DE60209546T2

DE60209546T2 - Lüfter für wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE60209546T2
Application number: DE60209546T
Authority: DE
Inventors: Claudiu Vasilescu; Sebastien Arrighi
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-09-28
Also published as: DE60209546D1; ES2256577T3; ATE319014T1; US7168923B2; JP2005504229A; WO2003029658A1; KR20040039455A; EP1438513B1; EP1438513A1; FR2830293A1; US20050106024A1; FR2830293B1

Description

Geltungsbereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Lüfter für einen Wechselstromgenerator, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Dieser Lüfter ist dazu bestimmt, drehfest mit dem Läufer des Wechselstromgenerators verbunden zu werden, und umfasst einen als Flansch dienenden Teil und eine Mehrzahl von Lüfterflügeln, die sich von diesem aus erstrecken, wobei der Lüfter als Formteil aus Kunststoff an einem mechanischen Einsatz aus einem mechanisch widerstandsfähigeren Material als Kunststoff, etwa aus Metall, ausgeführt ist, der den Teil des Lüfters bildet, der die Befestigung am Träger übernimmt.
Stand der Technik
Derartige Lüfter sind bereits bekannt und beispielsweise in der französischen Patentschrift Nr. 2 673 338 der Anmelderin beschrieben, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Lüfter ist der Einsatz aus Metall ausgeführt und in dem als Flansch dienenden Teil angeordnet, wobei er zur Befestigung der Lüfter, insbesondere durch Schweißen, am Läufer dient. Da der aus Kunststoff ausgeführte Lüfter an diesem Einsatz mit seinem Lüfterflügeln aufgeformt ist, besteht die Möglichkeit, Lüfter herzustellen, die Lüfterflügel aufweisen, deren Anzahl, Gestaltung und Anordnung in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung des Lüfters und von der Kühlleistung, die er erbringen soll, ausgewählt werden können.
Diese Lüfter können bei Wechselstromgeneratoren mit einer hohen Stromabgabe verwendet werden, die bei ineffizienter Lüftung zu starke Erhitzungen erzeugen können.
Diese bekannten Lüfter haben jedoch die Hauptnachteile, dass ihre Herstellung aufgrund der erheblichen Menge an erforderlichem Kunststoff, der teuer ist, kostenaufwendig ausfällt und ihre mechanische Festigkeit, ebenfalls bedingt durch die große Masse verwendeten Kunststoffes, unzureichend ist.
Gegenstand der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Lüfter der vorgenannten Art vorzuschlagen, der die vorstehend angeführten Nachteile nicht aufweist.
Im Hinblick auf die Lösung dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß ein Lüfter für einen Wechselstromgenerator mit einem Läufer vorgesehen, der dazu bestimmt ist, drehfest mit dem Läufer des Wechselstromgenerators verbunden zu werden, umfassend einen als Flansch dienenden Teil und eine Mehrzahl von Lüfterflügeln, die sich von letzterem aus erstrecken, wobei der Lüfter als Formteil aus Kunststoff an einem Einsatz ausgeführt ist, der den Teil des Flansches des Lüfters bildet, der dazu bestimmt ist, seine Befestigung am Läufer zu übernehmen, wobei der Einsatz eine Bewehrung bildet, die in der Lage ist, die bei der Drehung des Lüfters erzeugten mechanischen Beanspruchungen auszuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz wenigstens einen Teil eines Lüfterflügels umfasst, um die mechanische Festigkeit des Lüfters zu erhöhen und eine bessere Anfügung des Kunststoffes zu erzielen.
Der aufgeformte Lüfter weist daher eine verstärkte mechanische Festigkeit dank des, vorteilhafterweise aus Metall ausgeführten, Einsatzes auf, der wenigstens einen Teil eines Lüfterflügels umfasst und der den aus Kunststoff ausgeführten Teil des Lüfters festigt. Außerdem verringern sich die Kosten des aufgeformten Lüfters, weil der Einsatz, insoweit er wenigstens einen Teil eines Lüfterflügels umfasst, einen relativ großen Raum einnimmt und für eine gute mechanische Festigkeit sorgt, so dass die für die Herstellung des aufgeformten Lüfters erforderliche Kunststoffmenge geringer ausfällt. Darüber hinaus ermöglicht es der Einsatz, die Form, die Anordnung und die gewünschte Anzahl der Lüfterflügel auszuführen. Die Lüfterflügel können sehr nahe beieinander angeordnet sein oder eine komplexe Form aufweisen und trotzdem robust ausfallen, da der Einsatz wenigstens einen Teil eines Lüfterflügels trägt, wodurch eine bessere Verankerung des Kunststoffes am Einsatz und somit eine ausgeprägtere Homogenität des Lüfters herbeigeführt werden kann. Der Lüfter kann daher mit hohen Drehzahlen laufen, eine hohe Leistung aufweisen, geräuscharm arbeiten und in einen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge eingebaut werden.
Die Erfindung wird vorteilhafterweise durch die verschiedenen nachfolgenden Merkmale, für sich genommen oder in allen ihren technisch möglichen Kombinationen, ergänzt:

– Der Einsatz erstreckt sich wenigstens in etwa auf der vollständigen Ausdehnung des Flanschteils des Lüfters. Dadurch wird eine gute mechanische Festigkeit des Lüfters mit einer geringeren Kunststoffmenge sichergestellt, insoweit das Volumen des Flansches im wesentlichen durch den Einsatz eingenommen wird.
