DE69601326T2

DE69601326T2 - Drehende Maschine mit wasserabweisender Struktur

Info

Publication number: DE69601326T2
Application number: DE69601326T
Authority: DE
Inventors: Shin C/O Nippondenso Co. Ltd. Kariya-City Aichi-Pref. Kusase; Kenzou C/O Nippondenso Co. Ltd. Kariya-City Aichi-Pref. Mitani
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-05-29
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: CN1044181C; US5726511A; JPH08322185A; EP0746080B1; DE69601326D1; KR100295177B1; EP0746080A1; KR960043438A; CN1140353A; JP3480122B2

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 7-130201, die am 29. Mai 1995 hinterlegt wurde.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine drehende Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Oberbegriffs des Anspruchs 2, respektive.
Eine gattungsgemäße drehende Maschine gemäß jedem der Oberbegriffe von Anspruch 1 und 2 ist im Dokument FR-A-2693514 offenbart. Das Lager dieser drehenden Maschine hat keinen inneren Lagerring, der auf die Drehwelle montiert wird, statt dessen sind die Lagerkugeln auf der Drehwelle direkt gelagert.
Das Dokument FR-A-2667460 zeigt einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug, der mit einem Labyrinth zwischen der V- förmigen Riemenscheibe und dem Gehäuse ausgestattet ist, um das Eindringen von Wasser über die Welle in das Gehäuse zu verhindern.
Jedoch ist das Labyrinth des in der vorstehenden Veröffentlichung dargelegten Wechselstromgenerators zu einfach, um das Eindringen von Wasser in das Gehäuse zu verhindern, wenn der Wechselstromgenerator unter dem Motor eines Fahrzeugs montiert ist, das über keine untere Abdeckung verfügt, wobei der Wechselstromgenerator Spritzwasser oder Schlamm ausgesetzt ist, was zu einer Verringerung der Lagerlebensdauer führt. Auch wenn ein abgedichtetes Lager, das Dichtbauteile an gegenüberliegenden Seiten des Lagers zwischen dem am Gehäuse befestigtem äußeren Lagerring und dem an der Drehwelle befestigten inneren Lagerring hat, übernommen wird, kann Wasser über die Spalte zwischen dem am äußeren Lagerring befestigten Dichtbauteil und dem inneren Lagerring (dem Spalt, der die Drehbewegung des inneren Lagerrings ermöglicht) in das innere Eintreten, was zu einer Verkürzung des Kugellagerlebens führt.
Wenn insbesondere Wasser mit einem Antifrostelektrolyt (wie einem Salz oder Säure) auf den Wechselstromgenerator spritzt, nachdem er eine Drehbewegung gestoppt hat, verbleibt das Wasser innerhalb des Lagers. Infolgedessen bildet das mit Schlamm beladene Elektrolyt eine Brücke über das Lager und die Riemenscheibe, oder über das Aluminiumgehäuse und die eiserne Riemenscheibe, wodurch eine örtliche Zelle ausgebildet wird und korrosives Material erzeugt wird.
Demzufolge wird die Entwässerung schlechter, das innere des Lagers wird feuchter und Wasser verbleibt vermehrt im Lager.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine verbesserte drehende Maschine zur Verfügung zu stellen, bei der der Eintritt von Wasser über ein Dichtungsbauteil in das innere des Lagers verhindert werden kann, wodurch die Lebensdauer des Lagers erhöht wird.
Ein spezielles Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine drehende Maschine zur Verfügung zu stellen, bei der durch die Entwässerung aus einem Labyrinth oder einem Luftspalt, der zwischen der Riemenscheibe und dem Gehäuse ausgebildet ist, das Eindringen von Wasser über das Dichtungsbauteil in das innere des Lagers verhindert wird.
Weiterhin besteht ein anderes spezielles Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine drehende Maschine zur Verfügung zu stel len, bei der korrosive Materialien nicht erzeugt werden, auch wenn Wasser in den Innenbereich des Lagers eintritt.
Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Kombination der in Anspruch 1 oder 2 definierten Merkmale. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Die drehende Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat ein Gehäuse mit einer Vorderwand und einem Lagersitz zum Stützen eines äußeren Lagerrings eines mit einem Dichtungsbauteil versehenen Lagers, und ein schüsselförmiges drehendes Bauteil, wie eine Riemenscheibe, mit einem zylindrischen Basisabschnitt, das um den Lagersitz herum angeordnet ist, einem an der Drehwelle befestigten Nabenabschnitt und einem ringförmigen Abschnitt, der den zylindrischen Basisabschnitt und den Nabenabschnitt verbindet, wodurch ein Luftspalt zwischen dem drehenden Bauteil und dem Gehäuse ausgebildet wird, der sich von einem geöffneten Abschnitt zum Lager hin erstreckt. Der Luftspalt hat vier verschiedene Luftspalte: ein erster Luftspalt ist zwischen dem hinteren Ende des zylindrischen Basisabschnitts und der Vorderwand ausgebildet, ein zweiter Luftspalt ist zwischen dem inneren Umfang des zylindrischen Basisabschnitts und dem Lagersitz ausgebildet, ein dritter Luftspalt ist zwischen der hinteren Fläche des ringförmigen Abschnitts und der vorderen Fläche des Lagersitzes ausgebildet und ein vierter Luftspalt ist zwischen der hinteren Fläche des Nabenabschnitts und der vorderen Fläche des Dichtungsbauteils ausgebildet. Sie sind derart ausgebildet, daß sie die folgende Ungleichung erfüllen δ1 < δ2, δ2 > δ3, δ3 > δ4, wobei der erste Luftspalt δ1, der zweite Luftspalt δ2, der dritte Luftspalt δ3 und der vierte Luftspalt δ4 ist.
