DE3211502A1

DE3211502A1 - Wechselstromgenerator fuer ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3211502A1
Application number: DE19823211502
Authority: DE
Inventors: Yutaka Himeji Hyogo Kitamura; Yoshihisa Kitora; Masatoshi Amagasaki Hyogo Koyanagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1982-03-29
Publication date: 1982-11-11
Also published as: FR2502860B1; JPS57159367U; FR2502860A1; US4492885A; DE3211502C2; JPS6341817Y2

Description

1A-3862

ME-632
(F-2199)

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo, Japan

Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung der
Kühleinrichtung eines Wechselstromgenerators, welche eine Gleichrichtereinrichtung und eine Statorwicklung, die eine große Wärmemenge emittieren, wirksam zu kühlen vermag.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Wechselstromgenerator. Dieser umfaßt ein KUhlgebläse 1, welches durch einen
nichtgezeigten Motor angetrieben wird, sowie eine Frontabdeckung 2, welche in Nachbarschaft zum Kühlgebläse

Sr-
- S.

liegt und eine becherförmige Gestalt hat, mit einem zylindrischen Bereich 2a. Eine Ventilationsöffnung 21 ist im Endbereich der Frontabdeckung 2 ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung. Diese wird im folgenden als dritte Ventilationsöffnung bezeichnet. Ferner ist eine becherförmige, hintere Abdeckung 300 vorgesehen, welche der Frontabdeckung in axialer Richtung gegenüberliegt. Auch diese weist einen zylindrischen Bereich 300a auf und einen staubsicheren, zylindrischen Bereich 300b. Eine Ventilationsöffnung 301, welche im folgenden als "erste Ventilationsöffnung" bezeichnet wird, ist im Endbereich (in axialer Richtung gesehen) der hinteren Abdeckung ausgebildet. Ein Stator 4 wird zwischen der hinteren und der vorderen Abdeckung 2, 300 gehalten und umfaßt einen Statorkern 4a. Ein Rotor 5 befindet sich im Inneren des Stators und wird ebenfalls durch die Abdekkungen oder Gehäusebauteile 2, 300 drehbar gehalten. Eine Gleichrichtereinrichtung 6 ist an der hinteren Abdeckung 300 befestigte Sie umfaßt eine Wärmeabstrahlungsplatte 6a. Eine Statorwicklung 7 ist in den Stator gewickelt und mit einem isolierenden Substrat imprägniert, z.B. einem gehärteten Lack. Schließlich ist eine Kollektoreinrichtung 8 vorgesehen zur Einspeisung des Stroms in den Rotor 5.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 tritt Kühlluft von außen durch die hintere Abdeckung 300, und zwar aufgrund der Drehung des Kühlgebläses 1 in Richtung der Pfeillinie a. Hierdurch wird die Gleichrichtereinrichtung 6 und die Statorwicklung 7 gekühlt und sodann der Statorkern 4a und der Rotor 5.

Der Zustand des Stroms der Kühlluft über die Oberfläche der Statorwicklung 7 und des Statorkerns 4a soll im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert werden.

Bei der Statorwicklung 7, welche zur hinteren Abdeckung 300 hin vorsteht, und zwar über die Grenzfläche des Statorkerns 4a hinaus, ist die Oberfläche der Statorwicklung 7, welche der Innenfläche der hinteren Abdeckung 300 gegenüberliegt, mit 7a bezeichnet, während die Oberfläche der Statorwicklung 7» welche dem Rotor 5 gegenüber liegt, mit 7b bezeichnet ist. In ähnlicher Weise ist bei dem Teil der Statorwicklung 7, welcher zur vorderen Abdeckung 2 hin vorsteht, die Oberfläche der Statorwicklung 7» welche der Innenfläche der vorderen Abdeckung 2 gegenüberliegt, mit 7c bezeichnet, während die Fläche der Statorwicklung 7, die dem Rotor 5 gegenüberliegt, mit 7d bezeichnet ist. Die Bezugsziffern 71, 72 bezeichnen Luftspalte zwischen der Statorwicklung 7 und dem Statorkern 4a, wenn die Statorwicklung im Statorkern 4a ausgebildet ist.