– Der Einsatz erstreckt sich radial auf wenigstens zwei Dritteln des aufgeformten Teils des Lüfters. Dadurch ist die mechanische Festigkeit des Umfangsendes des Lüfters sichergestellt, da dieser nicht aufgeformte Teil des Lüfters sehr nahe am Ende des Einsatzes verbleibt, wodurch die auf diesen äußeren Teil des Lüfters ausgeübten mechanischen Beanspruchungen bei seinem rotierenden Betrieb deutlich verringert werden.
– Der Einsatz weist an seinem äußeren Umfang einen in etwa kreisförmigen Umriss auf.
– Der Einsatz weist an seinem äußeren Umfang einen zahnförmigen Umriss auf.
– Der Lüfter umfasst zwei Flügelreihen, und zwar eine erste Reihe von Hauptflügeln, die länger sind als eine zweite Reihe von Sekundärflügeln, von denen wenigstens einer zwischen zwei Hauptflügeln angeordnet ist, wobei diese Sekundärflügel wenigstens teilweise zum Einsatz gehören.
– Die Hauptflügel gehören wenigstens teilweise zum Einsatz. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass nur die großen Flügel aus Blech und die kleinen Flügel aus Kunststoff ausgeführt sind.
– Flügel einer gleichen Reihe sind aufeinander folgend angeordnet.
– Der Einsatz ist aus gebogenem Blech in Form eines Lüfters mit wenigstens einem Sekundär- oder Hauptflügel ausgeführt.
– Der Lüfter ist ein Zentrifugal-, Zentripetal-, Axial-, Axialzentrifugal- oder Axialzentripetallüfter.
– Die Flügel bzw. die Teile der Flügel, die nicht zum Einsatz gehören, sind durch Aufformen eines Kunststoffes auf dem Einsatz hergestellt.
– Die aufgeformten Flügel aus Kunststoff umfassen zumindest teilweise wenigstens einen zwischen zwei Hauptflügeln befindlichen Sekundärflügel.
– Die Oberflächen des Einsatzes sind wenigstens teilweise mit dem Kunststoff bedeckt.
– Die Sekundärflügel sind wenigstens teilweise mit Kunststoff bedeckt.
– Wenigstens die Teile des Einsatzes, die zur Befestigung des Lüfters an seinem Träger dienen, sind frei von Kunststoff.
– Der Lüfter ist ein Axiallüfter mit einem Flanschteil, der an seinem äußeren Umfang einen zylindrischen Teil trägt, und mit Flügeln, die an der Außenfläche des zylindrischen Teils befestigt sind, der wenigstens zum Einsatz gehört.
– Der Lüfter ist ein Axiallüfter mit einem Flanschteil, der Flügel trägt, wobei sich der Einsatz wenigstens auf der Ausdehnung des Flansches erstreckt.
– Der Metalleinsatz umfasst wenigstens eine Ausnehmung, um die mechanische Festigkeit der Aufformung zu erhöhen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Das Verständnis der Erfindung sowie weiterer Ziele, Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung wird durch die nachfolgende erläuternde Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen erleichtert, die lediglich als Beispiel zur Veranschaulichung einer Ausführungsart der Erfindung angeführt werden. Darin zeigen im einzelnen:
1 eine Axialschnittansicht eines Wechselstromgenerators in Standardausführung;
2 eine Ansicht der Vorderseite eines Lüfters mit zwei Flügelreihen gemäß der Erfindung;
3 eine Ansicht der Rückseite des Lüfters nach 2;
4 ein Schnittansicht entlang der Linie III-III von 3 unter Weglassung der Lüfterflügel;
5 eine perspektivische Ansicht eines anderen Lüfters mit zwei Flügelreihen, der erfindungsgemäß ausgeführt werden kann;
6 eine Ansicht der Vorderseite einer anderen Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Lüfters mit zwei Flügelreihen;
7 eine Draufsicht des im Lüfter von 6 verwendeten Metalleinsatzes vor dem Biegen der Abschnitte, die dazu bestimmt sind, die kurzen Flügel zu bilden;
8 eine Ansicht des Einsatzes gemäß 6 nach der durch Biegen vorgenommenen Ausführung der kurzen Flügel;
9 eine ähnliche Ansicht wie 6 zu einer anderen Ausführungsversion des Lüfters gemäß 6;
10 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Axiallüfters;
11 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsversion eines Axiallüfters;
12 eine Variante zu 3;
13 eine andere Variante zu 3.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Aufgabe von 1 besteht nur darin, die allgemeine Struktur eines Mehrphasen-Wechselstromgenerators mit Innenbelüftung für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs in Erinnerung zu rufen, um die Erfindung in ihren bevorzugten Anwendungskontext einzuordnen. Zum Verständnis der Erfindung genügt der Hinweis, dass der dargestellte Wechselstromgenerator im wesentlichen einen Läufer 1 umfasst, der von einem Ständer 2 umgeben und drehfest an einer Läuferwelle 3 angebracht ist, deren vorderes Ende eine drehfest gelagerte Antriebsscheibe 5 und deren hinteres Ende (nicht durch Bezugsnummern bezeichnete) Schleifringe trägt, die zu einem Kommutator 6 gehören. Die Antriebsscheibe 5 ist dazu bestimmt, in bekannter Weise durch ein Riemengetriebe mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs verbunden zu werden.
