CN117296216A - 轴接地环及用于制造轴接地环的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造轴接地环(E)的方法，所述轴接地环具有环形的基体(EG)和多个布置在基体(EG)上的、能导电的、基于塑料的接触元件(EK)，所述接触元件(EK)设置用于建立与轴(W)的圆周面(C)或与施加到轴(W)上的套筒(H)的圆周面的能导电的滑动接触(K)，所述接触元件(EK)是弯曲弹性的并且由于其自身的弯曲弹性引起滑动接触(K)的预紧，在轴接地环投入使用之前热预处理该轴接地环(E)；并且本发明涉及一种根据这样的方法制造的轴接地环(E)。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴接地环以及一种用于制造这样的轴接地环的方法。本发明还涉及具有这样的轴接地环的一种电机、一种用于机动车的电动车桥驱动单元以及一种用于机动车的变速器。
背景技术
DE102016010926A1描述一种用于将感应电压或电荷从轴导出到壳体中的轴接地环。为此，轴接地环具有至少一个导出元件，所述导出元件由导电的PTFE(聚四氟乙烯)材料形成并且在弹性变形的情况下以弹性弯曲的边缘区域贴靠在轴上。从而在轴与导出元件之间形成能导电的滑动接触。由于导出元件电接触到壳体上，如此在轴与壳体之间形成能导电的路径。
通过这样的轴接地环能在旋转的轴与固定的壳体之间实现电位均衡。从而能避免在轴的支承部位上的未受控制的电位均衡。此外，这样的轴接地环能形成耦入到轴中的干扰电流至干扰源的导回路径，并且如此能改善具有这样的干扰源的系统的电磁兼容性。为了为高频的干扰电流也提供适合的导回路径，轴接地环必须形成至干扰源的低阻抗的导回路径。
在旋转的轴与不旋转的轴接地环之间的过渡部的阻抗取决于导出元件相对轴的预紧力。高预紧力降低阻抗，但提高轴的转动阻力并且导致接触元件的磨损提高。然而阻抗在预紧力太小的情况下显著提高，从而无法形成高频的干扰电流至干扰源的可靠的导回路径。
发明内容
因此，本发明的第一任务在于，提供一种用于制造轴接地环的方法，借助所述方法能在旋转的轴与不旋转的轴接地环之间提供可靠的、低阻抗的电连接。本发明的另一任务是，提供一种适合于此的轴接地环。
第一任务通过权利要求1的特征解决。另一任务通过权利要求7的特征解决。有利的设计方案由从属权利要求、说明书以及附图得出。
按照本发明提出的制造方法基于一种轴接地环，所述轴接地环具有环形的基体和多个布置在基体上的、能导电的、基于塑料的接触元件。接触元件形成与旋转的轴的圆周面或与施加到轴上的套筒的圆周面滑动接触的不旋转的、能导电的接口。接触元件实施为弯曲弹性的，并且借助其自身的弯曲弹性引起滑动接触的预紧。
按照本发明设定，在轴接地环投入使用之前热预处理该轴接地环。通过该方法步骤，基于塑料的接触元件经历热老化，使得随后在轴接地环的运行期间出现的热负荷对接触元件的弹性仅具有可忽略不计的影响。由此，通过该方法步骤能实现接触元件在轴接地环的运行持续时间上基本上恒定的弹性，从而确保在轴或套筒的圆周面与接触元件之间的低阻抗的电连接。
优选地，热预处理包括在限定的时间段上将轴接地环加热到限定的温度范围。由此能将接触元件的弹性调设到额定值。
优选地，热预处理包括将轴接地环加热到在75摄氏度至180摄氏度之间的温度、优选地加热到在100摄氏度至140摄氏度之间的温度、特别优选地加热到在120摄氏度至140摄氏度之间的温度。所述温度范围在试验中已经证实为有利的。
优选地，热预处理包括在15分钟至120分钟之间的时间段上加热轴接地环。该时间段在试验中已经证实为有利的。
优选地，在该热预处理期间预紧轴接地环的接触元件，更确切地说，优选地预紧到等于轴或套筒圆周面的直径的那个直径。热预处理由此作用到承受负荷的接触元件上，从而出现记忆效应。由此，在轴接地环随后的运行中实现特别能再现的弹性特性。
为了解决另一任务所提出的轴接地环具有环形的基体和多个布置在基体上的、能导电的、基于塑料的接触元件。接触元件形成与旋转的轴的圆周面或与施加到轴上的套筒的圆周面滑动接触的不旋转的、能导电的接口。接触元件实施为弯曲弹性的，并且借助其自身的弯曲弹性引起滑动接触的预紧。根据上述方法制造按照本发明的轴接地环。
所提出的轴接地环不仅可在干燥环境中使用而且可在油腔中使用。
