DE19854465C1 - Flüssigkeitsgekühlter Generator - Google Patents

Abstract

Bei einem flüssigkeitsgekühlten Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher sich in einem Gehäuse befindet, ist zwischen dem Gehäuse und dem Generator ein Spaltraum für Kühlflüssigkeit angeordnet. Dieser Spaltraum ist mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit versehen und weist im Bereich der Eintrittsöffnung des flüssigkeitsgekühlten Generators ein Kühlflüssigkeits-Leitelement auf, dessen Austrittsbereich auf der von der Austrittsöffnung abgewandten Seite liegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, nach der im Oberbe­ griff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Ein gattungsgemäßer Generator ist in der DE 41 04 740 A1 beschrieben. Die Druckschrift offenbart ein sehr aufwendiges und platzraubendes Leitsystem für den Kühlflüssigkeitsstrom eines flüssigkeitsgekühlten Ge­ nerators für ein Kraftfahrzeug.

Weiterhin ist aus der DE 44 30 427 C1 ein flüssig­ keitsgekühlter Generator bekannt, welcher zur geziel­ ten Kühlmittelführung um den Generator einen Kühlmit­ telteiler in einem Ringspalt für den Kühlmantel zwi­ schen Generator und Außengehäuse aufweist.

Einen weiteren flüssigkeitsgekühlten Generator be­ schreibt auch die DE 44 44 956 A1.

Nachteilig bei diesen bekannten Generatoren ist jedoch der durch die schlechten Strömungsbedingungen der Kühlflüssigkeit zwischen dem Generator und dem Gehäuse entstehende relativ hohe Wasserverbrauch bei gleich­ zeitig geringer Kühleffizienz.

Im Bereich der Eintrittsöffnung für die einströmende Kühlflüssigkeit kommt es bei den bekannten flüssig­ keitsgekühlten Generatoren zu großen Druckverlusten. Die Kühlflüssigkeitsströmung kann dann nur noch sehr schwer in der gewünschten Art um den Generator gelei­ tet werden. Im weiteren Verlauf des Spaltraums um den Generator herrscht dann eine annähernd laminare Strö­ mung vor, wodurch die Kühlung des Generators sehr un­ ausgeglichen und unbefriedigend ist.

Häufig zwingt die erforderliche Baugröße des flüssig­ keitsgekühlten Generators dazu, die Ein- und Aus­ trittsöffnungen für die Kühlflüssigkeit strömungstech­ nisch ungünstig zu plazieren. So sind aus dem Bereich der Fahrzeugtechnik Fälle bekannt, bei denen die Ein- und Austrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit des flüs­ sigkeitsgekühlten Generators sehr dicht beieinander liegen. Der flüssigkeitsgekühlte Generator wird damit in dem zwischen den beiden Öffnungen liegenden Bereich weitaus besser gekühlt als in dem gegenüber den Öff­ nungen liegenden Bereich. Da sich dies jedoch nicht immer mit der realen Wärmeentwicklung im Generator kombinieren läßt, ist in dieser Problematik ein gra­ vierender Nachteil für die Funktionsweise eines flüs­ sigkeitsgekühlten Generators zu sehen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen flüssig­ keitsgekühlten Generator zu schaffen, bei welchem ein Strömungsverlauf mit hoher Kühleffizienz in dem Spaltraum zwischen Generator und Gehäuse gegeben ist und bei dem die Ein- und Austrittsöffnungen für die Kühlflüssigkeit in beliebiger, z. B. für die Montage des Generators günstiger Art und Weise, angeordnet sein können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Kühlflüs­ sigkeits-Leitelements in dem Bereich des Kühlflüssig­ keitseintritts wird der eintretende Kühlflüssigkeits- Volumenstrom in den dem Kühlflüssigkeitsaustritt abge­ wandten Bereich des Spaltraums gelenkt und über eine große Fläche verteilt. So werden sämtliche Bereiche des Generators von der Kühlflüssigkeit umspült und es können sich keine die Kühlung des Generators in nach­ teiliger Art und Weise beeinflussenden Toträume bil­ den.