Bei dem Läufer 1 handelt es sich hier um einen Klauenpolläufer, und er umfasst zwei durch die Bezugsnummern 8a und 8b bezeichnete Polräder, die von einem Polrad zum anderen winklig versetzte, axial ausgerichtete Zähne aufweisen. Die Bezugsnummer 9 bezeichnet die zwischen den Polrädern 8a, 8b angebrachte Erregerwicklung des Läufers. Was den Ständer betrifft, so genügt der Hinweise, dass er einen Körper 11 umfasst, der innen mit Nuten für den Durchgang von Drähten oder Stiften der Wicklungen 12 des Ständers versehen ist. Die Wicklungen 12 gehen durch den Körper 11 hindurch, der aus einem Blechpaket besteht, und erstrecken sich axial vorstehend auf beiden Seiten des Körpers 11, um ein vorderes Schaltende und ein hinteres Schaltende (beide nicht durch Bezugsnummern bezeichnet) zu bilden. Die Anzahl der Wicklungen 12 ist von den jeweiligen Anwendungen abhängig, insbesondere von der Anzahl der Phasen, die der Wechselstromgenerator umfasst.
Die Läuferwelle 3 ist an vorderen 14 und hinteren Kugellagern 15 gelagert, die in, hier für die Luftzirkulation durchbrochenen vorderen 17 bzw. hinteren Lagerungen 18 vorgesehen sind. Die Lagerungen sind hohl ausgebildet und so geformt, dass sie an ihrem äußeren Umfang den Körper 11 des Ständers tragen. Zuganker, die in der vorerwähnten FR A 2 673 338 zu erkennen sind, verbinden die Lagerungen 17, 18 miteinander, die ein Gehäuse bilden, das dazu bestimmt ist, an einem ortsfesten Teil des Fahrzeugs befestigt zu werden.
Die Bezugsnummer 16 bezeichnet die herkömmliche Gleichrichtervorrichtung mit Dioden 16' zum Richten des durch die Maschine erzeugten Wechselstroms. Diese Vorrichtung ist hier an der hinteren Lagerung 18 gelagert, die außerdem einen (in 1 nicht erkennbaren) Spannungsregler und einen (in 1 teilweise dargestellten) Bürstenhalter trägt. Die (nicht durch Bezugsnummern bezeichneten) Kohlebürsten, die gleitend verschiebbar im Bürstenhalter gelagert sind, haben die Aufgabe, mit den Schleifringen des Kommutators 6 zusammenzuwirken. Diese Schleifringe sind durch Verbindungsdrähte mit den Enden der Erregerwicklung 9 verbunden, während die Kohlebürsten mit dem Spannungsregler verbunden sind, der in an sich bekannter Weise so die Erregerwicklung steuert.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass der Wechselstromgenerator vordere 19 und hintere Lüfter 20 umfasst, die drehbar an den stirnseitigen Flächen des vorderen Polrads 8a bzw. des hinteren Polrads 8b gelagert sind. Jeder Lüfter umfasst einen Flanschteil 21, der an der stirnseitigen Fläche des Trägerpolrads angebracht und befestigt ist, und eine Mehrzahl von Lüfterflügeln 22. Diese Lüfter, die sich daher in der Nähe der vorderen Lagerung 17 und der hinteren Lagerung 18 erstrecken, haben die Aufgabe, die Zirkulation eines Kühlmediums, im vorliegenden Falle von Luft, zu schaffen, um die heißesten Wirkteile des Wechselstromgenerators zu kühlen, wie die Dioden 16' der Gleichrichtervorrichtung 16, die Kugellager 14, 15, die Wicklung des Läufers 1 und die Wicklungen 12 des Ständers, mit Durchgang durch verschiedene geeignete Öffnungen in den Lagerungen, wie dies durch Pfeile veranschaulicht ist. Im einzelnen umfasst jede Lagerung 17, 18 mittig in der Nähe des zugehörigen Kugellagers 14, 15 Lufteinlassöffnungen gegenüber einem Teil der Lüfterflügel 22 und Luftauslassöffnungen gegenüber dem betreffenden Schaltende der Wicklungen; wobei davon auszugehen ist, dass der hintere Lüfter 20 leistungsfähiger als der vordere Lüfter ist, da er die Gleichrichtervorrichtung 16 kühlen soll.
Es ist offensichtlich, dass je mehr sich die Stromabgabe des Wechselstromgenerators erhöht, desto höher die Kühlleistung der Lüfter ausfallen muss. Diese Erhöhung der Stromabgabe der rotierenden Maschine soll ohne Vergrößerung des Volumens der Maschine herbeigeführt werden. Dieses Ziel wird durch eine entsprechende Gestaltung der Lüfterflügel erreicht.
2 veranschaulicht einen Lüfter, der dementsprechend gestaltet ist. Er wird insgesamt durch die Bezugsnummer 24 bezeichnet. Dieser Lüfter umfasst einen durch die Bezugsnummer 25 bezeichneten, in etwa ebenen kreisförmigen Flanschteil, der mit einer kreisförmigen mittigen Öffnung 27 für den Durchgang der in 1 bei 3 angedeuteten Welle des Wechselstromgenerators versehen ist, und zwei Reihen von im Verhältnis zum Flansch 25 axial vorstehenden Lüfterflügeln, und zwar eine erste Reihe von langen Hauptflügeln 29 und eine zweite Reihe von kürzeren Sekundärflügeln 31, die jeweils zwischen zwei langen Flügeln 29 angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht eine Erhöhung der Leistung des Lüfters und verringert das Risiko eines Abreißens des Kühlluftstroms bezogen auf die Lüfterflügel. Denn wenn die Luft sich von den Hauptflügeln 29 ablöst, ermöglichen die Sekundärflügel ein erneutes Anhaften der Luft an den Hauptflügeln 29. Jeder Sekundärflügel 31 ist daher in dem Lüftungskanal 33 angeordnet, der zwischen den zwei benachbarten langen Flügeln 29 ausgebildet ist und der sich vom inneren Umfang zum äußeren Umfang der Lüfterflügel erweitert. Der Flansch 25 bildet den Boden der Lüftungskanäle.
