CN117280551A - 用于在可旋转的轴与壳体之间建立导电连接的轴接地装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在可旋转的轴(W)与壳体(GH)之间建立导电连接的轴接地装置(E)，该轴接地装置(E)具有多个弯曲弹性的且导电的接触元件(EK)，这些接触元件相对于轴(W)的或者安装在该轴(W)上的套筒(H)的圆周面(C)形成导电的滑动接触(K1)，所述接触元件(EK)设置和构成为，使得它们由于其自身的弯曲弹性而实现对滑动接触(K1)的预紧，所述轴接地装置(E)的接触元件(EK)包括第一接触元件类型(EK1)和第二接触元件类型(EK2)，所在轴接地装置(E)的新状态中只有第一接触元件类型(EK1)的接触元件形成滑动接触(K1)并且在第二接触元件类型(EK2)的接触元件与圆周面(C)之间存在间隙，其中只有当第一接触元件类型(EK1)的接触元件充分磨损时，第二接触元件类型(EK2)的接触元件才有助于滑动接触(K1)；并且本发明涉及用于机动车的变速器(G)或者电动的轴驱动单元(EA)，其具有这样的轴接地装置(E)；并且本发明涉及电机(EM2)，其具有这样的轴接地装置(E)。

Description

用于在可旋转的轴与壳体之间建立导电连接的轴接地装置

技术领域

本发明涉及一种用于在可旋转的轴与壳体之间建立导电连接的轴接地装置。另外，本发明还涉及一种带有这种轴接地装置的用于机动车的变速器、一种带有这种轴接地装置的用于机动车的电动的轴驱动单元以及一种带有这种轴接地装置的电机。

背景技术

DE 10 2016 010 926 A1说明了一种用于将感应的电压从轴导入机器元件中的轴接地环。该轴接地环具有一个壳体和多个设置在壳体上的导出元件。每个所述导出元件的一个弹性弯曲的边缘区域贴靠在轴上，从而构成与所述轴的导电滑动接触。

DE 10 2017 009 360 A1说明了一种轴接地环，其中使用了具有两种不同长度的导出元件。这导致将滑动接触划分为两个以大小不同的压紧力靠置在轴上的运行轨迹。

在轴接地环的运行过程中会导致接触元件磨损，从而该接触元件随着运行时间的推移越变越短。因此滑动接触的预紧力减弱，从而导电性随着运行时间的推移而降低。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有改善的使用寿命的轴接地装置。

这个目的通过权利要求1的特征得以实现。由从属权利要求、说明书以及附图获得有利的构造设计。

为了实现所述目的，提出一种用于在可旋转的轴与壳体之间建立导电连接的轴接地装置。该轴接地装置是与所述壳体机械和电连接的并且具有多个弯曲弹性的且导电的接触元件。这些接触元件相对于轴的或者安装在该轴上的套筒的圆周面形成导电的滑动接触。所述接触元件设置和构成为，使得它们由于其自身的弯曲弹性而实现对滑动接触的预紧。所述接触元件包括至少两种不同的接触元件类型、即第一接触元件类型和第二接触元件类型。

根据本发明，所述接触元件构造为，在轴接地装置的新状态中只有第一接触元件类型的接触元件相对于轴的或者套筒的圆周面形成滑动接触。在轴接地装置的新状态中，在第二接触元件类型的接触元件与轴的或者套筒的圆周面之间存在一个间隙，使得第二接触元件类型的接触元件不接触圆周面。只有当第一接触元件类型的接触元件充分磨损时，第二接触元件类型的接触元件才与轴接触，并进而有助于导电的滑动接触。换言之，第二接触元件类型的接触元件构成轴接地装置的磨损储备量，使得所述轴接地装置即使经历了很长的运行时间依然能够形成可靠的导电滑动接触。

优选第一接触元件类型的接触元件具有与第二接触元件类型的接触元件不同的弯曲弹性。一个特别优选的设计是，第二接触元件类型的接触元件的抗弯强度大于第一接触元件类型的接触元件的抗弯强度。由此，即使第二接触元件类型的接触元件在没有初始预紧的情况下与轴的或者套筒的圆周面接触，也能够建立第二接触元件类型的接触元件的可靠的导电滑动接触。

优选所述接触元件中的至少两个接触元件组合成一个接触元件对。该接触元件对具有第一接触元件类型的接触元件和第二接触元件类型的接触元件。特别优选，所有接触元件组合成多个这种类型的对。这种对的构成有利于轴接地装置的制造，此外还允许实现不同类型的接触元件沿轴的或者套筒的圆周面均匀分布。

