17.08.2005 Ws/AK

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Regler für elektrische Maschinen, insbesondere für Drehstromgeneratoren

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler für elektrische Maschinen, insbesondere für Drehstromgeneratoren zur Versorgung von Kraftfahrzeug-Bordnetzen nach der Gattung des Anspruchs 1.

Bei derartigen Reglern ist es bekannt, die elektronische Reglerschaltung als IC-Baustein in einer Halbleiterplatine zu integrieren, wobei die in einer Halbleiter-Endstufe des IC-Bausteins auftretende Verlustwarme über einen Kühlkörper an einen Kuhlluftstrom des Drehstromgenerators abgeführt wird. Der IC-Baustein ist zu diesem Zweck möglichst großflächig Warme leitend mit dem Kühlkörper verbunden (R 303608) . Die vom Drehstromgenerator abzugebende Leistung ist dabei über dessen Erregerstrom mittels der Halbleiter- Endstufe in Abhängigkeit von der Spannung des Kraftfahrzeug- Bordnetzes regelbar. Zur Warmeabfuhrung ist der Kühlkörper auf seiner dem Kuhlluftstrom zugewandten Oberflache mit mehreren, zueinander mindestens annähernd parallel verlaufenden Kuhlrippen versehen, wobei jeweils zwischen den

Kuhlrippen längs verlaufende Kuhlkanale ausgebildet sind. Beim Durchströmen der Kuhlluft durch die relativ langen Kuhlkanale bildet die Kuhlluft an den Wanden der Kuhlrippen Grenzschichten aus, die eine konvektive Wärmeübertragung beeinträchtigen und damit die Kuhlwirkung verringern.

Mit der vorliegenden Losung wird angestrebt, bei derartigen Reglern die Kuhlwirkung des Kühlkörpers zu verbessern, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemaße Regler mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mit dem Unterbrechen der Kuhlrippen ein Luftaustausch zwischen den zueinander parallel verlaufenden Kuhlkanalen ermöglicht wird. Das wiederum fuhrt dazu, dass die Grenzschichtdicke an den Wanden der Kuhlrippen durch den Luftaustausch reduziert und damit die Warmeabfuhrung deutlich verbessert wird.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, dass aufgrund der verbesserten Warmeabfuhrung der Regler bei einer höheren Kuhllufttemperatur eingesetzt werden kann; das heißt, die als Selbstschutz implementierte Abregelung des Generatorstromes wird zu höheren Kuhllufttemperaturen verschoben.

Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

So wird eine verstärkte Kuhlluftstromung durch einen verringerten Stromungswiderstand dadurch erreicht, dass die Unterbrechungen der Kuhlrippen als weitere, zu den Kuhlrippen quer verlaufende Kuhlkanale ausgebildet sind. Eine weitere Verbesserung der Kuhlluftstromung wird dadurch

erreicht, dass die quer verlaufenden Kuhlkanale zu den längs verlaufenden Kuhlkanalen einen Winkel von kleiner 90°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 25° und 45° haben. Ein geringerer Stromungswiderstand der Kuhlluft an der Außenseite des Kühlkörpers lasst sich ferner dadurch erreichen, dass die quer laufenden Kuhlkanale zueinander vorzugsweise mit gleichem Abstand parallel verlaufen und die Kuhlrippen in voller Hohe durchbrechen.

Zeichnung

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren naher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Ausbruch eines Drehstromgenerators mit stirnseitig angebrachtem Regler und dessen Abdeckung im Querschnitt - in bekannter Ausfuhrungsform, Figur 2 zeigt den Regler - in bekannter Ausfuhrungsform - mit durchgehenden Kuhlrippen des Kühlkörpers in raumbildlicher Darstellung,

Figur 3 zeigt einen Ausbruch des erfindungsgemaßen Reglers mit unterbrochenen Kuhlrippen in vergrößerter, raumbildlicher Darstellung,

Figur 4 zeigt in schematischer Ausfuhrung die Konfiguration der unterbrochenen Kuhlrippen,

Figur 5 zeigt in vergrößerter Darstellung den Kühlkörper unter der im Ausbruch dargestellten Schutzkappe mit einem Fenster zum Einlass der Kuhlluft und

Figur 6 zeigt den Verlauf der Oberflachentemperatur entlang einer Messstrecke des Kühlkörpers, mit und ohne Unterbrechung der Kuhlrippen, gemessen mit einer Warmebildkamera .

Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele

In Figur 1 ist als elektrische Maschine ein Drehstromgenerator zur Versorgung eines Bordnetzes von Kraftfahrzeugen als Ausbruch mit seinem abtriebseitigen Lagerschild im Querschnitt dargestellt und mit 10 bezeichnet. Sein Stator 11 besteht aus einem Blechpaket 12 mit einer Drehstromwicklung 13, die über eine Gleichrichter- Baueinheit mit dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges und dessen Akkumulatorbatterie verbunden wird. Der Stator 11 ist zwischen zwei Lagerschilden eingespannt, von denen der hintere Lagerschild 14 das schleifringseitige Ende einer Lauferwelle 15 aufnimmt. An der äußeren Stirnseite des Lagerschildes 14 ist in bekannter Weise ein Regler 16 befestigt, wie er in Figur 2 in raumbildlicher Darstellung gezeigt ist. Der Regler besteht im Wesentlichen aus einem Grundkorper aus Kunststoff, der eine Wanne 18 zur Aufnahme eines IC-Bausteins 19 aufweist. über eine Halbleiter- Endstufe des IC-Bausteines wird der Erregerstrom des Drehstromgenerators in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes geregelt, wobei die Verlustwarme des IC- Bausteines über einen Kühlkörper 20 an einen Kuhlluftstrom 21 abgeführt wird.

Gemäß Figur 2 ist erkennbar, dass im Grundkorper 17 des

Reglers 16 ein Bürstenhalter 22 integriert ist, in dem zwei Kohlebürsten 23 zur regelbaren Versorgung einer Erregerwicklung eines auf der Lauferwelle 15 befestigten Klauenpollaufers 24 aufgenommen sind und die mit zwei Schleifringen 25 am abtriebsseitigen Ende der Lauferwelle 15 zusammenwirken. Des Weiteren ist am Grundkorper 17 des Reglers noch ein Regleranschluss 26 ausgebildet.

In der bekannten Ausfuhrung gemäß Figur 2 ist der am Grundkorper 17 befestigte Kühlkörper 20 auf seiner dem

Kuhlluftstrom 21 zugewandten Oberflache mit mehreren zueinander annähernd parallel verlaufenden Kuhlrippen 27 versehen, wobei jeweils zwischen den Kuhlrippen 27 längs verlaufende Kuhlkanale 28 ausgebildet sind. Der Kuhlluftstrom 21 wird gemäß Figur 1 zum Teil von einem auf der Stirnseite des Klauenpollaufers 24 befestigten Lufter 29 im Betriebszustand der Maschine durch ein Fenster 30 einer den Regler einfassenden Schutzkappe 31 eingesaugt, von wo er durch die längs verlaufenden Kuhlkanale 28 des Kühlkörpers 20 zunächst radial nach innen geleitet wird, um dann durch stirnseitige Offnungen 32 des Lagerschildes 14 zum Lufter 29 zu gelangen. Von dort wird der Kuhlluftstrom 21 radial nach außen zur Drehstromwicklung 13 befordert, von wo aus er über Auslassschlitze 33 des Lagerschildes 14 nach außen gelangt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist.

Um die im IC-Baustein 19 beim Betrieb des Drehstromgenerators 10 erzeugte Verlustwarme möglichst effektiv an den Kuhlluftstrom 21 abfuhren zu können, werden erfindungsgemaß die längeren Kuhlrippen 27 mit

Unterbrechungen versehen. Wie gemäß Figur 3 in der raumlicher Darstellung eines vergrößerten Ausbruches des Reglers 16 erkennbar ist, sind die Unterbrechungen der Kuhlrippen 27a als weitere, zu den Kuhlrippen quer verlaufende Kuhlkanale 34 ausgebildet. Diese weiteren, quer verlaufenden Kuhlkanale 34 verlaufen ihrerseits zueinander parallel, und zwar mit etwa gleichem Abstand. Die Kuhlrippen 27a werden dabei von diesen weiteren Kuhlkanalen 34 in ihrer vollen Hohe durchbrochen.