Die kürzer als die Flügel 29 ausgeführten Sekundärflügel 31 sind radial oberhalb des inneren Umfangs der längeren Hauptflügel 29 angeordnet. Die Flügel 31 haben die Aufgabe, die Geräuschentwicklung der elektrischen Maschine zu verringern und gleichzeitig die Stromabgabe und die Leistung zu erhöhen. Die Anordnung ist so gestaltet, dass der Sekundärflügel das Kühlmedium komprimiert, damit dieses mit den Hauptflügeln 29 in Kontakt kommt. Dadurch werden Luftrückströmungen verhindert, wobei die Strömung der Luft laminarer verläuft und mit wenig Reibung und Geräuschentwicklung stattfindet. Diese Anordnung ermöglicht bei Bedarf den Verzicht auf den vorderen Lüfter 19, so dass der Wechselstromgenerator als Variante nur einen Lüfter aufweist.
Es könnten natürlich auch Anordnungskombinationen der Sekundärflügel 31 mit den langen Hauptflügeln 29 in Betracht gezogen werden. So könnten mehrere Sekundärflügel 31 zwischen den Hauptflügeln 29 angeordnet sein. Die Anzahl der zwischen den Hauptflügeln angeordneten Sekundärflügel kann innerhalb ein und desselben Lüfters konstant oder veränderlich sein. So kann man bei ein und demselben Lüfter beispielsweise vier Sekundärflügel zwischen zwei Hauptflügeln einfügen, anschließend drei Sekundärflügel zwischen zwei weiteren Hauptflügeln oder jede andere Kombination. Außerdem kann in Betracht gezogen werden, mehrere aufeinanderfolgende Hauptflügel 29 ohne zwischen ihnen eingefügte Sekundärflügel vorzusehen. Die Verteilung der Sekundär- und Hauptflügel bestimmt sich in Abhängigkeit von der zu kühlenden elektrischen Maschine im Hinblick auf die Erzielung der bestmöglichen Kühlung mit einem minimalen Luftgeräusch.
Die Hauptflügel 29 können winklig gleichmäßig oder, wie in dem in 2 dargestellten Fall, ungleichmäßig verteilt sein. Die ungleichmäßige Anordnung ermöglicht eine weitere Verringerung der Betriebsgeräusche der Lüfter. Das gleiche gilt für die Sekundärlüfter, die eine ungleichmäßige Winkelverteilung aufweisen können.
5 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht einen Lüfter des Typs gemäß 2, bei dem wenigstens einige der Hauptflügel 29, überstehend im Verhältnis zum Boden der Lüftungskanäle 22, mit einer Rippe 36 versehen sind, die sich senkrecht oder geneigt bezogen auf die Lüfterflügel 29 erstreckt, um eine Sekundärströmung des Kühlmediums oberhalb dieser Lüfterflügel zu vermeiden.
Lüfter mit komplexer Struktur, wie sie in den 2 und 5 dargestellt sind, können natürlich als Formteil aus Kunststoff ausgeführt sein. Wie vorstehend dargelegt, weist dieses Herstellungsverfahren jedoch die Hauptnachteile auf, dass die Lüfter hohe Produktionskosten und eine unzureichende mechanische Festigkeit haben.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wird vorgeschlagen, die Lüfter mit einem Einsatz aus einem Werkstoff, der mechanisch widerstandsfähiger als Kunststoff ist, vorteilhafterweise mit einem Metalleinsatz zu versehen.
Der Einsatz erstreckt sich auf einer großen Ausdehnung des auf diesem Einsatz aufgeformten Kunststoffes.
Der Metalleinsatz soll dem Lüfter eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen, die bei der Drehung des Lüfters erzeugt werden, verleihen, wie etwa gegenüber Scher-, Vibrations-, Torsions-, Biege- und Dehnungsbeanspruchungen. Diese bei der Drehung erzeugten mechanischen Beanspruchungen bewirken Verformungen des Lüfters, im wesentlichen des Teils aus Kunststoff, der nicht auf dem Metalleinsatz aufgeformt ist. Diese Verformungen können den mechanischen Bruch des aufgeformten Teils des Lüfters verursachen.
Der Einsatz muss daher eine Geometrie aufweisen, die es ermöglicht, die mechanische Festigkeit des aufgeformten Lüfters einwandfrei zu gewährleisten, wobei die Herstellungskosten relativ niedrig gehalten werden sollen. Der Einsatz soll die Ausführung von komplexen Lüfterflügeln, wie die Flügel der 2 und 5, mit niedrigen Kosten ermöglichen.