优选第一接触元件类型的接触元件和第二接触元件类型的接触元件具有不同数量的弯曲铰接部段。弯曲铰接部段例如可以通过局部减小相应的接触元件的横截面构成。一个特别优选的设计是，其中第一接触元件类型的接触元件具有两个弯曲铰接部段，而第二接触元件类型的接触元件只具有一个弯曲铰接部段。通过这样的设计，第一和第二接触元件类型的接触元件可设计有基本上相同的长度。通过这种方式可以保持在接触元件的长度与弯曲之间的有利比例。

如果所述接触元件中的至少两个接触元件(如开头所述的那样)组合成一个具有第一接触元件类型的一个接触元件和第二接触元件类型的一个接触元件的接触元件对，则该接触元件对的接触元件具有一个共同的弯曲铰接部段是有利的。通过这样的构造设计，第二接触元件类型的接触元件通过第一接触元件类型的接触元件的由磨损导致的补偿调节运动而向着轴的或者套筒的圆周面进给。因此，不需要用于使第二接触元件类型的接触元件进给的单独的跟踪装置。

所提出的轴接地装置可以是用于机动车的变速器的组成部分，例如自动变速器或者具有多个挡位的自动换挡变速器。变速器具有一个可旋转地支承在该变速器的壳体中的轴。该轴通过所述轴接地装置相对于变速器壳体接地。轴例如可以是变速器的从动轴。变速器可具有设置用于驱动所述轴的电机。

所提出的轴接地装置可以是用于机动车的电动的轴驱动单元的组成部分。轴驱动单元具有一个可旋转地支承在该轴驱动单元的壳体中的轴。该轴通过所述轴接地装置相对于轴驱动单元壳体接地。

所提出的轴接地装置可以是具有不可旋转的定子和可旋转支承的转子的电机的组成部分。所述转子与一个转子轴联接。该转子轴通过所提出的轴接地装置相对于电机壳体接地。

附图说明

将参照附图详细说明本发明的实施例。附图示出：

图1和图2分别示出机动车的驱动传动系；

图3示出电机；

图4和图5分别示出从壳体中伸出的轴；

图6示出轴接地装置的正视图；以及

图7a至图7c分别示出轴接地装置的剖视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了一个用于机动车的驱动传动系。该驱动传动系具有一个内燃机VM，其输出端与变速器G的输入轴GW1连接。变速器G的从动轴GW2与一个差速传动装置AG连接。该差速传动装置AG设置用于将从动轴GW2上的功率分配到机动车的驱动轮DW。所述变速器G具有一个齿轮组RS，该齿轮组设置用于与在图1中未示出的切换元件一起在输入轴GW1与从动轴GW2之间提供多个不同的传动比。所述齿轮组RS由一个壳体GG包围，该壳体还容纳一个与输入轴GW1连接的电机EM。该电机EM设置用于驱动所述输入轴GW1。逆变器INV紧固在壳体GG上。该逆变器INV一方面与所述电机EM连接，另一方面与蓄电池BAT连接。所述逆变器INV用于将蓄电池BAT的直流电转换为适合于电机EM运行的交流电，并且为此具有多个大功率半导体。直流电与交流电之间的转换通过大功率半导体的受控的脉冲式运行得以实现。

图2示意性地示出了一个用于机动车的驱动传动系，该驱动传动系不同于图1中示出的实施方式，是一个纯电动的驱动传动系。该驱动传动系具有一个电动的轴驱动单元EX。该电动的轴驱动单元EX包括一个电机EM，其功率通过一个减速齿轮组RS2和一个差速传动装置AG传递到机动车的驱动轮DW。差速传动装置AG的输出轴DS1、DS2与驱动轮DW连接。电机EM、减速齿轮组RS2和差速传动装置AG由一个壳体GA包围。一个逆变器INV紧固在所述壳体GA上。所述逆变器INV一方面与电机EM连接，另一方面与一个蓄电池BAT连接。所述逆变器INV用于将蓄电池BAT的直流电转换为适合于电机EM运行的交流电，并为此具有多个大功率半导体。直流电与交流电之间的转换通过大功率半导体的受控的脉冲式运行得以实现。