D. h., der erste Luftspalt in der Nähe der Öffnung ist als enger Raum ausgebildet, der zweite Luftspalt benachbart zum ersten Luftspalt ist weiter als der erste Luftspalt ausgebildet, der dritte Luftspalt benachbart zum zweiten Luftspalt ist als ein enger Raum ausgebildet und der vierte Luftspalt benachbart zum dritten Luftspalt ist enger als der dritte Luftspalt ausgebildet.
Infolge dessen ist es für Wasser, das in den vierten Luftspalt eintritt, leichter zum dritten Luftspalt zu wandern, der weiter als der vierte Luftspalt ist, als sich über das Dichtungsbauteil zum Lager hin zu bewegen. Für das im dritten Luftspalt befindliche Wasser ist es ebenso leichter, zum zweiten Luftspalt zu wandern, der weiter als der dritte Luftspalt ist, als sich zum vierten Luftspalt hin zu bewegen. Für das im zweiten Luftspalt befindliche Wasser ist es leichter zum ersten Luftspalt zu wandern, als sich zum dritten Luftspalt zu bewegen. Auch wenn Wasser in den Luftspalt zwischen der Riemenscheibe und dem Gehäuse eintritt, wird das Wasser wahrscheinlicher zum ersten Luftspalt nahe der Öffnung fließen, als zum vierten oder dritten Luftspalt in der nähe des Lagers, womit das Wasser davon abgehalten wird, in das Lager einzudringen, um die normale Lebensdauer des Lagers aufrecht zu erhalten.
Der Luftspalt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat einen ersten Luftspalt, der zwischen dem hinteren Endes des zylindrischen Basisabschnitts und der Vorderwand ausgebildet ist, einen zweiten Luftspalt, der ungefähr rechtwinklig zum ersten Luftspalt zwischen dem inneren Umfang des zylindrischen Basisabschnitts und dem Lagersitz ausgebildet ist, einen dritten Luftspalt, der ungefähr rechtwinklig zum zweiten Luftspalt zwischen der hinteren Fläche des ringförmigen Abschnitts und der vorderen Fläche des Lagersitzes ausgebildet ist und einen vierten Luftspalt, der beabstandet und parallel zum dritten Luftspalt zwischen dem hinteren Ende des Nabenabschnitts und der vorderen Fläche des Dichtungsbauteils angeordnet ist.
D. h., der Luftspalt vom ersten Luftspalt in det Nähe der Öffnung des Luftspalts über den zweiten und dritten Luftspalt, die an einem mittleren Abschnitt zum vierten Luftspalt in der Nähe des Lagers angeordnet sind, ist derart gewunden bzw. gebogen, daß das Wasser abgehalten wird, vom ersten Luftspalt in der Nähe der Öffnung bis zum vierten Luftspalt in der Nähe des Lagers geradewegs zu stürmen. Da infolgedessen das Wasser über das Dichtungsbauteil nicht in das Lager gelangen kann, wird eine Verringerung der Lebensdauer des Lagers verhindert.
Der äußere Lagerring des Lagers ist bevorzugt mit einer Preßpassung im Lagergehäuse befestigt. D. h., der äußere Umfang der Lageraufnahme ist derart ebenmäßig ausgebildet, so daß der zweite Luftspalt, der zwischen dem inneren Umfang des äußeren zylindrischen Abschnitts der Riemenscheibe und der vorderen Fläche der Lageraufnahme des Gehäuses in zylindrischer Form mit einer einheitlichen Axiallänge ausgebildet sein kann. Demzufolge kann das Wasser vom zweiten Luftspalt zum ersten Luftspalt in der Nähe der Öffnung geradewegs fließen.
Das Lagergehäuse hat vorzugsweise einen Halteabschnitt zum Halten des äußeren Lagerrings des Lagers, an der vorderen Endseite, wobei die radiale Größe des vierten Luftspalts vorzugsweise größer als die des fünften Luftspalts ist, der zwischen der hinteren Fläche des inneren Umfangsabschnitts des Halteabschnitts und der vorderen Seite des Dichtungsbauteils ausgebildet ist. Da der vierte Luftspalt weiter als der fünfte Luftspalt ausgebildet ist, wodurch das Wasser gehalten wird, das eher über den inneren zylindrischen Abschnitt als über den Halteabschnitt in den vierten Luftspalt gelangt, wird das Wasser, das durch den inneren zylindrischen Abschnitt gehalten wird, durch die Zentrifugalkraft während der Drehbewegung der Riemenscheibe ausgeworfen.
Der innere Umfangsabschnitt des zylindrischen Basisabschnitts hat vorzugsweise eine Neigung derart, daß der Durchmesser an der geöffneten Seite des zweiten Luftspalts größer als der Durchmesser an der Grundseite ist. Daher wird das im zweiten Luftspalt befindliche Wasser durch die Zentrifugalkraft veranlaßt, geradewegs zum ersten Luftspalt in der Nähe der Öffnung zu fließen.