Bei einem herkömmlichen Generator des Aufbaus gemäß Fig.1 wird die Kühlluft durch die Drehung des Kühlgebläses 1 durch das Ventilationsloch 301 in der hinteren Abdeckung 300 angesaugt und strömt durch die hintere Abdeckung 300 in Richtung der Pfeillinie a, so daß die Oberfläche 7b der Statorwicklung 7, welche dem Rotor 5 gegenüberliegt und innerhalb der hinteren Abdeckung angeordnet ist, gekühlt wird. Ferner wird der Rotor 5 gekühlt sowie der Statorkern 4 und die Oberfläche der Statorwicklung 7, die dem Rotor innerhalb der vorderen Abdeckung gegenüberliegt. Andererseits ist Jedoch die Beströmung der Oberflächen 7a, 7c der Statorwicklung 7, welche den Innenflächen der vorderen und hinteren Abdeckung 2 bzw. 300 gegenüberliegen, und die Beströmung der Luftspalte 71 und 72 mit Kühlluft äußerst gering, so daß hier heiße Luft angestaut wird. Es kommt in diesen Bereichen zu einer unzureichenden Wärmeabführung und eine genügende Abkühlung der Statorwicklung wird verhindert. Der hohe Temperaturanstieg

führt zu Problemen hinsichtlich der Dynamocharakteristik.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des herkömmlichen Generators zu überwinden und einen Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welcher einen ausreichenden und effizienten Kühleffekt in bezug auf die große Wärmeenergie liefert, die vom Stator abgegeben wird, sowie in bezug auf die Wärmeenergie, die von der Gleichrichtereinrichtung abgegeben wird. Dies soll erreicht werden durch die Strömung einer Kühlluft über die Oberflächen einer Statorwicklung, eines Statorkerns und der Hitzeabstrahlungsplatte der Gleichrichter, und zwar jeweils mit ausreichend großer Peripheriegeschwindigkeit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug mit vorderen und hinteren Abdeckungen, welche jeweils becherförmige Gestalt haben, und zwar mit einem zylindrischen Bereich und mit Stirnflächen, die in axialer Richtung einander gegenüberliegen. Eine Gleichrichtereinrichtung ist mit einer der beiden Abdeckungen (Gehäuseteile) verbunden. Ferner wird ein Stator zwischen den beiden Abdeckungen oder Gehäuseteilen gehalten. Ein Rotor ist innerhalb des Stators angeordnet und von den beiden Abdeckungen oder Gehäuseteilen drehbar gehalten. Der Rotor umfaßt ein erstes Zentrifugalgebläse an einem Ende des Rotors. Der Durchmesser ist kleiner als derjenige des Rotors. Die erste Ventilationsöffnung für die Einströmung von Kühlluft ist im Endbereich (in axialer Richtung) der Abdeckung vorgesehen, und zwar auf der Seite dieses Zentrifugalgebläses. Eine zweite Ventilationsöffnung für den Austritt der Kühlluft ist im zylindrischen Bereich der Abdeckung ausgebildet, in der die erste Ventilationsöffnung ausgebildet ist. Ein zweites Zentrifugalgebläse ist mit dem anderen Ende des Rotors verbunden und hat einen Durchmes-