Dabei ermöglicht die einfache und wirkungsvolle Aus­ führung des Kühlflüssigkeits-Leitelements ein ideales Verteilen der einströmenden Kühlflüssigkeit. Durch eine Anpassung des Kühlflüssigkeits-Leitelements an die spezifischen Anforderungen des flüssigkeitsgekühl­ ten Generators lassen sich in vorteilhafter Weise Standardgeneratoren verwenden. Durch den Einbau eines je nach Fahrzeug verschiedenen Kühlflüssigkeits- Leitelements können die Standardgeneratoren leicht und schnell an die im jeweiligen Kraftfahrzeug vorliegen­ den Erfordernisse angepaßt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Kühlflüssigkeits-Leitelement in der Art eines Duschkopfs mit vielen kleinen Öffnungen ver­ sehen sein. Die Kühlflüssigkeit läßt sich so gezielt und/oder gleichmäßig zur Kühlung des Generators ver­ teilen.

In sehr günstiger Art und Weise kann das Kühlflüssig­ keits-Leitelement mit weiteren die Kühlung begünsti­ genden Elementen kombiniert werden. So kann beim Zu­ sammenbau des Generators ein plattenartiges Gebilde, welches mit Leitrippen für die Kühlflüssigkeit verse­ hen ist, in vorteilhafter Weise sehr einfach in den Spaltraum zwischen Gehäuse und Generator eingelegt werden, bevor dieser mit dem Gehäuse verbunden wird. Die Leitrippen lassen eine effiziente Beeinflussung der Kühlflüssigkeitsströmung zu, so daß sich der Gene­ rator mit einer kleinen Menge an Kühlflüssigkeit sehr effizient und gleichmäßig kühlen läßt.

Dadurch lassen sich verschiedene thermische Anforde­ rungen an die Generatoren z. B. durch andere Antriebs­ leistungen mit unterschiedlich ausgeformten plattenar­ tigen Gebilden realisieren, ohne daß die Generatoro­ berfläche, das Gehäuse und die Montage verändert wer­ den muß. Deshalb können kostengünstige Standardgenera­ toren und Gehäuse eingesetzt werden, was primär im Bereich der Logistik, der Arbeitsplanung und den Fer­ tigungskosten von großem Vorteil ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Un­ teransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei­ spielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen flüssigkeitsgekühlten Generator vor dem Zusammenbau;

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform eines Kühl­ flüssigkeits-Leitelements in dem Bereich der Eintrittsöffnung des flüssigkeitsgekühlten Generators in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein Kühlflüssigkeits-Leitelement in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht des plattenartigen Gebildes in einem ebenen Zustand;

Fig. 5 eine Ansicht des plattenartigen Gebildes in einem gebogenen Zustand; und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie V-V des flüssigkeitsgekühlten Generators aus Fig. 1 nach dem Zusammenbau.

In Fig. 1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Generator dar­ gestellt, dessen hauptsächlicher Anwendungszweck im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik liegt. Deshalb wird der flüssigkeitsgekühlte Generator im folgenden als Lichtmaschine 1 bezeichnet. Die Lichtmaschine 1, wel­ che hier vor dem Zusammenbau zu erkennen ist, besteht aus einem vollständig gekapselten Generator 2 mit ei­ nem inneren Gehäuseteil 3 und einem äußeren Gehäuse 4 mit einer inneren Wandung 5. Weiterhin ist ein plat­ tenartiges Gebilde 6 mit mehreren Leitrippen 7 zu er­ kennen, welches in einem gebogenen Zustand um das in­ nere Gehäuseteil 3 des Generators 2 gelegt ist. An dem Gehäuse 4 sind je eine Ein- und Austrittsöffnung 8, 9 für die Kühlflüssigkeit angebracht und ein Kühlflüs­ sigkeits-Leitelement 10 ist im Inneren des Gehäuses 4 teilweise erkennbar. Die weiteren Bereiche bzw. Bau­ teile des Generators 2 und des äußeren Gehäuses 4 sind für die Erfindung nicht von Interesse und deshalb nicht näher erläutert bzw. nicht weiter dargestellt.

Die punktierten Pfeile A in Fig. 1 sollen den prinzi­ piellen Vorgang des Zusammenbaus des Generators 2 mit dem äußeren Gehäuse 4 zu der Lichtmaschine 1 andeuten.

In Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung durch die Licht­ maschine 1 in dem Bereich des Kühlflüssigkeitsein­ tritts 8 und des Kühlflüssigkeitsaustritts 9 zu erken­ nen, wobei hier auf eine Darstellung des plattenarti­ gen Gebildes 6 verzichtet wurde. In den Kühlflüssig­ keitseintritt 8 ragt ein als Rohrstutzen 10a ausgebil­ deter Abschnitt des Kühlflüssigkeits-Leitelements 10. In dem Kühlflüssigkeits-Leitelement 10 wird die Kühl­ flüssigkeit aus der Strömungsrichtung, die diese im Kühlflüssigkeitseintritt 8 und in dem Rohrstutzen 10a aufweist, abgelenkt und von einer axialen Verbreite­ rung 10b des Kühlflüssigkeits-Leitelements 10 so ver­ teilt, daß der Generator 2 von der Kühlflüssigkeit vollkommen umspült wird.

Das Kühlflüssigkeits-Leitelement 10 weist zwei Stege 11 auf, die dem Gehäuseteil 3 des Generators 2 zuge­ wandt sind. Einerseits stützt sich das Kühlflüssig­ keits-Leitelement 10 damit an dem inneren Gehäuseteil 3 des Generators 2 ab, andererseits verhindern die Stege 11 eine direkte Kühlflüssigkeitsströmung von einem im Abschnitt der axialen Verbreiterung 10b lie­ genden Austrittsbereich 12 des Kühlflüssigkeits- Leitelements 10 zu dem Kühlflüssigkeitsaustritt 9 der Lichtmaschine 1.

In seiner in Fig. 3 erkennbaren, in die Tiefe gehenden bzw. axialen Ausbildung weist der in einem Spaltraum 13 zwischen innerem Gehäuseteil 3 und äußerem Gehäuse 4 liegende Abschnitt der axialen Verbreiterung 10b des Kühlflüssigkeits-Leitelements 10 annähernd dieselbe Breite wie das innere Gehäuseteil 3 des Generators 2 auf. Damit ist sichergestellt, daß in dem Spaltraum 13 in dessen gesamter Ausdehnung eine Versorgung mit Kühlflüssigkeit stattfindet. Um diesen Effekt noch weiter zu verstärken kann das Kühlflüssigkeits- Leitelement 10 in dem Austrittsbereich 12 zahlreiche kleine Öffnungen (nicht dargestellt) aufweisen, welche die Kühlflüssigkeit in der Art eines Duschkopfs gleichmäßig in dem Spaltraum 13 verteilen.

Der in dem Kühlflüssigkeitseintritt 8 angeordnete Rohrstutzen 10a des Kühlflüssigkeits-Leitelements 10 ist in seinem Durchmesser so gestaltet, daß das Kühl­ flüssigkeits-Leitelement 10 genau in dem Kühlflüssig­ keitseintritt 8 paßt und ein direktes Einströmen der eintretenden Kühlflüssigkeit am Kühlflüssigkeits- Leitelement 10 vorbei in den Spaltraum 13 verhindert.

In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung der Erfindung können zwischen dem Rohrstutzen 10a des Kühlflüssigkeits-Leitelements 10 und dem Kühlflüssig­ keitseintritt 8 auch noch Dichtungselemente bekannter Bauart angebracht sein; z. B. O-Ringe.

Wie es in Fig. 1 zu erkennen ist, kommt das plattenar­ tiges Gebilde 6, hier insbesondere eine Platte 6, nach dem Zusammenbau der Lichtmaschine 1 in gebogenem Zu­ stand in den Spaltraum 13 zwischen innerem Gehäuseteil 3 und äußerem Gehäuse 4 zu liegen. Dabei nimmt die Platte 6 in gebogenem Zustand nicht den gesamten Um­ fang des Spaltraums 13 ein, um dem Kühlflüssigkeits- Leitelement 10 noch genügend Raum zu lassen. Auf der Platte 6 sind Leitrippen 7 ausgebildet, welche in dem eingelegten, gebogenen Zustand der Platte 6 den Spaltraum 13 verengen.

Die Leitrippen 7 können dabei bevorzugt in einem ebe­ nen Zustand der Platte 6, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, auf diese aufgebracht werden. Wie in Fig. 5 er­ kennbar ist, wird die Platte 6 mit den Leitrippen 7 (hier nur angedeutet) entsprechend der Größe des voll­ ständig gekapselten Generators 2 gebogen. Beim Zusam­ menbau der Lichtmaschine 1 läßt sich die Platte 6 in dem gebogenen Zustand in den Spaltraum 13 einlegen.