Das Lagergehäuse und das drehende Bauteil sind vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt. Demzufolge können derart korrosive Materialien nicht erzeugt werden, auch wenn Salzwasser in den zweiten oder dritten Luftspalt gelangt.
Der äußere Lagerring des Lagers und das Lagergehäuse sind ebenso vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt. Daher werden Spalte, die ansonsten durch den Unterschied in der thermischen Ausdehnung erzeugt werden, zwischen dem äußeren Umfang des Lagers und dem Lageraufnahmeabschnitt, davon abgehalten, ausgebildet zu werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter dargestellt. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht, die einem Hauptabschnitt eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 2 eine seitlich Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt des Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht, die eine Komplettansicht eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, bei der der Salzwiderstand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem eines konventionellen Wechselstromgenerators nach einem Salzspraytest verglichen wird;
Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung des Generators werden in Verbindung mit dem Fahrzeug- Wechselstromgenerator nachstehend beschrieben.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Hauptaufbau eines Fahrzeug- Wechselstromgenerators und Fig. 3 zeigt einen Komplettaufbau des Fahrzeug-Wechselstromgenerators.
Der Fahrzeugwechselstromgenerator 1 ist eine drehende Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Fahrzeug- Wechselstromgenerator 1 besteht aus einer Welle 2, einem mit der Welle 2 drehenden Rotor 3, einem um den Rotor 3 herum angeordneten Stator 4, einer V-förmig gerippten Riemenscheibe 5, zwei Kugellager 6 und 7, einem Gehäuse 8, das die Welle 2 über die Kugellager 6 und 7 drehbar stützt. Ein Luftspalt (Labyrinth oder Wasserpassage) 9 ist zwischen der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und dem Gehäuse 8 ausgebildet.
Der Rotor 3 besteht aus einem Polkern 10 nach der Lundel- Bauart, einer Feldwicklung 11 und zwei Schleifringen 12. Der Polkern 10 hat eine Vielzahl von Klauenabschnitten, von denen jeder sich Wechselweise an gegenüberliegenden Seiten des Polkerns parallel zueinander erstreckt. Kühllüfter 13 sind jeweils an den gegenüberliegenden Enden des Polkerns 10 befestigt, um kühlende Luft in das Gehäuse 8 zu ziehen. Die Feldwicklung 11 ist um eine Spule 14 gewickelt, die in der Mitte des Polkerns 10 angeordnet ist. Jeder der Schleifringe 12 ist am Ende der Welle 2 befestigt und derart angeordnet, daß sie jeweils in Kontakt mit einer der zwei Bürsten 15 an ihren Umfängen sind. Die Bürsten 12 werden von einem Bürstenhalter 16 gehalten, der auf der Innenseite des Gehäuses 8 befestigt ist.
Der Stator 4 besteht aus einem Statorkern 17, der um den Polkern 10 herum angeordnet ist und Drei-Phasen-Ankerwicklungen (oder -Statorwicklungen) 18. Der Ankerkern 17 ist ein geschichteter Kern aus dünnen magnetischen Platten und im Gehäuse 8 mit einer Preßpassung befestigt. Der Ankerkern 17 ist mit einer magnetischen Flußpassage versehen, so daß der magnetische Fluß, der von den Klauenabschnitten des Polkerns 10 fließt, die Drei-Phasen-Ankerwicklungen 18 auf effektive Weise untereinander verbinden kann. Eine Vielzahl von Schlitzen (nicht dargestellt) sind unter gleichen Intervallen im inneren Umfang des Ankerkerns 17 ausgebildet. Die Drei-Phasen- Ankerwicklungen 18 sind über eine Y oder Δ-Verbindungsart verbunden, um eine Drei-Phasen-Wechselstromausgangsleistung zu erzeugen, wenn sich der Rotor 3 dreht.
Die V-förmig gerippte Riemenscheibe 5 ist eine Riemenscheibe für einen Poly-Keilriemen, d. h., ein Bauteil der Übertragungseinheit zum Übertragen der Motorantriebskraft auf den Rotor über den Poly-Keilriemen (nicht dargestellt). Die V-förmige gerippte Riemenscheibe 5 ist aus einer flachen Metallplatte aus Eisenmaterial, (wie aus Stahl mit wenig Kohlenstoff) hergestellt, die zu einer schüsselförmigen Einheit, bzw. Schüsseleinheit preßgeformt wird. Die V-förmig gerippte Riemenscheibe 5 besteht aus einem äußeren zylindrischen Basisabschnitt 21, zwei Riemenführungen 22 und 23, die an gegenüberliegenden Enden des Basisabschnitts 21 angeordnet sind, einem ringförmigen Abschnitt 24, der sich von der Kante des Basisabschnitts 21 nach innen erstreckt und einem Nabenabschnitt 25, der in ihrer Mitte angeordnet ist.
Der Basisabschnitt 21 ist näherungsweise ein zylindrisches Bauteil, das mit einer Vielzahl von V-förmigen Nuten 26 versehen ist, um an seinem äußeren Umfang einen Poly-Keilriemen aufzunehmen. Der Basisabschnitt 21 hat eine innere Fläche, die unter einem Winkel θ (beispielsweise 1º) geneigt ist, wobei der Durchmesser des offenen Abschnitts des Luftspaltes größer als der Grunddurchmesser ist, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Basisabschnitt 21 der V-förmig gerippten Basisscheibe 5 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat einen Innendurchmesser von ungefähr 50 mm. Die V-förmigen Nuten 26 werden durch eine Formrolle ausgebildet.