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ser, der größer ist als der Durchmesser des Rotors. Die dritte Ventilationsöffnung für die Einspeisung von Kühlluft ist im Endbereich (in Axialrichtung) der anderen Abdeckung ausgebildet. Eine vierte Ventilationsöffnung für den Austritt der Kühlluft ist im zylindrischen Bereich der anderen Abdeckung ausgebildet, so daß die durch die dritte Ventilationsöffnung eingesaugte Kühlluft durch die vierte Ventilationsöffnung ausströmt, und zwar aufgrund der Drehung des zugeordneten Zentrifugalgebläses. Ein Teil der Kühlluft, welche durch die dritte Ventilationsöffnung angesaugt wird, strömt durch den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator. Die durch die erste Ventilationsöffnung angesaugte Luft strömt durch die zweite Ventilationsöffnung aus.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt eines herkömmlichen Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie I-I der Flg. 2; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Wirkung der Kühlluft, die durch die Zentrifugalgebläse an der Stirnfläche eines Rotors bewegt wird.

Im folgenden soll eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert werden. Eine Vielzahl von Ventilationslöchern 22 bildet die vierten Ventilationslöcher. Sie sind in einer kreisförmigen Fläche des zylindrischen Bereichs 2a der vorderen Abdeckung 2 ausgebildet. Ferner ist eine Wandung 3 vorgesehen, die einstückig mit dem zylindrischen Bereich 30Oa und dem Staubschutz-Zylinderbereich 300b (Flg.1) ausgebildet ist. Ein Ventilationsloch 31 als erste Ventilationsöffnung ist

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im Endbereich (in axialer Richtung) der Wandung 3 ausgebildet. Ein kleines Zentrifugalgebläse 10 für Kühlzwecke ist an der Endfläche des Rotors 5 einstückig ausgebildet, derart, daß die Ventilationsöffnung 51 des Rotors 5 verschlossen ist. Ein großes Zentrifugalgebläse 11 ist einstückig mit der anderen Endfläche des Rotors.5 auf der entgegengesetzten Seite der Anordnung des kleinen Zentrifugalgebläses verbunden und liegt in Nachbarschaft zur Endfläche der vorderen Abdeckung 2. Hierdurch wird die Ventilationsöffnung 51 des Rotors 5 ebenfalls verschlossen. Dieses Gebläse 11 hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des kleinen Zentrifugalgebläses 10. Eine Schutzabdeckung 12 dient zum Schutz der Kollektoreinrichtung 8 und der Gleichrichtereinrichtung 6 vor den Einwirkungen von schmutzigem Wasser, Salzwasser, Staub oder dergl., welche zu Störungen führen könnten. Eine Ventilationsöffnung 121 ist als fünfte Ventilationsöffnung in der Endfläche (in axialer Richtung) der Schutzabdeckung 12a ausgebildet. Eine Wärmeabstrahlungsplatte 6a ist in Nachbarschaft zur ersten Ventilationsöffnung 31 an der Wandung 3 ausgebildet und bildet einen Teil der Endfläche (in axialer Richtung) der Wandung 3. Eine Dichtung 9 dient zur Isolierung und Fixierung eines Drahts, der die Statorwicklung mit der Gleichrichtereinrichtung verbindet. Bei dieser Ausführungsform wird der Rotor 5 durch einen nichtgezeigten Motor in Drehung versetzt, so daß kühle Luft von außen aufgrund des kleinen Zentrifugalgebläses 10 und des großen Zentrifugalgebläses 11, welche jeweils mit den Stirnflächen des Rotors verbunden sind, eingesaugt wird.

Wenn das große Zentrifugalgebläse 11 gedreht wird, so wird kühle Luft durch die dritte Ventilationsöffnung 21 gemäß der Pfeillinie a eingesaugt, und diese Kühlluft strömt in Richtung der Pfeillinie b entlang der Schau-