优选地，接触元件由耐热塑料形成，这些接触元件设有导电的填料。耐热塑料例如是氟化热塑性塑料、聚酰胺或弹性体(例如氟橡胶)。可考虑将石墨或铜颗粒作为导电的填料。特别优选地，将能导电的PTFE用作用于接触元件的材料。
所提出的轴接地环可以是电机的组成部分，所述电机具有抗转动的定子和以能转动的方式被支承的转子。转子与转子轴耦联。转子轴通过所提出的轴接地环相对于电机的壳体接地。
所提出的轴接地环可以是用于机动车的电动车桥驱动单元的组成部分。支承在电动车桥驱动单元的壳体中的轴通过所提出的轴接地环相对于该壳体接地。电动车桥驱动单元的相应接地的轴可例如是转子轴、副轴或电动车桥驱动单元的输出轴中的至少一个输出轴。
所提出的轴接地环可以是用于机动车的变速器的组成部分。被支承在变速器的壳体中的轴(优选是变速器的从动轴)通过所提出的轴接地环相对于该壳体接地。变速器可具有电机，所述电机设计用于驱动相应接地的变速器轴。
附图说明
根据附图详细描述本发明的实施例。在附图中：
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示出轴接地环的示意图；
图5a和图5b分别示出处于安装状态中的轴接地环的剖视图；和
图6a至6c示出轴接地环的制造方法的图解。
具体实施方式
图1示意地示出用于机动车的驱动传动系。该驱动传动系具有内燃机VM，所述内燃机的输出端与变速器G的输入轴GW1连接。变速器G的从动轴GW2与差速器AG连接。差速器AG设计用于将施加在从动轴GW2上的功率分配到机动车的驱动轮DW上。变速器G具有齿轮组RS，所述齿轮组连同在图1中未示出的切换元件设计用于在输入轴GW1与从动轴GW2之间提供不同的传动比。齿轮组RS被壳体GG包围，所述壳体也容纳与输入轴GW1连接的电机EM。电机EM设计用于驱动输入轴GW1。在壳体GG上固定有逆变器INV。逆变器INV一方面与电机EM连接并且另一方面与电池BAT连接。逆变器INV用于将电池BAT的直流电转换为适用于电机EM运行的交流电，并且为此具有多个功率半导体。在直流电与交流电之间的转换通过功率半导体的受控的脉冲式运行来实现。
图2示意地示出用于机动车的驱动传动系，与在图1中示出的实施方式相比，所述驱动传动系是纯电动的驱动传动系。该驱动传动系具有电动车桥驱动单元EX。电动车桥驱动单元EX包括电机EM，所述电机的功率经由减速齿轮组RS2和差速器AG传递到机动车的驱动轮DW上。差速器AG的输出轴DS1、DS2与驱动轮DW连接。电机EM、减速齿轮组RS2和差速器AG被壳体GA包围。在壳体GA上固定有逆变器INV。
逆变器INV一方面与电机EM连接并且另一方面与电池BAT连接。逆变器INV用于将电池BAT的直流电转换为适用于电机EM运行的交流电，并且为此具有多个功率半导体。在直流电与交流电之间的转换通过功率半导体的受控的脉冲式运行来实现。
在图1和图2中示出的驱动传动系仅可被视为示例性的。
由于功率半导体的脉冲式运行，可能产生电磁干扰信号，所述电磁干扰信号例如在按照图1的驱动传动系中被耦入到从动轴GW2中或者在按照图2的驱动传动系中被耦入到输出轴DS1、DS2中。然而，通过在图1和图2中未示出的对从动轴GW2或输出轴DS1、DS2的支承，所述从动轴或输出轴相对于壳体GG或壳体GA电绝缘，因为在壳体GG、GA内部中的润滑油具有电绝缘的特性。因此，被耦入到从动轴GW2或输出轴DS1、DS2中的干扰信号不能在短的路径上流入到与机动车的电接地端连接的壳体GG或壳体GA中。取而代之地，干扰信号通过电磁辐射返回至电接地端，由此可能干扰机动车的另外的电子部件。从壳体GG或壳体GA中突出的从动轴GW2或输出轴DS1、DS2在此可形成天线，所述天线有利于干扰信号的电磁辐射。
图3示出电机EM2的示意图。电机EM2具有壳体GE，所述壳体容纳定子S和转子R。定子S不可相对转动地固定在壳体GE中。转子R与转子轴RW耦联，其中，转子轴RW经由两个支撑在壳体GE上的滚动轴承WL1、WL2以能转动的方式支承。转子轴RW的一端从壳体GE中突出。在转子轴RW的裸露的区段上设有轴接地环E。在滚动轴承WL2与轴接地环之间设有密封环DR2。轴接地环E在壳体GE与转子轴RW之间建立能导电的接触。轴接地环E为此具有能导电的接触元件，所述接触元件在转子轴RW的表面上滑动。经由轴接地环E能消减在壳体GE与转子轴RW之间的电位差。由此保护滚动轴承WL1、WL2以防止经由滚动轴承WL1、WL2的滚动体的未受控制的电位均衡。