Die Riemenführungen 22 und 23 verhindern das Herunterspringen des Poly-Keilriemens von der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und sie dienen weiterhin als Wasserabschirmmung (Wasser- Abdicht-Bauteil), daß das Eindringen von Wasser in die Kugellager 6 verhindert, wie später beschrieben wird. Der ringförmige Abschnitt 24 ist eine ringförmige Platte, um die Kante des Basisabschnitts 21 und ein Ende des Nabenabschnitts 25 zu verbinden.
Der Nabenabschnitt 25 ist ein nahezu zylindrisches Bauteil, das sich in Längsrichtung vom inneren Umfang des ringförmigen Abschnitts 24 erstreckt und er ist über eine Mutter und eine Scheibe 27 mit einem Ende der Welle 2 verbunden. Der Nabenabschnitt 25 ist in Kontakt mit dem Kugellager 6 angeordnet, um die Axialbewegung des Kugellagers 6a zu begrenzen und das Eindringen von Wasser in das Lager 6 zu verhindern.
Das Kugellager 6 ist ein beidseitig abgedichtetes Kugellager, daß aus einem inneren Lagerring 31, einem äußeren Lagerring 32, einer Vielzahl von Kugeln 33 und zwei Lagerdichtungsbauteilen 34 und 35 besteht.
Der innere Lagerring 31 ist am äußeren Umfang eines Abschnitts der Welle 2 zwischen dem Nabenabschnitt 25 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und dem Polkern 10 des Rotors 3 befestigt, wobei er zusammen mit der Welle 2 gedreht wird. Ein Ende des inneren Lagerrings 31 ist in Kontakt oder in Eingriff mit dem hinteren Ende des Nabenabschnitts 25 angeordnet, so daß die axiale Bewegung der Welle 2 zurückgehalten werden kann.
Der innere Lagerring 31 steht über einen Abstandsring 36 mit dem Ende des Polkerns an seinem hinteren Ende in Eingriff, um die axiale Bewegung der Welle 2 einzudämmen. Der innere Lagerring 31 hat an seinem äußeren Umfang eine Vielzahl von hemispherischen Höhlungen 37, um die Kugeln 33 drehbar aufzunehmen und er hat Nuten 38 und 39 an gegenüberliegenden Seiten der Höhlungen 37, um die Lagerdichtbauteile 34 und 35 dicht zu halten.
Der um den inneren Lagerring 31 herum angeordnete äußere Lagerring 32 ist in einen inneren Umfang eines Lagergehäuses 62 des Gehäuses 8 ohne ein spezielles Befestigungsbauteil mit einer Preßpassung befestigt. Das vordere Ende des äußeren Lagerrings 32, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, steht im Eingriff mit einem hinteren Ende eines Flanschabschnitts 63 des Lagergehäuses 62, um die axiale Bewegung der Welle 2 einzudämmen.
Das hinter Ende des äußeren Lagerrings 32 steht in Eingriff mit dem vorderen Ende der Halteplatte 64, um die axiale Bewegung der Welle 2 einzudämmen. Der äußere Lagerring 32 hat eine Vielzahl von hemisphärischen Höhlungen 41 an seinem inneren Umfang, um die Kugeln 33 zusammen mit den Höhlungen 37 des inneren Lagerrings 31 drehbar aufzunehmen und der äußere Lagerring 32 hat Nuten 42 und 93 an gegenüberliegenden Seiten der Höhlungen 41, um die Lagerdichtungsbauteile 34 und 35 zusammen mit den Nuten 38 und 39 des inneren Lagerrings 31 gleitend zu halten. Die Halteplatte 64 ist durch eine Verschweißung oder ein anderes Befestigungsbauteil am inneren Abschnitt des Gehäuses 8 befestigt.
Die Kugeln 33 können durch Rollen oder ähnliche Bauteile ersetzt werden. Die Lagerdichtungsbauteile 34 und 35 sind ringförmige Eisenplatten, die mit harzartigem Gummi vergossen sind, um das Eindringen von Wasser in die Innenseite 44 der Lager 6 zu verhindern.
Das Gehäuse 8 hat einen antriebsseitigen Rahmen 51, einen hinteren Rahmen 52 und eine hintere Abdeckung 53. Der antriebsseitige Rahmen 51 und der hintere Rahmen 52 halten den Rotor 3 und den Stator 4, wobei sie an einem Motor befestigt sind.
Der antriebsseitige Rahmen 51 und der hintere Rahmen 52 sind durch eine Vielzahl von Stehbolzen 54 direkt miteinander verbunden. Eine Vielzahl von Kühlluftfenstern sind jeweils im antriebsseitigen Rahmen 51 und im hinteren Rahmen 52 ausgebildet, um kühlende Luft einzuleiten, die durch beide Kühllüfter 13 angezogen wird. Die Bürsten 15 einer Gleichrichtereinheit 57 und Ausgangsanschlüsse (nicht dargestellt) sind zwischen dem hinteren Rahmen 52 und der hinteren Abdeckung 53 befestigt. Der Bürstenhalter 16, der Gleichrichter 57 und ein IC- Regler 58 sind mittels Befestigungsbauteilen, wie Schrauben, befestigt.
Die Gleichrichtereinheit 57 hat eine Vielzahl von Dioden (nicht dargestellt), um den Wechselstrom in einen Gleichstrom umzuwandeln. Die Gleichrichtereinheit 57 ist mit elektrischen Verbrauchern und einer Batterie (nicht dargestellt) verbunden, die an einem Fahrzeug befestigt sind.