Durch die Größe, die Höhe und die genaue Lage der Lei­ trippen 7 auf der Platte 6 läßt sich die Strömung der Kühlflüssigkeit in dem Spaltraum 13 der Lichtmaschine 1 entsprechend der erforderlichen Kühlungsverhältnisse beeinflussen.

In besonders günstiger Art und Weise kann die Oberflä­ che der einzelnen Leitrippen 7 außerdem jeweils ein ihre Oberfläche vergrößerndes Profil 14 aufweisen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Pro­ fil 14 so ausgeführt, daß es in der für Fig. 6 gewähl­ ten Schnittdarstellung eine zinnenartige Gestalt auf­ weist.

Im Bereich des Profils 14 der Leitrippen 7 wird so eine Zone 15 mit hohen Strömungsdruckverlusten für die strömende Kühlflüssigkeit geschaffen. Dadurch wird ein Übertritt der Kühlflüssigkeit von einem durch die Lei­ trippen 7 begrenzten Kühlflüssigkeitsraum 16a durch die von den Leitrippen 7 verengte Zone 15 des Spaltraums 13 in den Kühlflüssigkeitsraum 16b er­ schwert. Die Strömung der Kühlflüssigkeit läßt sich dadurch leichter beeinflussen und ungewollte Lecka­ geeffekte zwischen den einzelnen Kühlflüssigkeitsräu­ men 16a, 16b lassen sich besser vermeiden.

Als zusätzlicher Effekt wird durch das Profil 14 der Rippenoberfläche ein turbulentes Strömungsverhalten der Kühlflüssigkeit in dem Bereich der Rippen 7 er­ reicht, wodurch der Wärmeübergang zur Kühlflüssigkeit und damit der Wärmeabtransport durch die Kühlflüssig­ keit begünstigt wird.

Eine derartiges Profil 14 kann ebenso auf den Stegen 11 angebracht sein und erschwert der Kühlflüssigkeit dann direkt von dem Austrittsbereich 12 des Kühlflüs­ sigkeits-Leitelements 10 zu dem Bereich des Kühlflüs­ sigkeitsaustritts 9 zu strömen.

Claims (10)

1. Flüssigkeitsgekühlter Generator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem Gehäuse ange­ ordnet ist, wobei sich zwischen dem Gehäuse und dem Generator ein Spaltraum für Kühlflüssigkeit befindet, welcher mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltraum (13) im Bereich der Eintrittsöffnung (8) des flüssigkeitsgekühlten Generators (1) ein Kühlflüssigkeits-Leitelement (10) aufweist, wobei dessen Austrittsbereich (12) auf der von der Aus­ trittsöffnung (9) abgewandten Seite liegt.

2. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeits-Leitelement (10) in einem in dem Kühlflüssigkeitseintritt (8) angeordneten Ab­ schnitt als Rohrstutzen (10a) ausgebildet ist.

3. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeits-Leitelement (10) in dem Ab­ schnitt des Austrittsbereichs (12), welcher in dem Spaltraum (13) angeordnet ist, eine axiale Ver­ breiterung (10b) aufweist.

4. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 1, 2 oder 3, der Austrittsbereich (12) des Kühlflüssigkeits- Leitelements (10) mehrere Öffnungen aufweist.

5. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeits-Leitelement (10) an seiner dem Kühlflüssigkeitseintritt (8) gegenüberliegen­ den Seite an einer Außenwand mehrere Stege (11) aufweist.

6. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich indem Spaltraum (13) für die Kühlflüssigkeit ein plattenartiges Gebilde (6) in einem gebogenen Zustand befindet, das mehrere Leitrippen (7) auf­ weist, die derart angeordnet sind, daß sie den Spaltraum (13) verengen.

7. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrippen (7) durch Umformen einstückig mit dem plattenartigen Gebilde (6) aus einem ebenen Ausgangszustand des plattenartigen Gebildes (6) hergestellt sind.

8. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenartigen Gebilde (6) bei der Montage des flüssigkeitsgekühlten Generators (1) in einen ge­ bogenen Zustand formbar ist.

9. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrippen (7) und/oder die Stege (11) jeweils an ihrer Oberfläche ein die Oberfläche vergrößern­ des Profil (14) aufweisen.

10. Flüssigkeitsgekühlter Generator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Oberfläche der Leitrippen (7) und/oder Stege (11) vergrößernde Profil (14) im Querschnitt zinnenartig ausgebildet ist.