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fein des großen Zentrifugalgebläses, da nämlich die Ventilationsöffnung 51 an der Endfläche des Rotors durch die Endfläche des Zentrifugalgebläses 11 verschlossen ist. Der Druck oberhalb der Oberfläche 7c der Statorwicklung 7, welche der Innenfläche 11 der Frontabdekkung 2 gegenüberliegt, erhöht sich auf einen Überdruck, so daß ein Teil der Kühlluft durch die vierte Ventilationsöffnung gemäß der Pfeillinie d nach außen strömt. In ähnlicher Weise wird Kühlluft durch die Drehung des kleinen Zentrifugalgebläses 10 angesaugt, und zwar durch die fünfte Ventilationsöffnung in der Schutzabdeckung gemäß Pfeillinie k. Ein Teil dieser Kühlluft bestreicht die Gleichrichtereinrichtung 6 direkt, so daß diese gekühlt wird. Danach strömt diese Kühlluft durch die erste Ventilationsöffnung 31 gemäß der Pfeillinie j. Wenn man nun den Druck oberhalb der Fläche 7c der Statorwicklung 7» welche der Innenfläche der vorderen Abdeckung 2 gegenüberliegt, vergleicht mit dem Druck oberhalb der Oberfläche 7a der Statorwicklung 7, welche der Innenfläche der Abdeckung 3 gegenüberliegt, so stellt man fest, daß der Überdruck, der über der Oberfläche 7c der Statorwicklung 7 besteht, größer ist als der überdruck, der über der Oberfläche 7a der Statorwicklung aufgrund des kleineren Zentrifugalgebläses 10 entsteht, da nämlich der Außendurchmesser des großen Zentrifugalgebläses 11 größer ist als der Außendurchmesser des kleinen Zentrifugalgebläses 10. Somit wird ein Druckgradient über die Ventilationsöffnung 51 des Rotors 5 erzeugt, und zwar zwischen den Flächen 7a und 7c der Statorwicklung 7» Hierdurch wird ein Teil der Kühlluft, die gemäß der Pfeillinie b einströmt, veranlaßt, durch die Ventilationsöffnung 51 des Rotors 5 zu strömen, und zwar gemäß den Pfeillinien e, f und g. Danach vereinigt sich dieser KUhlluftstrom mit dem Kühlluftstrom j und gelangt über die zweite Ventilationsöffnung 32 gemäß der Pfeillinie nach draußen.

Im folgenden soll auf Fig. 4 Bezug genommen werden. Es soll nun der Luftstrom betrachtet werden, der in Fig. 2 gemäß der Pfeillinie b strömt, und zwar zwischen zwei Schaufeln des großen Zentrifugalgebläses 11, z.B. zwischen zwei Schaufeln 11a und 11b ähnlich den in Fig. 4 dargestellten Schaufeln. Der Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft wird mit V? angegeben, und zwar im Hinblick auf die Drehsystemkoordinaten des Gebläses. Wenn die Kühlluft aus dem großen Zentrifugalgebläse 11 austritt, so muß aufgrund der Drehung des großen Zentrifugalgebläses 11 die Relativgeschwindigkeit Vv* der Trägheitssystemkoordinaten zuaddiert werden, letztere Koordinaten kommen zustande durch Fixierung der Drehsystemkoordinaten des Gebläses. Man erkennt daher, daß der Vektor der Kühlluft V* erhalten wird durch Zusammensetzen der Vektoren Vr und Vv. Diese Kühlluft erhält nun Komponenten, die zur Statorwicklung hin beschleunigt werden. Der Kühlluftstrom rotiert entlang der Oberfläche 7c der Statorwicklung 7, so daß das Mehrfache der Wärmeenergie von der Oberfläche 7c der Statorwicklung 7 abgeleitet wird. Auf diese Weise wird die Statorwicklung 7 äußerst wirksam gekühlt.