Der IC-Regler 58 schaltet ein Schaltungsbauteil, wie einen Transistor, ein oder aus, der zwischen der Feldwicklung 11 und einer Erdung (nicht dargestellt) angeordnet ist, um den der Feldwicklung zugeführten Strom zu steuern, wodurch die Ausgangsspannung des Fahrzeug-Wechselstromgenerators 1 geregelt wird.
Der antriebsseitige Rahmen 51 ist aus einer Platte aus Eisenmaterial (wie Stahl mit wenig Kohlenstoff) preßgeformt, um eine ringförmige Vorderwand 61 auszubilden, die angeordnet ist, um der hinteren Riemenführung 23 des Basisabschnitts 21 der V- förmig gerippten Riemenscheibe 5 gegenüber zu stehen, und um ein Lagergehäuse 62 auszubilden, das sich axial nach vorne vom inneren Ende der Endwand 61 erstreckt.
Das Lagergehäuse 62 hat einen zylindrischen Abschnitt, der zwischen dem Basisabschnitt 21 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und dem äußeren Lagerring 32 des Kugellagers 6 in Längsrichtung angeordnet ist. Das Lagergehäuse 62 hat einen inneren Umfang, in den der äußere Lagerring 32 des Kugellagers 6 mit einer Preßpassung eingepaßt ist.
Der näherungsweise ringförmige Flanschabschnitt 63 ist am vorderen Ende des Lagergehäuses 62 ausgebildet, um den äußeren Lagerringe 32 des Kugellagers 6 zu stützen. Der Flanschabschnitt 63 ist angeordnet, um dem Lagerdichtungsbauteil 34 gegenüber zu stehen, um die axiale Bewegung des äußeren Lagerrings 32 des Kugellagers 6 mit der Halteplatte 64 einzudämmen, die mittels Punktschweißen oder ähnlichem an der inneren Fläche des antriebsseitigen Rahmens 51 befestigt ist.
Der Luftspalt 9 ist ein Raum, der sich von einer Öffnung 70 und einem Lagerdichtungsbauteil 34 erstreckt und ist als ein erster von fünf Luftspalten 71 bis 75 ausgebildet.
Der erste Luftspalt 71 ist nahe der Öffnung 70 zwischen der hinteren Fläche der Riemenführung 23 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und einer vorderen Fläche der vorderen Wand 61 des antriebsseitigen Rahmens 51 angeordnet, wobei er als ringförmiger flacher Raum ausgebildet ist, der rückwärts um einen bestimmten Winkel geneigt ist.
Der zweite Luftspalt 72, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein mittlerer Raum benachbart zum ersten Luftspalt 71, der in eine Richtung ungefähr rechtwinklig zum ersten Luftspalt 71 abgebogen ist. Der zweite Luftspalt 72 ist zwischen dem inneren Umfang des Basisabschnitts 21 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und dem äußeren Umfang des Lagergehäuses 62 ausgebildet und hat einen nährungsweise zylindrischen Raum, der sich parallel zur Welle 2 erstreckt. Der zweite Luftspalt 72 hat eine längere axiale Erstreckung als wie sie der erste und der dritte bis zum fünften Luftspalt 73 bis 75 aufweisen.
Der dritte Luftspalt 73 ist ein mittlerer Raum benachbart zum zweiten Luftspalt 72, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, und biegt in Richtung rechtwinklig zum zweiten Luftspalt 72 ab. Der dritte Luftspalt 73 ist zwischen der hinteren Endfläche des ringförmigen Abschnitts 24 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und der vorderen Fläche des Flanschabschnitts 63 des Lagergehäuses 62 angeordnet und ist als ringförmiger flacher Raum ausgebildet, der sich in radialer Richtung gegenüber der Welle 2 erstreckt.
Der vierte Luftspalt 74 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Raum benachbart zum dritten Raum 73 in der Nähe des Lagerdichtungsbauteils 34 (am weitesten innen gelegen) und ist getrennt von und parallel zum dritten Luftspalt 73 angeordnet. Der vierte Luftspalt 74 ist zwischen der hinteren Endfläche des Nabenabschnitts 25 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und einer radial inneren Vorderfläche des Lagerdichtungsbauteils 34 angeordnet und ist als ringförmiger flacher Raum ausgebildet, der sich in radialer Richtung zur Welle erstreckt.
Der fünfte Luftspalt 75, wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist ein Raum benachbart zum dritten Luftspalt 73, der in der Nähe des Lagerdichtungsbauteils 34 (am weitesten innen gelegen) unter einem bestimmten Abstand parallel zum dritten Luftspalt 73 und koaxial um den vierten Luftspalt 74 herum angeordnet ist. Der fünfte Luftspalt 75 ist zwischen der hinteren Fläche des Flanschabschnitts 63 des Lagergehäuses 62 und einer radial äußeren vorderen Fläche des Lagerdichtungsbauteils 34 angeordnet, und ist als ringförmiger flacher Raum ausgebildet, der sich in radialer Richtung zur Welle 2 erstreckt.
Angenommen, daß die Längserstreckung des ersten Luftspalts 71 δ1, die Radialerstreckung des zweiten Luftspalts 72 δ2, die Längserstreckung des dritten Luftspalts 73 δ3, die Längserstreckung des vierten Luftspalts δ4 und die Längserstreckung des fünften Luftspalts δ5 ist, werden die Erstreckungen derart festgelegt, daß sie die nachstehenden Ungleichungen E1 bis E3 erfüllen.