In einer ersten Ausführungsart erstreckt sich der Einsatz nach einem Merkmal praktisch auf der gesamten Ausdehnung des Flansches des Lüfters, wie dies in 3 zu erkennen ist, wobei Kunststoff auf diesem Einsatz aufgeformt ist. Die durch die Bezugsnummer 90 bezeichnete gestrichelte Linie zeigt die Grenze des Einsatzes.
12 veranschaulicht eine andere Ausführungsart des aufgeformten Einsatzes, wobei sich der Einsatz radial wenigstens auf zwei Dritteln des aufgeformten Teils erstreckt. Der verbleibende nicht aufgeformte Teil des Lüfters, der sich am äußeren Umfang befindet, weist dabei einen radialen Abstand 91 auf, der gering genug ausfällt, um den vorstehend erwähnten mechanischen Beanspruchungen standzuhalten.
Es kann auch ein Metalleinsatz verwendet werden, der eine nicht kreisförmige äußere Umfangsgrenze aufweist, wie dies in den 3 und 13 dargestellt ist. So veranschaulicht 13 einen Einsatz, dessen äußere Umfangsgrenze nicht kreisförmig gestaltet und beispielsweise in Form eines Zahnrads ausgeführt ist, wobei diese Zähne 92 eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Form aufweisen können. Die Geometrie der Zähne muss so bestimmt sein, dass die mechanische Festigkeit des Lüfters bei seiner Drehung mit hoher Drehzahl gewährleistet ist.
Außerdem kann der Metalleinsatz Ausnehmungen 93 aufweisen, um eine bessere mechanische Festigkeit der Aufformung sicherzustellen, wobei der Kunststoff durch die Ausnehmungen hindurchgeht, um Vorsprünge zu bilden. Diese Ausnehmungen 93 können eine weitere Senkung der Kosten des Lüfters ermöglichen, wobei die Aufformung nur auf einer Seite des Metalleinsatzes erfolgt. Im Hinblick auf eine gute mechanische Festigkeit müssen diese Ausnehmungen, in denen der Kunststoff aufgeformt wird, so lokalisiert sein, dass eine gute mechanische Festigkeit sichergestellt ist.
Wie verständlich geworden sein dürfte, ist die wirtschaftlichste Lösung diejenige, die in den 3, 12 und 13 dargestellt ist, in denen der Einsatz im wesentlichen den gesamten Teil des Flansches einnimmt, da bei dieser Gestaltung der geringste Kunststoffverbrauch anfällt, insoweit das Volumen im wesentlichen durch den Metalleinsatz eingenommen wird. Die anderen Gestaltungen sind im Vergleich zum Stand der Technik ebenfalls wirtschaftlich, da der Einsatz im Hinblick auf die Sicherstellung einer guten mechanischen Festigkeit in allen Fällen eine ausreichend große Mindestfläche einnehmen muss, das heißt eine Fläche die zumindest größer als nach dem Stand der Technik ausfällt.
Wie dies aus den 3, 12 und 13 hervorgeht, liegt der Einsatz jedoch örtlich frei, das heißt, er ist nicht durch den Kunststoff bedeckt. Der freiliegende Teil weist die Form eines Kranzes auf, der in 3 bei 39 angedeutet ist und die mittige Öffnung 27 umgibt. 4 zeigt daher ein Segment dieses Kranzes. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass dieser freiliegende Teil zwei (nicht durch Bezugsnummern bezeichnete) diametral gegenüberliegende Ausstülpungen aufweist. Diese Ausstülpungen sind innen hohl, um den Durchgang der (nicht durch Bezugsnummern bezeichneten) Verbindungsdrähte zwischen der Erregerwicklung 9 und dem Kommutator 6 von 1 zu ermöglichen.
Der Kranz 39 ermöglicht die Befestigung des Flansches 25 an der äußeren Stirnseite des Polrads 8a oder 8b des Läufers 1 der elektrischen Maschine, zum Beispiel durch Schweißen. Die kreisförmige Bereiche 41, die in dem dargestellten Beispiel (das jedoch nicht als verbindlich gilt) auf dem Kranz praktisch winklig gleich beabstandet sind, bilden Schweißpunkte und entsprechen in 4 bei 43 dargestellten örtlichen Verformungen, die auf der Anbringungsfläche des Kranzes am Polrad vorstehen, wobei die gesamte Verformung einen Schweißpunkt bildet.
Es ist festzustellen, dass auf der in 2 dargestellten Vorderseite bei 45 angedeutete Bereiche des Einsatzes, die freiliegen, für die Befestigung des Einsatzes am Läufer vorgesehen sind. Sie entsprechen den Funktionsbereichen 43 von 4.
In der Ausführungsart, die vorstehend beschrieben wurde, bildet der Einsatz praktisch den gesamten Flanschteil des Lüfters, wodurch dieser eine gute mechanische Festigkeit erhält.
Nach einem Merkmal werden beim Aufformvorgang auf dem Einsatz 38 die Lüfterflügel, wie sie in den 2 und 5 dargestellt sind, nicht insgesamt gleichzeitig ausgeführt.
Wie dies in den 6 und 11 deutlicher zu erkennen ist, umfasst erfindungsgemäß der Einsatz im einzelnen wenigstens einen Teil eines Lüfterflügels.
Die Erfindung nutzt den Einsatz, um die mechanische Festigkeit des Lüfters noch weiter zu erhöhen und eine bessere Verankerung des Kunststoffes zu erzielen, das heißt eine bessere Homogenität des Lüfters und eine bessere Verankerung des Kunststoffes am Einsatz.