Auch die gemäß Pfeillinie j vom kleinen Zentrifugalgebläse 10 erzeugte Kühlluft erhält eine Peripheriegeschwindigkeit, so daß auch die Oberfläche 7a der Statorwicklung 7 wirksam gekühlt wird. Darüber hinaus befindet sich die Wärmeabstrahlungsplatte 6a der Gleichrichtereinrichtung 6 in Nachbarschaft zur ersten Ventilationsöffnung 31 und bildet einen Teil der Endfläche (in axialer Richtung) der Abdeckung oder Wandung 3, so daß die Kühlluft j auch eine Peripheriegeschwindigkeit in bezug auf die Wärmeabstrahlungsplatte 6a aufweist. Somit wird auch die Gleichrichtereinrichtung über die Wärmeabstrahlungsplatte 6a wirksam gekühlt. Die Innenflächen der

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Frontabdeckung 2 und der Wandung 3 sowie die Seitenflächen 41, 42 des Statorkerns 4a werden ebenfalls wirksam gekühlt, da die Kühlluft mit einer Peripheriegeschwindigkeitskomponente strömt. Die Wärmeenergie, welche aus der Statorwicklung 7 zum Statorkern 4a entweicht oder zur Frontabdeckung 2 oder zur Wandung 3» kann somit gesteigert werden, so daß der Kühleffekt in bezug auf die Statorwicklung 7 noch weiter gesteigert wird.

Wie oben erläutert, werden die Gesamtflächen der Statorwicklung 7 und die Seitenflächen 41, 42 des Statorkerns 4a wirksam durch die Kühlluft gekühlt. Darüber hinaus erzielt man eine Kühlung der Statorwicklung und des Statorkerns dadurch, daß man eine Differenz zwischen den Gebläsecharakteristika der beiden Zentrifugalgebläse herbeiführt, welche mit den Endflächen des Rotors verbunden sind. Dies führt dazu, daß eine genügende Menge der Kühlluft durch die Luftspalte zwischen dem Rotor und dem Stator strömt. Hier liegen große Wärmeabstrahlungsflachen vor. Daher ist hier der Abkühlungswirkungsgrad besonders groß. Eine Temperatursteigerung der Statorwicklung 7 kann somit wirksam verhindert werden. Ein Temperaturanstieg in der Gleichrichtereinrichtung kann dadurch verhindert werden, daß die Kühlluft direkt durch die fünfte Ventilationsöffnung 121 einströmt, sowie ferner durch indirekte Kühlung über die Wärmeabstrahlungsplatte 6a aufgrund des Effekts der Peripheriegeechwindigkeitskomponente der Kühlluft, welche durch das kleine Zentrifugalgebläse zustandekommt.

Erfindungsgemäß wird somit ein Wechselstromgenerator geschaffen, bei dem an einem Ende eines Rotors ein erstes Zentrifugalgebläse befestigt ist. Eine oder mehrere erste Ventilationsöffnungen für die einströmende Kühlluft sind in dem Endbereich (in axialer Richtung) einer