Figur 4 zeigt die erfindungsgemaß durchbrochenen Kuhlrippen 27a und Kuhlkanale 28 beziehungsweise 34 in ihrer Konfiguration in schematischer Darstellung. Der Kuhlluftstrom 21 teilt sich dabei in den verschiedenen Kuhlkanalen 28 und 34 auf, wie dies durch Pfeile 21a, 21b

- S -

angedeutet ist. Dort ist erkennbar, dass die quer verlaufenden Kuhlkanale 34 zu den längs verlaufenden Kuhlkanalen 28 einen Winkel α haben, der kleiner als 90° ist und vorzugsweise zwischen 25° und 45° liegt. Im Beispielfalls betragt der Winkel α 30°. Des weiteren ist für eine effektive Warmeabfuhrung von Bedeutung, dass die längs verlaufenden Kuhlkanale 28 zwischen den Kuhlrippen 27a mindestens so breit wie die Kuhlrippen 27 dick sind. Vorzugsweise betragt die Breite b der längs verlaufenden Kuhlkanale 28 das 1,2 bis 1,6 fache der Dicke d der

Kuhlrippen 27a. Im Beispielsfall liegt die Dicke d der Kuhlrippen 27a zwischen 2 und 2,5 mm und die Breite b der längs verlaufenden Kuhlkanale 28 liegt zwischen 2,5 und 4 mm. Eine besonders gute Warmeabfuhrung ergibt sich ferner dadurch, dass die quer verlaufenden Kuhlkanale 34 mindestens so breit wie die längs verlaufenden Kuhlkanale 28 ausgebildet sind. Zweckmäßiger Weise betragt die Breite a der quer verlaufenden Kuhlkanale 34 das 1,3 bis l,7fache der Dicke d der Kuhlrippen 27. Im Beispielsfall haben die quer verlaufenden Kuhlkanale 34 eine Breite a von 3 bis 3,5 mm. Für die Stromungsverhaltnisse ist ferner auch noch der Abstand 1 der quer verlaufenden Kuhlkanale 34 zueinander von Bedeutung. So ergibt sich eine besonders gute Kuhlwirkung, wenn der Abstand 1 das 1,5 bis 2,2fache der Dicke d der Kuhlrippen 27a betragt. Im Beispielsfall liegt der Abstand 1 der quer verlaufenden Kuhlkanale 34 zueinander zwischen 3 und 5 , 5 mm.

Um die Verbesserung der Warmeabfuhrung des Kühlkörpers 20 durch die Unterbrechung seiner Kuhlrippen 27 deutlich zu machen, wurde auf der dem Kuhlluftstrom zugewandten Oberflache des Kühlkörpers 20 die Temperatur T in °C ermittelt. Dazu wurde gemäß Figur 5 der Regler 16 mit seinem Kühlkörper 20 unter dem Fenster 30 der im Ausbruch dargestellten Schutzkappe 31 unter Last betrieben und dabei

über eine innerhalb des Fensters 20 liegende Messstrecke 35 mit einer Warmebildkamera die Oberflachentemperatur T des Kühlkörpers gemessen. Figur 6 zeigt in einem Diagramm über etwa 130 Messpunkte der Messstrecke 35 eine erste Messkurve A an einem Regler 16 der bisherigen Bauart mit durchgehenden Kuhlrippen 27 und eine zweite Messkurve B von einem Regler 16 mit erfindungsgemaß unterbrochenen Kuhlrippen 27a. Beide Messkurven A und B zeigen im Bereich der Kuhlrippen 27 jeweils eine Temperaturabsenkung um etwa 1°C. Ein Vergleich beider Messkurven zeigt aber ebenso deutlich eine

Temperaturabsenkung über den gesamten Messbereich um etwa 2°C bei einem Kühlkörper 20 mit unterbrochenen Kuhlrippen 27a nach der Messkurve B gegenüber einem Kühlkörper 20 mit durchgehenden Kuhlrippen 27 nach der Messkurve A.