Die 6 bis 8 veranschaulichen eine besonders vorteilhafte erste erfindungsgemäße Ausführungsart eines Lüfters mit einer Flügelstruktur in der Art des in 2 dargestellten Lüfters, das heißt eines Lüfters mit zwei Flügelreihen, und zwar mit einer ersten Reihe von langen Hauptflügeln, die nun durch die Bezugsnummer 47 bezeichnet werden, und einer mit 48 bezeichneten zweiten Reihe von kurzen Flügeln, die jeweils zwischen zwei langen Flügeln angeordnet sind, wie dies bereits in 2 dargestellt wurde. Der Lüfter mit Flügeln 47 und 48 weist daher die gleichen Vorteile wie der Lüfter von 2 auf, wobei er gleichzeitig über eine gute mechanische Festigkeit verfügt.
Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Ausführungsart nach den 6 bis 8 besteht darin, dass die kurzen Flügel nicht durch Aufformen ausgeführt sind, sondern zu dem nun durch die Bezugsnummer 50 bezeichneten Metalleinsatz gehören.
7 veranschaulicht den Einsatz, der sich in Form einer Blechscheibe darstellt, die an ihrem Umfang ausgeschnittene Abschnitte 48' trägt, die nach ihrem Biegen aus der Ebene des den Flanschteil bildenden Hauptteils des Lüfters mit der Bezugsnummer 51 heraus die kurzen Flügel 48 bilden, wie dies in 8 zu erkennen ist. Nach dem Biegen um einen Winkel von beispielsweise 90° bildet der Einsatz selbst bereits einen Lüfter mit kurzen Flügeln. Der Winkel könnte natürlich auch von 90° verschieden sein, wie beispielsweise bei einem Axialgebläse. Es ist festzustellen, dass bei der Umwandlung des ebenen Einsatzes nach 7 in einen Einsatz der in 8 dargestellten Art die Flügel 48 durch Rippungen 54 verstärkt worden sind, die eine bessere Anfügung des Kunststoffes am Einsatz begünstigen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Flügel 48 ungleichmäßig um den Flanschteil 50 herum verteilt sind, wobei die Flügel auf der rechten Seite in den 6 und 8 näher als auf der linken Seite angeordnet sind. Um die Beschreibung des Einsatzes zu vervollständigen, sind bei 56 kreisförmige Anbringungsstellen für die Befestigung des Lüfters am Läufer festzustellen. Diese Anbringungsstellen 56 sind vorteilhafterweise in der Art der örtliche Verformungen 43 von 4 ausgeführt. Außerdem ist festzustellen, dass der Einsatz zwei diametral gegenüberliegende Ausnehmungen für den Durchgang der Verbindungsdrähte zwischen der Wicklung 9 und den Schleifringen des Kommutators 6 von 1 aufweist.
Durch Aufformen des Kunststoffes auf dem Einsatz, wie dies in 7 dargestellt ist, wird der in 6 veranschaulichte Lüfter mit langen Hauptflügeln 47 ausgeführt, die somit aus Kunststoff bestehen. In 6 ist bei 58 die äußere Umrisslinie des Metalleinsatzes von 8 zu erkennen. Im gesamten Lüfter ist der Metalleinsatz in jedem Bereich 60 um eine Befestigungsstelle 56 herum freiliegend. Der Einsatz kann daher beispielsweise durch Schweißen am Läufer befestigt werden. Ferner ist darauf hinzuweisen, dass der vorerwähnte Verbindungsdraht zwischen dem Kommutator 6 und der Wicklung 9 gut gesichert ist, da die diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen von 7 nach dem Aufformen zu Blindausnehmungen werden, deren Boden durch den Kunststoff verschlossen ist, so dass die Drähte zwischen dem Kunststoff und der Fläche des Polrads 8b eingefügt sind.
9 zeigt eine Teilansicht einer anderen Ausführungsversion des Lüfters von 8, deren Besonderheit darin besteht, dass noch mehr Kunststoff eingespart werden kann. Denn im Falle von 9 sind die kurzen Sekundärflügel 48 vollständig freiliegend, das heißt ohne Kunststoffüberzug, ausgeführt, wie dies in dem durch die Bezugsnummer 63 bezeichneten Teil zu erkennen ist, bei dem es sich um den Umriss des Kunststoffes handelt.
In diesen 8 und 9 ergibt sich eine gute Verankerung des Kunststoffes dadurch, dass der Einsatz ausgeschnittene Abschnitte 48 aufweist, zwischen denen sich der Kunststoff einlagert. Der Einsatz könnte natürlich, wie in 13, auch mit Ausnehmungen versehen sein.
10 zeigt, dass nach dem Prinzip der Herstellung eines erfindungsgemäßen Lüfters die Möglichkeit besteht, andere Lüfterarten zu schaffen, wie etwa der in dieser Figur dargestellte Axiallüfter mit einem Mittelteil in Form eines mittig gelochten Flansches, der an seinem äußeren Umfang einen zylindrischen Teil 67 trägt. Es erstrecken sich Flügel 69 radial vorstehend im Verhältnis zum zylindrischen Teil 67, wobei sie wenigstens teilweise durch den Teil 67 getragen werden.