[E1]

δ1 ≤ δ2

[E2]

δ2 > δ3

[E3]

δ3 > δ4
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel beträgt δ1 ungefähr 1,2 mm, δ2 ungefähr 3,0 mm, δ3 ungefähr 0,2 mm und δ5 ungefähr 0,2 mm.
Wenn die radiale Größe des vierten Luftspalts 74 (d2 - d1) beträgt und die radiale Größe des fünften Luftspalts 75 (d4 - d3) beträgt, bestimmt sich die radiale Größe dahingehend, um die folgende Ungleichung E4 zu erfüllen.

{E4}

(d4 - d3) < (d2 - d1)

[Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels]

Der Betrieb des Fahrzeug-Wechselstromgenerators 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 4 kurz beschrieben.
Wenn die Antriebskraft des Motors über einen Keilriemen auf die V-förmig gerippte Riemenscheibe 5 übertragen wird, dreht sich die Welle, um dadurch den Rotor 3 zu drehen. Die Feldwicklung 11 wird mit einem Feldstrom aus der Batterie versorgt, um die Klauenpolabschnitte der beiden Seiten des Polkerns 10 zu erregen. Ein drehendes magnetisches Feld wird dem Ankerkern 17 des Stators 4 zugeführt, das sich relativ zum Rotor dreht, wobei ein Wechselstrom in den Dreiphasenankerwicklungen 18 erzeugt wird. Der Dreiphasenwechselstrom wird durch eine Gleichrichtereinheit 57 in Gleichstrom umgewandelt, der wiederum an die Batterie und an elektrische Verbraucher des Fahrzeugs geliefert wird.
Der Fahrzeug-Wechselstromgenerator 1 ist im allgemeinen an einem Ort unterhalb des Motors angeordnet. Wenn das Fahrzeug über keine untere Abdeckung verfügt, ist der Wechselstromgenerator schlammigem Spritzwasser ausgesetzt, das in das Kugellager 6 hinter dem Lagerdichtungsbauteil 34 über den Luftspalt 9 eindringen kann, der wiederum zwischen der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und dem antriebsseitigen Rahmen 51 ausgebildet ist.
Jedoch hat der Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Luftspalt 9, der sich aus dem engen, ersten Luftspalt nahe der Öffnung 70, dem weitesten, zweiten Luftspalt 72 benachbart zum ersten Luftspalt 71 und dem dritten Luftspalt 73 zusammensetzt, der benachbart zum zweiten Luftspalt 72 ist und enger als der zweite Luftspalt ausgebildet ist. Weiterhin ist der vierte Luftspalt 74 benachbart zum dritten Luftspalt 73 und der fünfte Luftspalt 75 benachbart zum dritten Luftspalt 73 enger als der dritte Luftspalt 73. Infolgedessen kann Wasser, das von der Öffnung 70 über den ersten Luftspalt 71 in den zweiten Luftspalt 73 eingedrungen ist, nicht in den am weitesten innen gelegenen Luftspalt 9 eindringen und wird in Richtung zur Öffnung 70 entwässert, da der dritte Luftspalt 73 bis zum fünften Luftspalt 75 enger als der zweite Luftspalt 72 sind.
Da die jeweiligen Passagen zwischen dem ersten bis zum dritten Raumspalt 71 bis 73 gebogen sind oder der vierte und der fünfte Luftspalt 74 und 75 parallel zum dritten Luftspalt 73 angeordnet sind, kann das Wasser in den vierten Luftspalt 74 und den fünften Luftspalt 75 nahe dem Lagerdichtungsbauteil 34 nicht direkt einstürmen.
Herkömmlicherweise hat das Lagergehäuse 62 üblicherweise äußere dicke Abschnitte (beispielsweise vier Abschnitte) um Schraubenlöcher vorzusehen, um den äußeren Lagerring 32 des Kugellagers 6 durch Schrauben zu halten, wodurch der zweite Luftspalt 72 enger wird. Da jedoch gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der äußere Lagerringe 32 des Kugellagers 6 in die Innenseite des Lagergehäuses 62 mit einer Preßpassung eingepaßt ist, kann der äußere Lagerring 32 ohne ein Befestigungsbauteil befestigt werden, so daß der äußere Abschnitt des Lagergehäuses 32 ohne eine Welligkeit gerade wird.
D. h., der äußere Abschnitt des Lagergehäuses 62 kann zu einer nahezu zylindrischen Form mit einer ebenmäßigen Fläche gemacht werden, so daß der zweite Luftspalt, der zwischen der inneren Fläche des Basisabschitts 21 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und der vorderen Fläche des Lagergehäuses 62 des antriebsseitigen Rahmens 51 ausgebildet ist, als ein longitudinaler, gerader, zylindrischer Raum ausgebildet werden. Demzufolge wird in den zweiten Luftspalt 72 gelangtes Wasser auf einfache Weise zur Öffnung 70 hin entwässert.
Da der innere Umfang des Basisabschnitts 21 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5, die den äußeren Umfang des zweiten Luftspalts 72 ausbildet, um einen bestimmten Winkel θ (1º) geneigt ist, so daß der innenseitige Durchmesser der Öffnung 70 größer als der innenseitige Durchmesser des Grundabschnitts des zweiten Luftspalts 72 wird, wird in den zweiten Luftspalt 72 gelangtes Wasser durch die Zentrifugalkraft über die Öffnung 70 entwässert.
Weiterhin ist im Hinblick auf das Lagerdichtungsbauteil 34, das am äußeren Lagerring 32 befestigt ist, der Nabenabschnitt 25 der V-förmig gerippten Riemenscheibe, die eine sich drehende Wand darstellt, die wiederum mit dem Lagerdichtungsbauteil 34 den vierten Luftspalt 74 bildet, radial weiter als die Wand des Flanschabschnitts 63, die eine stationäre Wand darstellt, die mit dem Lagerdichtungsbauteil 34 den fünften Luftspalt 75 ausbildet. Demzufolge ist das Wasser, das in den vierten Luftspalt 74 gelangt, geneigt, mehr am Nabenabschnitt 25 als am Flanschabschnitt 63 anzuhaften, so daß das am Nabenabschnitt 25 anhaftende Wasser gedreht wird und durch die Zentrifugalkraft aus dem vierten Luftspalt 74 zur Öffnung 70 hin ausgeworfen wird.
Daher kann das Wasser davon abgehalten werden, geradewegs von der Öffnung 70 in das Lagerdichtungsbauteil 34 zu stürmen. Zusätzlich zur Entwässerung von Wasser, das am inneren Umfang des Basisabschnitts 21 und der hinteren Fläche des Nabenabschnitts 25 durch die Zentrifugalkraft anhaftet, kann die Entwässerung von Wasser im Luftspalt 9 zwischen der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und dem antriebsseitigen Rahmen 51 über die Öffnung 70 durch Vergrößerung oder Verringerung der Räume des Luftspalts 9 (speziell durch Vergrößerung des zweiten Luftspalts 72) durchgeführt werden. Somit wird Wasser davon abgehalten, über das Lagerdichtungsbauteil 34 in das Kugellager 6 einzudringen, so daß die Lebensdauer des Kugellagers 6 erhöht werden kann.
Da das Lagergehäuse 62 und die V-förmig gerippte Riemenscheibe 5 aus dem gleichen Eisenmaterial hergestellt sind, kann, auch wenn eine kleine Menge an Wasser mit etwas Elektrolyt in den zweiten oder den dritten Luftspalt gelangt, das wasseraufweisende Elektrolyt keine Brücke zwischen dem Lagergehäuse 62 und der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 ausbilden und damit kann keine örtliche Zelle ausgebildet werden, wodurch die Bildung von korrosiven Materialien innerhalb des Lagerdichtungsbauteils 34 des Kugellagers 6 verhindert wird. Somit wird Wasser davon abgehalten, auf die Innenseite des Lagerdichtungsbauteils 34 des Lagers 6 zu gelangen.
Wenn der Fahrzeug-Wechselstromgenerator 1 in Betrieb ist, erwärmt sich der äußere Lagerring 32 des Kugellagers 6 und das Lagergehäuse 62 durch den Wechselstromgenerator 1 und dehnt sich aus. Da der äußere Lagerring 32 des Kugellagers 6 und das Lagergehäuse 62 aus dem gleichen Eisenmaterial hergestellt sind, bilden sich Spalte beruhend auf Unterschiede bei der thermischen Ausdehnung zwischen dem äußeren Lagerring 32 des Lagers 6 und dem Lagergehäuse 62 nicht aus. Da der antriebsseitige Rahmen 51 aus einem Eisenmaterial preßgeformt ist, werden Grate kaum ausgebildet im Vergleich zu einem Guß.