图1和图2中示出的驱动传动系应视为仅仅是示例性的。

通过大功率半导体的脉冲式运行，可能会产生电磁干扰信号，这些干扰信号例如在根据图1的驱动传动系中被耦合输入到从动轴GW2内，或者在根据图2的驱动传动系中被耦合输入到输出轴DS1、DS2内。然而，由于图1和图2中未示出的从动轴GW2或者输出轴DS1、DS2的轴承，所述从动轴或者输出轴相对于壳体GG或者壳体GA是电绝缘的，因为在壳体GG、GA内部中的润滑油具有电绝缘特性。因此，耦合输入到从动轴GW2或者输出轴DS1、DS2中的干扰信号无法短距离地流入与机动车的电气接地连接的壳体GG或者壳体GA中。反而，所述干扰信号通过电磁辐射返回到电气接地，从而可能干扰机动车的其他电子部件。从壳体GG或者壳体GA中伸出的从动轴GW2或者输出轴DS1、DS2在此会构成有利于干扰信号的电磁辐射的天线。

图3示出了电机EM2的示意图。该电机EM2具有一个接纳定子S和转子R的壳体GE。所述定子S不可旋转地固定在壳体GE中。转子R与一个转子轴RW联接，其中该转子轴RW通过两个支撑在壳体GE上的滚动轴承WL1、WL2可旋转地支承。转子轴RW的一端从壳体GE中伸出。在转子轴RW的外露部段上设有一个轴接地装置E。在滚动轴承WL2与轴接地装置之间设有一个密封环DR2。所述轴接地装置E建立在壳体GE与转子轴RW之间的导电接触。为此，所述轴接地装置E具有电刷或者其他的导电接触元件，它们在转子轴RW的表面上滑动接触。通过所述轴接地装置E可以消减在壳体GE与转子轴E之间的电位差。由此滚动轴承WL1、WL2得到保护，免受在该滚动轴承WL1、WL2的滚动体上的不受控制的电位平衡。

图4示出了一个从壳体GH中伸出的、根据第一实施例的轴W的细节剖视图。图4中示出的轴W例如可以是根据图1的从动轴GW2，或者是根据图2的输出轴DS1、DS2之一，或者是根据图3的转子轴RW。壳体GH例如可以是根据图1的壳体GG、根据图2的壳体GA或者根据图3的壳体GE。所述轴W是由几部分组成的，并通过一个滚珠轴承WL支承在壳体GH上。所述滚珠轴承WL位于一个油腔NR中。为了将油腔NR相对于环境U密封，设有一个径向轴密封环DR。在该径向轴密封环DR的环境侧设有一个轴接地装置E。该轴接地装置E与壳体GH机械和导电连接。为此设有一个保持元件EH，所述轴接地装置E通过该保持元件与壳体GH机械和电连接。在图4中仅部分地示出了所述保持元件EH。轴接地装置E的接触元件EK相对于轴W的圆周面C形成导电的滑动接触K1。所述接触元件EK固定在保持元件EH与夹紧环EZ之间，从而将所述接触元件EK保持在位置中。所述接触元件EK例如可以由电刷或者具有导电填料的聚四氟乙烯元件或者由导电毛毡构成。

为了保护导电滑动接触K1免受环境U的影响，设置密封环DX。该密封环DX具有一个金属的结构元件DX1，该结构元件由弹性体DX2包覆。所述密封环DX压装到保持元件EH的外径上。所述密封环DX构成与轴W的第二滑动接触K2。与径向轴密封环DR不同，所述密封环DX没有将滑动接触K2向轴W方向预紧的弹簧。所述密封环DX具有一个唇边L1和一个唇边L2。密封环DX在轴W上的滑动接触K2仅仅通过唇边L2实现，从而在轴W与唇边L1之间存在一个间隙。

通过在壳体GH与保持元件EH之间起作用的密封件DA，对滑动接触K1进行额外保护。在壳体GH中设有一个相应的凹槽以接纳所述密封件DA。

图5示出了一个从壳体GH中伸出的、根据第二实施例的轴W的细节剖视图，该实施例基本上对应于图4中示出的第一实施例。图5中示出的轴W例如可以是根据图1的从动轴GW2，或者是根据图2的输出轴DS1、DS2之一，或者是根据图3的转子轴RW。壳体GH例如可以是根据图1的壳体GG、根据图2的壳体GA或者根据图3的壳体GE。

在根据图5的实施例中，在所述轴W上设置有一个套筒H。该套筒H例如由不锈钢制成，并且为径向轴密封环DR和轴接地装置E的接触元件EK提供耐机械磨损和耐腐蚀的滑动面。所述密封环DX与轴W的直接滑动接触K2依然存在，而不与套筒H的圆周面C滑动接触。因此滑动接触K2与滑动接触K1相比在较小的直径上实现。在这种设计中，密封环DX不只是保护滑动接触K1免受环境影响，而且还用于防止套筒H的底壁腐蚀。在唇边L1与L2之间，设有油脂填充F。