In diesem Fall besteht zumindest der Flanschmittelteil 65 und wenigstens ein Teil der Flügel 68 aus Metall, wobei er zum Einsatz gehört, wie dies beispielsweise in 11 dargestellt ist, während der Rest mit dem zylindrischen Teil 67 und der verbleibende Teil der Flügel 69 aufgeformt ist. In dieser Figur ist eine der Nuten für den Durchgang des vorerwähnten Verbindungsdrahts zu erkennen.
Wie in 3 erstreckt sich der Einsatz auf der gesamten Ausdehnung des Flanschteils des Lüfters.
11 zeigt eine andere Art von Axiallüfter, die sich von der in 10 dargestellten Bauart durch das Fehlen des zylindrischen Teils 67 unterscheidet, wobei die Flügel 69 jeweils durch einen radial inneren Trägerteil 70 gestützt werden, der auf dem radial äußeren Umfangsteil des Flansches 65 ausgebildet ist. Wie im Falle von 10 besteht wenigstens der Flanschmittelteil aus Metall, wobei zumindest ein Teil wenigstens eines Flügels, beispielsweise der Trägerteil 70, aus Metall ausgeführt ist und zum Einsatz gehört, während der Rest aufgeformt ist. In dieser 11 ist das Vorhandensein zweier (nicht durch Bezugsnummern bezeichneter) diametral gegenüberliegender Verformungen in Form einer Rinne für den Durchgang des Verbindungsdrahts zwischen der Wicklung 9 und den Schleifringen des Kommutators 6 von 1 zu erkennen. Die Flügel 69 dringen zwischen zwei Zähnen des teilweise dargestellten Polrads ein, das dem Polrad 8b von 1 entspricht. Diese Anordnung wird dank der Erfindung ermöglicht.
Die Teile 70 werden vorteilhafterweise durch Biegen hergestellt, so dass diese Teile innen hohl sind, was die Anfügung und daher die Verankerung des Kunststoffes der Flügel 69 begünstigt.
Es können natürlich zahlreiche Veränderungen an den dargestellten Ausführungsarten vorgenommen werden, die nur als Beispiel angeführt worden sind. So können die Flügel freiliegend oder wenigstens teilweise mit Kunststoff bedeckt sein. Der Metalleinsatz kann nicht nur durch Schweißen am Läufer befestigt sein, sondern durch jedes andere geeignete Mittel, zum Beispiel durch Aufnieten, indeverbindung, Aufschrumpfen auf der Welle, durch Verschraubungen oder ähnliche Verfahren.
Im Unterschied zur Ausführungsart gemäß den 6 bis 8, wo der Einsatz bereits eine der zwei Flügelreihen, und zwar die kurzen Flügel, trägt, besteht die Möglichkeit, Einsätze mit nur einem Flügel oder nur mit einem Teil eines Flügels oder mehrerer Flügel oder der Flügel einer Flügelreihe zu verwenden.
Entsprechend der Blechfläche des Einsatzes, die für das Biegen der Flügel verfügbar ist, kann man daher eine ganze Reihe von Kombinationen zwischen den aus gebogenem Blech ausgeführten Flügeln mit den durch Kunststoff-Aufformen ausgeführten Flügeln gestalten. So kann beispielsweise der Metalleinsatz ausschließlich lange Flügel oder ausschließlich kurze Flügel tragen, oder auch eine Kombination aus beiden. Diese Flügel können natürlich ungleichmäßig angeordnet sein. Der Einsatz kann also so gestaltet sein, dass er zum Beispiel nur einen langen Flügel oder nur einen kurzen Flügel trägt.
Im Falle des Axiallüfters nach 10 kann der die zylindrische Randleise bildende ringförmige Teil auch, wenigstens teilweise, zum Metalleinsatz gehören. Außerdem könnte darüber hinaus am Einsatz wenigstens ein Ansatz der Flügel vorgesehen sein, während der Rest dieser Flügel dann durch Aufformen ausgeführt würde. Die Erfindung ermöglicht natürlich die Ausführung jeder anderen Lüfterart, zusätzlich zu den Zentrifugal- oder Axiallüftern, wie etwa Zentripetal-, Axialzentrifugal- oder Axialzentripetallüfter.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung eine effiziente Lösung für das Problem bereitstellt, das sich bei Lüftern ergibt, die bei rotierenden Wechselstromgeneratoren mit hoher Stromabgabe zu verwenden sind, wobei jedoch die Vorgabe besteht, dass das Volumen nicht vergrößert wird. Die Lösung, die Lüfter ausschließlich als Formteil aus Kunststoff auszuführen, weist den Nachteil auf, dass sich das Herstellungsverfahren kostenaufwendig gestaltet und dass die so hergestellten Lüfter nicht die gewünschte mechanische Festigkeit aufweisen. Was das Verfahren zur Herstellung von Lüftern aus gebogenem Blech betrifft, das unter dem Kostengesichtspunkt und unter dem Aspekt der mechanischen Festigkeit geeignet wäre, so ermöglicht dieses Verfahren keine Gestaltung von Flügeln, welche die erforderliche Kühlleistung erbringen könnten, das heißt von zwei Flügelreihen entsprechend den 2, 5 und 6.
Aus den vorstehenden Darlegungen geht hervor, dass die Erfindung, insbesondere in ihrer Ausführungsart, bei der ein Metalleinsatz bereits in Form eines Lüfters oder mit wenigstens einem Flügel verwendet wird, die Ausführung von Lüftern ermöglicht, die komplexe Flügelgestaltungen aufweisen, durch die sie eine höhere Kühlleistungbei relativ niedrigen Produktionskosten erhalten, wobei sich gleichzeitig eine gute mechanische Festigkeit ergibt.