[Testergebnis des ersten Ausführungsbeispiels]

Um den Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem herkömmlichen Fahrzeug- Wechselstromgenerator zu vergleichen, wird ein Salzsprühtest durchgeführt, bei dem Salzwasser (Wasser mit Elektrolyten) auf alle Seiten des Wechselstromgenerators gesprüht wird. Fig. 4 zeigt ein Testergebnis, wenn 350 cc von Salzwasser auf die jeweiligen Wechselstromgeneratoren (das erste Ausführungsbeispiel und den herkömmlichen Wechselstromgenerator) bei einer Drehzahl von 4000 U/min jede Minute 15 Sekunden lang über sechs Düsen mit 1,2 mm Durchmesser gesprüht wird.
Aus Fig. 4 ist zu erkennen, daß der Fahrzeug- Wechselstromgenerator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen Salzwiderstand von 1700 Stunden hat, was dreimal so lang wie der Salzwiderstand von 560 Stunden ist, was der herkömmliche Wechselstormgenerator aufweist.

[zweites Ausführungsbeispiel]

Fig. 5 zeigt einen Hauptabschnitt eines Fahrzeug- Wechselstromgenerators nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Riemenführung 23 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und die vordere Wand 61 des antriebsseitigen Rahmens 51 achsparallel zueinander angeordnet, um rechtwinklig gegenüber der Welle 2 zu sein. Demzufolge wird der erste Luftspalt 71 zu einem ringförmigen flachen Raum, der auf der gleichen Achse wie die Öffnung 70 angeordnet ist.
Da demzufolge der erste Luftspalt 71 zu einem ringförmigen flachen Raum geformt ist, ist die hintere Fläche der Riemenführung 23 der V-förmig gerippten Riemenscheibe 5 und die vordere Wand 61 des antriebsseitigen Rahmens 51 in einem näherungsweise flachen Raum angeordnet, der radial außerhalb der Welle 2 angeordnet ist. Demzufolge tropft Wasser, das in den ersten Luftspalt 71 gelangt, geradewegs weg, ohne in das Kugellager 6 zu gelangen, wobei der Wasserschutzeffekt für das Lager erhöht wird.

[Abwandlung]

Während die vorstehenden Beispiele der vorliegenden Erfindung bei einem Fahrzeug-Wechselstromgenerator angewandt wurden, der durch einen Motor über einen Poly-Keilriemen angetrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auf einen durch einen Motor angetriebenen Wechselstrom- oder Gleichstrom-Generator ein Wasserrad eines Windrads angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann ebenso auf eine drehende Maschine, wie einen Motor, einen Kompressor oder eine drehende Pumpe angewendet werden.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird die V-förmig gerippte Riemenscheibe 5 mit dem Poly-Keilriemen verwendet, wobei eine Keilriemenscheibe mit einer einzelnen V-förmigen Nut auch verwendet werden kann. Die V-förmig gerippte Riemenscheibe kann ebenso durch ein Drehbauteil, wie ein Zahnrad oder ähnliches ersetzt werden.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist die Welle 2 und die V-förmig gerippte Riemenscheibe 5 getrennt ausgebildet. Sie können jedoch auch als eine Einheit ausgebildet sein. Der Innenring 31 des Kugellagers 6 kann einstückig mit der Welle 2 ausgebildet sein. Der Außenring 32 des Kugellagers 6 kann ebenso einstückig mit dem Lagergehäuse 62 ausgebildet sein. Ebenso kann andererseits die vordere Wand 61 getrennt von dem Lagergehäuse sein. Ebenso kann der Flanschabschnitt 63 getrennt vom Lagergehäuse sein.
In der vorstehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre spezifischen Ausführungsbeispiele dargelegt. Es ist jedoch offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen an den spezifischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne die Erfindung zu verlassen, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist. Demzufolge ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindung in diesem Dokument eher in illustrativer als in restriktiver Bedeutung zu betrachten.

