Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator und deren Herstellverfahren
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie von einem Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Bei handelsüblichen Drehstromgeneratoren mit einem Klauenpolläufer, z. B. nach dem DE-GM 59 505 230 wird die Erregerwicklung zunächst separat auf einen Wicklungsträger aufgewickelt und dann beim Zusammenbau des Klauenpolläufers konzentrisch auf einen Polkern aufgesetzt, der auf einen mittleren Abschnitt einer Läuferwelle des Generators aufgepreßt ist. Anschließend werden zwei Polplatinen mit ihren am Umfang ineinandergreifenden Polfingern beidseitig gegen die Stirnseiten des Polkerns auf die Läuferwelle aufgepreßt. Danach wird mittels einer Tauch- oder
Träufelimprägnierung die so vorgefertigte Baueinheit aus Erregerwicklung, Wicklungsträger, Polkern und Klauenpolplatinen mittels einem aushärtenden Gießharz miteinander fixiert. Die Wicklungsenden werden schließlich über Verbindungsleiter mit Schleifringen am Ende der
Läuferwelle kontaktiert, welche über Kohlebürsten an eine elektrische Energieversorgung anzuschließen sind.
Der Gießharzverbund muß dabei möglichst großflächig ausgebildet sein, um die großen, abrupt auftretenden Drehmomentänderungen, Schüttelbeanspruchungen und Drehschwingungen beim Betrieb im Kraftfahrzeug aufnehmen zu können und Relativbewegungen von Erregerdrähten zueinander oder gegenüber Polkern, Wicklungsträger oder Klauenpole zu vermeiden. Dabei ist jedoch von Nachteil, dass für eine derartige Imprägnierung eine relativ große Gießharzmenge erforderlich ist, wobei außerdem große Bereiche der Klauenpolplatinen und Klauenpolfinger unnötigerweise mit Gießharz bedeckt werden. Bei einer Tauchimprägnierung muß schließlich das Gießharz in einem weiteren Arbeitsgang an den Klauenpolbereichen wieder entfernt werden.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, den Zusammenbau des Klauenpolläufers zu vereinfachen und die nötige Schüttelfestigkeit und Verdrehsicherheit zwischen
Erregerwicklung und Klauenpolplatinen sowie Polkern ohne Imprägnierharz zu gewährleisten.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das erfindungsgemäße Herstellverfahren für die elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 hat den Vorteil, dass bei der Harzimprägnierung der vorgefertigten Baueinheit aus Wicklungsträger und Erregerwicklung die benötigte Harzmenge erheblich reduziert wurde, da nunmehr lediglich die Erregerwicklung auf den Wicklungsträger mittels Gießharz verdrehsicher und schüttelfest fixiert ist. Die Verdrehsicherung dieser
Baueinheit auf dem Polkern kann hier in einfacher Weise
durch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Polkern und Innenwandung des Wicklungsträgers erfolgen. Dabei ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die vorgefertigte, gießharzimprägnierte Baueinheit aus Wicklungstrager und Erregerwicklung extern hergestellt und bezogen werden kann, da die Gefahr eines Aufspulens der Erregerwicklung aufgrund der Harzimprägnierung entfällt.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen, in den Un eransprüchen genannten Merkmalen. So wird in möglichst einfacher Weise der Wicklungsträger der vorgefertigten Baueinheit mit einer Preßpassung auf dem Polkern fixiert. Im einfachsten Fall reicht dabei die Preßpassung über die gesamte axiale Baulänge des Wicklungsträgers. Da im Falle von größeren Fertigungstoleranzen die kraftschlüssige Verbindung der Preßpassung aufgrund unterschiedlicher Paarungen von Wicklungsträgern und Polkernen sehr unterschiedlich ausfallen kann, wird zur Begrenzung derartiger Unterschiede in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, am Innendurchmesser des freitragenden hohlzylindrischen Wicklungsträgers abgesetzte, den Innendurchmesser verringernde Formelemente anzuformen, welche die Preßpassung mit dem Polkern bilden und deren Material bei zu starker Pressung nachgibt. Zweckmäßigerweise werden dabei diese Formelemente in Form von Leisten über mindestens einen Teil der axialen Baulänge des Wicklungsträgers geführt.
Eine weitere Verbesserung der Verdrehsicherheit des Wicklungsträgers wird in zweckmäßiger Weise dadurch erreicht, dass dieser auch an seinen beiden Stirnseiten zwischen den auf der Läuferwelle befestigten zwei Klauenpolplatinen kraftschlüssig eingespannt wird.