图6示出了处于新状态中的轴接地装置E的正视图。其中可清楚地看到，接触元件EK中的每两个组合成一个接触元件对EKP。接触元件EK中的每个都紧固在保持元件EH上，其中在图6中仅仅部分地示出了所述保持元件EH。接触元件EK包括两种不同的接触元件类型，即第一接触元件类型EK1和第二接触元件类型EK2。接触元件对EKP中的每对都具有第一接触元件类型EK1的接触元件和第二接触元件EK2的接触元件。第一接触元件类型EK1的接触元件具有两个弯曲铰接部段G1、G2。而第二接触元件类型EK2的接触元件只具有一个弯曲铰接部段，更确切地说，是第一接触元件类型EK1的接触元件(第二接触元件类型的接触元件与该第一接触元件类型的接触元件组合成接触元件对EPK)的所述弯曲铰接部段G1。在根据图6的示图中，第一接触元件类型EK1的接触元件看上去比第二接触元件类型EK2的接触元件长得多。实际上，第一接触元件类型EK1的接触元件在滑动接触K1处起作用的内径小于第二接触元件类型EK2的接触元件的内径。然而，第一接触元件类型EK1的接触元件的长度大致等于第二接触元件类型EK2的接触元件的长度。通过图7a和7b中示出的剖视图可清楚地看出这一点。

图7a示出了轴接地装置E的一个部段的剖视图；对应的剖切面在图6中标记为A-A。图7a中示出的剖面延伸通过第一接触元件类型EK1的一个接触元件。图7b示出了轴接地装置E的一个部段的另一个剖视图；对应的剖切面在图6中标记为B-B。图7b中示出的剖面延伸通过第二接触元件类型EK2的一个接触元件。两个接触元件类型EK1、EK2的接触元件EK都紧固在保持元件EH上，更确切地说，是借助于夹紧环EZ。所述保持元件EH被抗旋转地固定，图7a和图7b中未示出这个固定。此外，在根据图7a和图7b的剖视图中还示出了轴W或者套筒Z的圆周面C。

可以从图7a中看出，第一接触元件类型EK1的接触元件贴靠在所述圆周面C上，并且从而建立滑动接触K1。图7a示出了在新状态中或者在第一接触元件类型EK1的接触元件上的磨损依然较小的状态中的轴接地装置E。在轴接地装置E的这种状态下，如在图7b中示出的那样，在圆周面C与第二接触元件类型EK2的接触元件之间存在一个间隙。

随着第一接触元件类型EK1的接触元件磨损增大，这些接触元件变得越来越短。这导致在弯曲铰接部段G1和G2处产生松弛。因此，滑动接触K1在圆周面C上的运行轨迹发生移位。在根据图7a的示图中，所述滑动接触K1的运行轨迹向右移位。由于在弯曲铰接部段G1和G2处由磨损导致的松弛，第二接触元件类型EK2的接触元件上的角位置也发生变化，使得该第二接触元件类型EK2的接触元件也随着磨损增大而与所述圆周面C接触，从而有助于滑动接触K1或者说对于滑动接触做出贡献。

图7c示出了根据图7a和图7b的两个剖视图的叠加。这个示图再次说明了如何由磨损在弯曲部段G1和G2中引起松弛，该松弛导致滑动接触运行轨迹轴向移位。随着第一接触元件类型EK1的接触元件磨损增大，第二接触元件类型EK2的接触元件总是向着圆周面C持续进给/跟踪，直到这些接触元件也有助于滑动接触K1为止。

图7a和图7b中示出的轴接地装置E的设计应视为仅仅是示例性的。在一个备选的构造设计中，第二接触元件类型EK2的接触元件可设计有与第一接触元件类型EK1的接触元件相同的长度。在一个这样的设计中，第二接触元件类型EK2的接触元件必须比第一接触元件类型EK1的接触元件具有更大的初始弯曲度。该更大的初始弯曲度例如可以通过机械预处理得以实现。