Claims

1. Drehende Maschine mit:

einem Gehäuse (8) mit einer vorderen Wand (61) und einem Lagergehäuse (62), das sich von der vorderen Wand (61) nach vorne erstreckt;

einer Drehwelle (2);

einem Lager (6) mit einem äußeren Lagerring (32), der im Lagergehäuse (62) eingepaßt ist und mit einem Dichtungsbauteil (34) an seinem Ende; und

einem schüsselförmigen drehenden Bauteil (5) mit einem zylindrischen Basisabschnitt (21), der um das Lagergehäuse (62) herum angeordnet ist, einem Nabenabschnitt (25) der am vorderen Ende der Drehwelle (2) befestigt ist und mit einem ringförmigen Abschnitt (24) durch den der zylindrische Basisabschnitt (21) mit dem Nabenabschnitt (25) verbunden ist; wobei

die vordere Wand (61) des Gehäuses (8) angeordnet ist, einer hinteren Fläche des zylindrischen Basisabschnitts (21) des drehenden Bauteils (5) gegenüber zu stehen, wobei das Lagergehäuse (62) des Gehäuses (8) zwischen dem zylindrischen Basisabschnitt (21) des drehenden Bauteils (5) und dem Lager (6) angeordnet ist, um einen Luftspalt (9) zwischen dem drehenden Bauteil (5) und dem Gehäuse (8) von einer Öffnung zum Lager (6) hin auszubilden, und

der Luftspalt (9) hat einen 81 betragenden ersten Luftspalt (71) der zwischen der hinteren Fläche des zylindrischen Basisabschnitts (21) und der vorderen Wand (61) ausgebildet ist, einen δ2 betragenden zweiten Luftspalt (72), der zwischen dem inneren Umfang des zylindrischen Basisabschnitts (21) und dem Lagergehäuse (62) ausgebildet ist, einen δ3 betragenden dritten Luftspalt (73) der zwischen der hinteren Fläche des ringförmigen Abschnitts (24) und der vorderen Fläche des Lagergehäuses (62) ausgebildet ist und einen δ4 betragenden vierten Luftspalt (74) der zwischen einer hinteren Fläche des Nabenabschnitts (25) und einer vorderen Fläche des Dichtungsbauteils (34) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (6) einen inneren Lagerring (31) hat, der die Drehwelle (2) aufnimmt, wobei die Luftspalte (71-74) derart ausgebildet sind, um die Ungleichungen δ1 < δ2, δ2 > δ3, δ3 > δ4 zu erfüllen.

2. Drehende Maschine mit:

einer Drehwelle (2);

die vordere Wand (61) des Gehäuses (8) angeordnet ist, einer hinteren Fläche des zylindrischen Basisabschnitts (21) des drehenden Bauteils (5) gegenüber zu stehen, wobei das Lagergehäuse (62) des Gehäuses (8) zwischen dem zylindrischen Basisabschnitt (21) des drehenden Bauteils (5) und dem Lager (6) angeordnet ist, um einen Luftspalt (9) zwischen dem drehenden Bauteil (5) und dem Gehäuse (8) von einer Öffnung zum Lager 6 hin auszubilden, und

dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (6) einen inneren Lagerring (31) hat, der die Drehwelle (2) aufnimmt, wobei der vierte Luftspalt beabstandet vom und parallel zum dritten Luftspalt angeordnet ist.

3. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehende Maschine ein durch einen Motor getriebener Generator (1) ist.

4. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schüsselförmige drehende Bauteil (5) eine durch einen riemengetriebene Riemenscheibe ist.

5. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Luftspalt (72) rechtwinklig zum ersten, dritten und vierten Luftspalt (71, 73, 74) ausgebildet ist und einen zylindrischen Raum mit einer axialen Größe hat, der jeweils größer als der erste, der dritte oder der vierte Luftspalt ist.

6. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lagering (32) des Lagers (6) im Lagergehäuse (62) mit einer Preßpassung oder durch Umbiegen der vorderen Kante des Lagergehäuses (62) befestigt ist.

7. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Lagergehäuse (62) einen Flanschabschnitt (63) hat, der dem Dichtungsbauteil (34) gegenübersteht, um den äußeren Lagerring (32) des Lagers (6) gegenüber einem axialen Ende zu halten, und wobei

die radiale Größe des vierten Luftspalts (74) größer als die radiale Größe des fünften Luftspalts (75) ist, der zwischen einer hinteren Fläche des inneren Umfangsabschnitts des Flanschabschnitts (63) und einer vorderen Fläche des Dichtungsbauteils (34) ausgebildet ist.

8. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Umfang des zylindrischen Basisabschnitts (21) derart geneigt ist, daß ein hinterer Durchmesser des zweiten Luftspalts (72) größer als sein vorderer Luftspalt wird.

9. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (62) und das drehende Bauteil (5) aus dem gleichen Metall hergestellt sind.

10. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lagerring (32) des Lagers (6) und des Lagergehäuses (62) aus dem gleichen Metall hergestellt sind.

11. Drehende Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Luftspalt (71) als eine ringförmige, plattenförmige Form ausgebildet ist.

12. Drehende Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

der zylindrische Basisabschnitt (21) des drehenden Bauteils (5) eine Vielzahl von mit einer Roller ausgebildeten V- förmigen Nuten (26) hat; und wobei

das Gehäuse (8) ein Lagergehäuse (62) hat, das aus einer preßgeformten Metallplatte besteht.