Zeichnung
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert .
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Drehstromgenerator mit einem Klauenpolläufer,
Fig. 2 einen Wicklungsträger aus Kunststoff,
Fig. 3 eine vorgefertigte Baueinheit aus Wicklungsträger und Erregerwicklung,
Fig. 4 die Läuferwelle des Generators mit einem Polkern und darauf montierter Baueinheit nach Fig. 3 und
Fig. 5 zeigt die vormontierte Anordnung aus Fig. 4 mit zusätzlich stirnseitig dazu angebrachten Klauenpolplatinen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Fig. 1 zeigt als elektrische Maschine einen Drehstromgenerator 10 für Kraftfahrzeuge, deren Ständer 11 mit einem als Klauenpolläufer ausgebildeten Polläufer 12 zusammenwirkt. Der Generator hat zwei Gehäusehälften 13 und 14, in denen ein Ständerblechpaket 15 mit einer
Drehstromwicklung 16 aufgenommen ist. Der Polläufer 12 ist mit seiner Läuferwelle 17 über Kugellager 18 und 19 an den Naben der beiden Gehäusehälften 13 und 14 aufgenommen und an dem antriebsseitigen Ende mit einem Gewinde 20 zum Anbringen einer Riemenscheibe versehen. Ein Polkern 21 ist auf den mittleren Abschnitt der Läuferwelle 17 aufgepreßt. Auf den
Polkern 21 sitzt ein Wicklungsträger 22 aus Kunststoff, auf dem eine Erregerwicklung 23 aufgewickelt ist. An den Stirnseiten von Polkern 21 und Wicklungsträger 22 ist jeweils eine als Klauenpolplatine ausgebildete Polplatine 24 und 25 angeordnet, die ebenso wie der Polkern mit ihren zentrischen Bohrungen auf die Läuferwelle aufgepreßt sind. Am Außenumfang der Polplatinen 24 und 25 sind jeweils ineinandergreifende als Klauenpolfinger ausgebildete Polfinger 26 in Axialrichtung abgewinkelt, welche in bekannter Weise bei einer gleichstromdurchflossenen Erregerwicklung 23 am Umfang des Polläufers 12 sich abwechselnde Pole bilden. Die Enden der Erregerwicklung 23 sind über nicht dargestellte Verbindungsleiter mit zwei Schleifringen 27 am hinteren Ende der Läuferwelle 17 verbunden, die über Kohlebürsten 28 eines Bürstenhalters 29 über einen stirnseitig angeordneten Regler 30 von einem Gleichstrom versorgt werden. Bürstenhalter 29 und Regler 30 sowie ein dort angeordneter, nicht erkennbarer Brückengleichrichter sind von einer Schutzkappe 31 abgedeckt, die ferner auch die Verschaltung der
Drehstromwicklung 16 mit dem Brückengleichrichter sowie dessen Gleichstromanschlüsse in nicht dargestellter Weise mit einfaßt.
Fig. 2 zeigt den freitragenden, in einem ersten Verfahrensschritt durch Spritzen hergestellten Wicklungsträger 22 aus Kunststoff. Es ist ein hohlzylindrischer Körper mit einer zylindrischen Wandung 22a und an dessen Stirnseiten radial nach außen gerichteten Flanschen 22b und 22c. An den Stirnseiten des
Wicklungsträgers 22 sind im äußeren Umfangsbereich der Flansche 22b und 22c axiale Vorsprünge 32 angeformt, die als Montagehilfe beim späteren Anbringen der Polplatinen 24 und 25 in deren als Polwurzeln ausgebildete Polwurzeln 24b, 25b (Fig. 1) hineinragen. Ferner ist auf der rechten Stirnseite
des Wicklungsträgers 22 eine vom Flansch 22c radial nach außen vorstehende Nase 33 angeformt.
