgt aber bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt von der Seite des fremden Maschinenteils
6 aus; daher endet die Läuferwelle 17 an dieser Stelle in einen Wellenstummel 17a,
an weIchem in geeigneter Weise ein Antriebsrad 24 befestigt ist. Bei diesem Antriebsrad
kann es sich um eine Keilriemenscheibe handeln, bevorzugt erfolgt der Antrieb aber
formschlüssig, so daß das Antriebsrad 24 als Zahnrad ausgebildet ist. In diesem
Fall ist der eigengelagerte Generator als sogenannter Flanschgenerator ausgeführt,
wie er auch in der Zeichnung dargestellt ist, und die Öl schmierung des Generators
erfolgt von dem Getriebe oder Motor her, an welchem er, wie gezeigt, angeflanscht
ist. Für den Öltransport xw- m äußeren, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Rollenlager ausgebildeten Lager 19 ist eine Ölleitung 25 mit C)uerbohrung 26
vorgesehen; die Abdichtung nach außen erfolgt mit Hilfe eines üblichen geeigneten
Dichtrings 27.
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In einer Variante der dargestellten Ausführungsform ist es möglich,
einen solcherart ausgebildeten, eigengelagerten Generator gleichzeitig als Lagerung
für ein Motorkühlgebläserad zu verwenden, welches dann anstelle des in der Zeichnung
dargestellten Lüfterrades 28 an der Nabe
11 des Läufers 10 befestigt
und in geeigneter Weise ausgebildet ist.
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Die Möglichkeit der unmittelbaren Befestigung des Lüfters 28 auf dem
Läufer ist ohnehin von erheblichem Vorteil, denn es ergibt sich so eine sehr günstige
Eigenbelüftung des Generators, bei dem die Luftzufuhr entsprechend den Pfeilen A
über Lüftungsbohrungen 29 im Lagerschild 2 erfolgt. Die Kühlluft durchströmt dann
die zu kühlenden Generatorteile, insbesondere die Ständerwicklung und wird entsprechend
den Pfeilen B von den Lüfterflügeln des Lüfterrads 28 wieder abgeführt.
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Das anstelle des Lüfterrads 28 auf der Nabe 11 bzw. einem nicht dargestellten,
hervorstehenden Wellenstummel auf dieser Seite aufgesetzte Motorkühlgebläserad ist
dann selbstverständlich von anderer Form und so ausgebildet, daß erheblich größere
Lüfterleistungen bewältigt werden können, wobei gleichzeitig die Belüftung des Generators
erfolgt, der in diesem Fall neben der Stromerzeugung dazu dient, das Motorkühlgebläserad
zu lagern und mit seiner Lüfterwelle einen integralen Bauteil und Verbindung steil
zwischen Motor und Motorkühlgebläserad bildet.
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Die vorteilhafte kurze Baulänge bei gleicher elektrischer Leistung
sichert, wie schon erwähnt, eine hohe Luftspaltgüte, insbesondere weil die Anzahl
der Einpässe für die Lagerteile, die die Wälzlager der Läuferwelle tragen, reduziert
werden konnten. Durch die kurze Bauart verringert sich auch ein möglicher Fluchtungsfehler
erheblich. Besonders vorteilhaft ist schließlich noch, daß Fluchtfehler der Lagernaben
für die Läuferwelle völlig ausgeschlossen sind, denn diese befinden sich innerhalb
eines einstückigen, stationären Teils, nämlich des Innenpols oder des Erregerkerns
13. Daher verfügt der erfindungsgemäße Drehstromgenerator auch über eine erhebliche
Laufruhe.