附图标记列表

VM 内燃机

EX 电动的轴驱动单元

G 变速器

GW1 输入轴

GW2 从动轴

RS 齿轮组

RS2 减速齿轮组

EM 电机

INV 逆变器

BAT 蓄电池

AG 差速传动装置

DS1 输出轴

DS2 输出轴

DW 驱动轮

GA 壳体

EM2 电机

S 定子

R 转子

RW 转子轴

WL1 轴承

WL2 轴承

DR2 密封环

GE 壳体

W 轴

H 套筒

C 圆周面

GH 壳体

WL 轴承

DR 径向轴密封环

E 轴接地装置

EK 接触元件

EK1 第一接触元件类型

EK2 第二接触元件类型

EKP 接触元件对

G1 弯曲铰接部段

G2 弯曲铰接部段

K1 第一滑动接触

EH 保持元件

EZ 夹紧环

DA 密封件

U 环境

DX 密封环

K2 第二滑动接触

DX1 结构元件

DX2 弹性体

L1、L2 唇边

F 油脂填充

Claims (13)

1.用于在可旋转的轴(W)与壳体(GH)之间建立导电连接的轴接地装置(E)，该轴接地装置(E)是与所述壳体(GH)机械和电连接的并且具有多个弯曲弹性的且导电的接触元件(EK)，这些接触元件相对于轴(W)的或者安装在该轴(W)上的套筒(H)的圆周面(C)形成导电的滑动接触(K1)，所述接触元件(EK)设置和构成为，使得它们由于其自身的弯曲弹性而实现对滑动接触(K1)的预紧，所述轴接地装置(E)的接触元件(EK)包括至少两种不同的接触元件类型、即第一接触元件类型(EK1)和第二接触元件类型(EK2)，其特征在于，所述接触元件(EK)构造为，使得在轴接地装置(E)的新状态中只有第一接触元件类型(EK1)的接触元件形成滑动接触(K1)并且在第二接触元件类型(EK2)的接触元件与圆周面(C)之间存在间隙，其中只有当第一接触元件类型(EK1)的接触元件充分磨损时，第二接触元件类型(EK2)的接触元件才有助于滑动接触(K1)。

2.根据权利要求1所述的轴接地装置(E)，其特征在于，第一接触元件类型(EK1)的接触元件具有与第二接触元件类型(EK2)的接触元件不同的弯曲弹性。

3.根据权利要求2所述的轴接地装置(E)，其特征在于，第二接触元件类型(EK2)的接触元件比第一接触元件类型(EK1)的接触元件具有更高的抗弯刚度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴接地装置(E)，其特征在于，所述接触元件(EK)中的至少两个接触元件组合成接触元件对(EKP)，该接触元件对(EKP)具有第一接触元件类型(EK1)的接触元件和第二接触元件类型(EK2)的接触元件。

5.根据权利要求4所述的轴接地装置(E)，其特征在于，所有接触元件(EK)组合成多个这种类型的接触元件对(EKP)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴接地装置(E)，其特征在于，第一接触元件类型(EK1)的接触元件和第二接触元件类型(EK2)的接触元件具有不同数量的弯曲铰接部段(G1，G2)。

7.根据权利要求6所述的轴接地装置(E)，其特征在于，第一接触元件类型(EK1)的接触元件具有两个弯曲铰接部段(G1，G2)，而第二接触元件类型(EK2)的接触元件只具有一个弯曲铰接部段(G1)。

8.根据权利要求7所述的轴接地装置(E)，其特征在于，所述接触元件(EK)中的至少两个接触元件组合成接触元件对(EKP)，该接触元件对(EKP)具有第一接触元件类型(EK1)的接触元件和第二接触元件类型(EK2)的接触元件，该接触元件对(EKP)的接触元件(EK)具有一个共同的弯曲铰接部段(G1)。

9.用于机动车的变速器(G)，其特征在于，该变速器设有根据权利要求1至8中任一项所述的轴接地装置(E)以将支承在变速器(G)的壳体(GG)中的轴(GW2)接地。

10.根据权利要求9所述的变速器(G)，其特征在于，所述轴(GW2)构成该变速器(G)的从动轴。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的变速器(G)，其特征在于，该变速器(G)具有设置用于驱动所述轴(GW2)的电机(EM)。

12.用于机动车的电动的轴驱动单元(EA)，其特征在于，该轴驱动单元设有根据权利要求1至8中任一项所述的轴接地装置(E)以将支承在轴驱动单元(EA)的壳体(GA)中的轴(DS1，DS2)接地。

13.电机(EM2)，其包括不可旋转的定子(S)和可旋转的转子(R)，该转子(R)与转子轴(RW)联接，该转子轴(RW)支承在电机(EM2)的壳体(GE)中，其特征在于，该电机设有根据权利要求1至8中任一项所述的轴接地装置(E)以将转子轴(RW)接地。