Gemäß Fig. 3 wird in einem weiteren Verfahrensschritt die Erregerwicklung 23 auf den Wicklungsträger 22 aufgewickelt und deren äußeres Drahtende 23a mehrfach um die Nase 33 am Wicklungsträger 22 herumgewickelt, um bei der Weiterverarbeitung ein Aufspulen der Erregerwicklung 23 zu vermeiden. Des weiteren wird nun die Baugruppe aus Wicklungsträger 22 und Erregerwicklung 23 mit einem Harz 34 vollständig imprägniert. Dabei durchdringt das heiße, dünnflüssige Harz 34 die Erregerwicklung 23 vollständig, so dass der Wicklungsträger 22 vom Harz 34 großflächig in den Bereichen benetzt wird, in denen die Erregerwicklung 23 am Wicklungsträger 22 anliegt. Durch ein nachfolgendes
Aushärten des Harzes 34 werden nun Wicklungsträger 22 und Erregerwicklung 33 zu einer vorgefertigten, kompakten Baueinheit 35 miteinander verbunden. Unabhängig von der Herstellung der Baueinheit 35 wird an einer anderen Stelle der Fertigung der Polkern 21 auf den mittleren Abschnitt der Läuferwelle 17 kraftschlüssig aufgepreßt.
Gemäß Fig. 4 werden nun in einem weiteren Fertigungsschritt die so vorgefertigten Bauteile zusammengefügt. Dabei wird der Wicklungsträger 22 der Baueinheit 35 durch eine kraftschlüssige Verbindung 37 auf dem Polkern 21 fixiert. Dabei sind Außendurchmesser des Polkerns 21 und Innendurchmesser des Wicklungsträgers 22 so aufeinander abgestimmt, dass sie mit einer Preßpassung konzentrisch auf einander fixiert werden. Zur Erzielung einer optimalen
Verdrehsicherung, insbesondere gegenüber Drehschwingungen reicht die Preßpassung 37 über die gesamte axiale Baulänge des Wicklungsträgers 22.
In einem weiteren Fertigungsschritt werden nun gemäß Fig. 5 von den Enden der Läuferwelle 17 her je eine Polplatine 24
und 25 aufgepresst und so die vormontierte Baugruppe nach Fig. 4 von den Stirnseiten her durch die Polplatinen 24 und 25 eingefaßt. Dabei werden die Polplatinen 24 und 25 soweit auf die Läuferwelle 17 aufgepreßt, dass die vorgefertigte Baueinheit 35 aus Wicklungstrager 22 und Erregerwicklung 23 kraftschlüssig zwischen den Stirnflächen 24a und 25a der Polplatinen 24 und 25 in axialer Richtung eingespannt wird. Damit wird die Baueinheit 35 gegenüber den Polplatinen 24 und 25 zusätzlich gegen Verdrehen gesichert. Da beim Aufwickeln der Erregerwicklung 23 auf den Wicklungsträger 22 dessen Flansche 22b und 22c bereits etwas nach außen gespreizt werden, kann diese Spreizung ausreichen, um die gewünschte kraftschlüssige Anlage der Polplatinen 24 und 25 an den Flanschen 22b und 22c zu erhalten. Benötigt man dagegen eine größere axiale Pressung, muß die axiale
Baulänge des Wicklungsträgers 22 soweit vergrößert werden, dass sie nach dem Aufpressen auf den Polkern 21 gemäß Fig. 4 über dessen Stirnseiten axial vorsteht.
Da aufgrund der Fertigungstoleranzen sowohl am
Wicklungsträger 22 als auch am Polkern 21 durch die jeweilige Paarung an den glatt aufeinanderliegenden Oberflächen der Preßpassung erhebliche Unterschiede in der kraftschlüssigen Verbindung dieser Teile auftreten können, wird zur Vermeidung enger Fertigungstoleranzen vorgeschlagen, am Innenumfang der zylindrischen Wandung 22a des Wicklungsträger 22 Formelemente 36 anzuordnen, welche den nunmehr größer ausgeführten Innendurchmesser des Wicklungsträgers 22 verringern und so die Preßpassung mit dem Polkern 21 bilden. In Fig. 2 sind diese Formelemente 36 als gestrichelt angedeutete, am Innendurchmesser der zylindrischen Wandung 22a angeformte Leisten dargestellt, die hier über nur einen Teil der axialen Baulänge des Wicklungsträgers 22 reichen.
Anstelle eines Wicklungsträgers aus Kunststoff kann auch ein durch Umformen oder Gießen hergestellter Wicklungsträger aus Metall verwendet werden, der zur Wicklung hin mit einer Isolier-Beschichtung versehen ist .
Durch zusätzlich an den Polplatinen bzw . am Polkern angebrachten Ausformungen und entsprechend entgegengesetzten Konturen am Wicklungsträger läßt sich neben der damit vorgegebenen Positionierung dieser Teile zueinander auch noch die Verdrehfestigkeit erhöhen .