Abdeckung auf der Seite des ersten Zentrifugalgebläuses ausgebildet. Eine zweite Ventilationsöffnung für das Ausströmen der Kühlluft ist im zylindrischen Bereich dieser Abdeckung ausgebildet, in der auch die erste Ventilationsöffnung ausgebildet ist. Ein zweites Zentrifugalgebläse ist mit dem anderen Ende des Rotors verbunden. Es hat einen Außendurchmesser, der größer ist als derjenige des ersten Zentrifugalgebläses. Eine dritte Ventilationsöffnung für die Einströmung von Kühlluft ist in einem Endbereich (in axialer Richtung) einer anderen Abdeckung ausgebildet. Eine vierte Ventilationsöffnung für die Ausströmung von Kühlluft ist im zylindrischen Bereich der anderen Abdeckung (Gehäuseteil) ausgebildet. Wenn beide Zentrifugalgebläse gedreht werden, so wird Kühlluft durch die dritte Ventilationsöffnung angesaugt und strömt durch die vierte Ventilationsöffnung aus. Ein Teil der durch die dritte Ventilationsöffnung angesaugten Kühlluft strömt durch einen Luftspalt aus, welcher zwischen dem Rotor und dem Stator gebildet ist, und von hier durch die zweite Ventilationsöffnung nach draußen. Die durch die erste Ventilationsöffnung angesaugte Kühlluft strömt ebenfalls durch die zweite Ventilationsöffnung nach draußen. Hierdurch wird ein Temperaturanstieg der Statorwicklung verhindert und ferner wird auch die Gleichrichtereinrichtung wirksam gekühlt.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1 .J Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug mit vorderen und hinteren becherartigen, zylindrische Wandungen aufweisenden Gehäuseteilen, welche in axialer Richtung einander gegenüberstehen, mit einer Gleichrichtereinrichtung, die mit einem der Gehäuseteile verbunden ist, mit einem Stator, der zwischen den Gehäuseteilen gehaltert ist, und mit einem Rotor, der im Inneren des Stators angeordnet ist und drehbar in den beiden Gehäuseteilen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Rotors (5) ein erstes Zentrifugalgebläse (10) befestigt ist, welches Kühlluft durch eine erste Ventilationsöffnung (31) im Endbereich (in Axialrichtung) des Gehäuseteils (3) auf der Seite des ersten Zentrifugalgebläses (10) ansaugt, wobei diese Kühl luft durch eine zweite Ventilationsöffnung (32) im zylindrischen Bereich dieses Gehäuseteils (3), in dem auch die erste Ventilationsöffnung (31) ausgebildet ist, ausströmt, sowie durch ein zweites Zentrifugalgebläse (11), welches mit den anderen Ende des Rotors (5) verbunden ist und einen Außendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser des ersten Zentrifugalgebläses (10), wobei eine dritte Ventilationsöffnung (21) für die Einströmung von Kühlluft im Endbereich (in Axialrichtung) des anderen Gehäuseteils (2) ausgebildet ist und wobei eine vierte Ventilationsöffnung (22) für die Ausströmung der Kühlluft im zylindrischen Bereich dieses anderen Gehäuseteils (2) ausgebildet ist, derart, daß bei Drehung des ersten Zentrifugalgebläses (10) und des zweiten Zentrifugalgebläses (11) Kühlluft durch die dritte Ventilationsöffnung (21) angesaugt wird und teilweise durch die vierte Ventilationsöffnung (22) nach draußen strömt und zum anderen Teil durch den Luftspalt zwischen dem Rotor (5) und dem Stator (4) zur zweiten Ventilationsöffnung

(32) strömt, wobei auch die durch die erste Ventilationsöffnung (31) angesaugte Kühlluft durch die zweite Ventilationsöffnung (32) ausströmt.
2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des ersten Zentrifugalgebläses (10) kleiner ist als der Außendurchmesser des Rotors (5) und daß der Außendurchmesser des zweiten Zentrifugalgebläses (11) größer ist als der Außendurchmesser des Rotors (5).
3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von vierten Ventilationsöffnungen (22) in einer Kreisanordnung der Zylinderfläche der Abdeckung (2).
4. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von zweiten Ventilationsöffnungen (32) in Kreisanordnung im zylindrischen Bereich des Gehäuseteils (3) ausgebildet ist, und zwar in Positionen, welche denjenigen der vierten Ventilationsöffnungen (22) gegenüberliegen.
5. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zentrifugalgebläse (10) einstückig mit der Endfläche des Rotors (5) verbunden ist, so daß die Ventilationsöffnung des Rotors verschlossen ist.
6. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fünfte Ventilationsöffnungen (121) in einer Schutzabdeckung (12) gegenüber den ersten Ventilationsöffnungen (31) ausgebildet sind.
7. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (6) mit dem Gehäuseteil (3) verbunden ist, welches die erste Ventilationsöffnung (31) aufweist und eine Hitzeabstrahlungsplatte (6a) trägt, welche in Nachbarschaft zur ersten Ventilationsöffnung (31) angeordnet ist, so daß die Wärme der Gleichrichtereinrichtung abgeführt bzw. abgestrahlt werden kann.