Bei Lüftern, die nur eine Flügelreihe aufweisen, wobei die Flügel jedoch sehr nahe beieinander angeordnet und somit in großer Anzahl vorgesehen sind, oder wobei es sich um Flügel mit langer oder komplizierter Form handelt, so dass sie nicht durch Biegen ausgeführt werden können, kann dann ein Teil des Lüfters aus Blech und ein anderer aus Kunststoff hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Lüfter kann natürlich in einem als Anlassergenerator bezeichneten reversierbaren Wechselstromgenerator eingebaut werden, der auch im Elektromotorbetrieb laufen kann, insbesondere um den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs anzulassen, wie dies in der WO 01/69762 beschrieben ist. Als Variante kann der Lüfter in einem Wechselstromgenerator eingebaut werden, der einen Schenkelpolläufer umfasst, wie dies in der WO 02/054566 beschrieben ist. Außerdem kann der Wechselstromgenerator wassergekühlt oder mit Axiallüftern der Bauart von 11 ausgerüstet sein.
Die Wicklungen des Ständers können wie vorstehend erwähnt Leiterelemente in Form von insgesamt U-förmigen Stiften und mit einem vorteilhafterweise rechteckigen Querschnitt aufweisen, wie dies in der WO 02/50976 beschrieben ist. Der erfindungsgemäße Lüfter ermöglicht eine effiziente Kühlung der Köpfe der Stifte, da er die gewünschte Form aufweisen kann. Aufgrund der Leistung des erfindungsgemäßen Lüfters besteht die Möglichkeit, dass der Wechselstromgenerator nur einen hinteren Lüfter aufweist.

Claims

Lüfter für einen Wechselstromgenerator mit einem Läufer, der dazu bestimmt ist, drehfest mit dem Läufer des Wechselstromgenerators verbunden zu werden, umfassend einen als Flansch dienenden Teil und eine Mehrzahl von Lüfterflügeln, die sich von letzterem aus erstrecken, wobei der Lüfter als Formteil aus Kunststoff auf einem Einsatz ausgeführt ist, der den Teil des Flansches des Lüfters bildet, der dazu bestimmt ist, seine Befestigung am Läufer zu übernehmen, wobei der Einsatz (38, 50, 65) eine Bewehrung bildet, die in der Lage ist, die bei der Drehung des Lüfters erzeugten mechanischen Beanspruchungen auszuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (50, 65) wenigstens einen Teil eines Flügels (48, 69) des Lüfters umfasst, um die mechanische Festigkeit des Lüfters zu erhöhen und eine bessere Anfügung des Kunststoffes zu erzielen.
Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Flügelreihen umfasst, und zwar eine erste Reihe von Hauptflügeln (47), die länger sind als eine zweite Reihe von Sekundärflügeln (48), von denen wenigstens einer zwischen zwei Hauptflügeln (29, 47) angeordnet ist, wobei die Sekundärflügel (48) wenigstens teilweise zum Einsatz (50) gehören.
Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Flügelreihen umfasst, und zwar eine erste Reihe von Hauptflügeln (47), die länger sind als eine zweite Reihe von Sekundärflügeln (48), von denen wenigstens einer zwischen zwei Hauptflügeln (29, 47) angeordnet ist, wobei die Hauptflügel (29, 47) wenigstens teilweise zum Einsatz (50) gehören.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Flügelreihen umfasst, und zwar eine erste Reihe von Hauptflügeln (47), die länger sind als eine zweite Reihe von Sekundärflügeln (48), von denen wenigstens einer zwischen zwei Hauptflügeln (29, 47) angeordnet ist, und dass der Einsatz (50) aus gebogenem Blech in Form eines Lüfters ausgeführt ist, der wenigstens einen Sekundärflügel (48) oder Hauptflügel (29, 47) umfasst.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (29, 31, 47, 48, 69) bzw. die Teile der Flügel, die nicht zum Einsatz gehören, durch Aufformen eines Kunststoffes auf dem Einsatz hergestellt sind.
Lüfter nach Anspruch 5 in Kombination mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeformten Flügel (29, 31, 47, 48, 69) aus Kunststoff zumindest teilweise wenigstens einen Sekundärflügel (48) umfassen, der zwischen zwei Hauptflügeln (29, 47) angeordnet ist.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Einsatzes wenigstens teilweise mit Kunststoff bedeckt sind.
Lüfter nach Anspruch 7 in Kombination mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärflügel (31, 48) wenigstens teilweise mit Kunststoff bedeckt sind.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Teile (39) des Einsatzes, die zur Befestigung des Lüfters an seinem Träger dienen, nicht mit Kunststoff bedeckt sind.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Axiallüfter mit einem Flügel (69) tragenden Flanschteil (65) ist, dass sich der Einsatz wenigstens auf der Ausdehnung des Flansches (65) erstreckt und dass zumindest ein Teil (70) wenigstens eines Flügels (69) zum Einsatz gehört.
Lüfter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Axiallüfter ist, der einen Flanschteil (65), einen zylindrischen Teil (67) und Flügel (69) umfasst, die an der Außenfläche des zylindrischen Teils (67) befestigt sind, dass sich der Einsatz zumindest auf der Ausdehnung des Flansches (65) erstreckt und dass wenigstens ein Teil des zylindrischen Teils (67) zum Einsatz gehört.