图4示出轴接地环E的示意图。轴接地环E具有环形的基体EG和多个布置在基体上的接触元件EK。基体EG可如在图4中示出的那样构造为闭合的环或构造为开放的环。接触元件EK以及基体EG是能导电的。接触元件EK和基体EG可如在图4中示出的那样构造为一件式的。替代于此地，接触元件EK可固定在基体EG上。接触元件EK由耐热塑料形成，所述耐热塑料设有导电的填料。耐热塑料例如是氟化热塑性塑料、聚酰胺或弹性体(例如氟橡胶)。可考虑将石墨或铜颗粒作为导电的填料。特别优选地，将能导电的PTFE用作用于接触元件EK的材料。
图5a示出处于安装状态中的轴接地环E的示意性剖视图。在此，轴接地环E在径向上布置在轴W与壳体G之间。轴W以能围绕轴线A转动的方式支承。在图5a中示出的轴W可例如是按照图1的从动轴GW2、或者按照图2的输出轴DS1、DS2之一、或者按照图3的转子轴RW。在图5a中示出的壳体G可例如是按照图1的壳体GG、按照图2的壳体GA或者按照图3的壳体GE。
在按照图5a的实施例中，轴接地环E构造为多件式的。接触元件EK夹紧在基体EG与夹紧环EZ之间。基体EG与壳体G机械连接并且导电连接。接触元件EK的径向内端部触碰轴W的圆周面C。接触元件EK在轴W旋转时沿着圆周面C滑动，从而在圆周面C与接触元件EK之间形成能导电的滑动接触K。通过接触元件EK的弯曲弹性实现滑动接触K的预紧。
图5b示出处于安装状态中的轴接地环E的另一个示意性剖视图。不同于按照图5a的示图，滑动接触K现在不再直接存在于接触元件EK与轴W之间。取而代之地，接触元件EK在套筒H的圆周面C上滑动，所述套筒与轴W机械连接并且能导电地连接。
图6a至6c示出轴接地环E的制造方法。在图6a中示出多件式的轴接地环E的组装。对此，首先将多个接触元件EK布置在基体EG上。紧接着，通过将夹紧环EZ装配到基体EG上夹紧接触元件EK。在图6b中将完成装配的轴接地环E装配到试验轴PW上。试验轴PW的直径(接触元件EK的径向内端部贴靠在所述直径上)基本上等于轴W或套筒H的直径(轴接地环E随后要在该直径上运行)。紧接着，在限定的持续时间上将轴接地环E和试验轴W的组合体加热到限定的温度范围。这在图6c中示出。通过该方法步骤，基于塑料的接触元件EK经历热老化，使得随后在轴接地环E的运行期间出现的热负荷对接触元件EK的弯曲弹性仅具有可忽略不计的影响。由此能实现接触元件EK在轴接地环E的运行持续时间上基本上恒定的弯曲弹性，从而在轴接地环E的运行中确保在轴W或套筒H的圆周面C与接触元件EK之间的低阻抗的电连接。
因为轴接地环E在加热期间布置在试验轴W上，所以热预处理作用于承受弯曲负荷的接触元件EK上。这对接触元件EK的几何结构引起记忆效应。由此，在轴接地环E随后的运行中实现特别能再现的弹性特性。
轴接地环E在图4、图5a-5b以及在图6a-6c中示出的结构仅可被视为示例性的。在示图中所选择的大小比例尤其是用于图解，而不可被视为是按比例尺的。
附图标记列表
VM 内燃机
EX 电动车桥驱动单元
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 电池
AG 差速器
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
G 壳体
E 轴接地环
EG 基体
EK 接触元件
EZ 夹紧环
K 滑动接触
PW 试验轴
Claims (13)
1.用于制造轴接地环(E)的方法，所述轴接地环具有环形的基体(EG)和多个布置在基体(EG)上的、能导电的、基于塑料的接触元件(EK)，所述接触元件(EK)设置用于建立与轴(W)的圆周面(C)或与施加到轴(W)上的套筒(H)的圆周面的能导电的滑动接触(K)，所述接触元件(EK)是弯曲弹性的并且由于其自身的弯曲弹性引起滑动接触(K)的预紧，其特征在于，在轴接地环投入使用之前热预处理该轴接地环(E)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热预处理包括在限定的时间段上将轴接地环(E)加热到限定的温度范围。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热预处理包括将轴接地环(E)加热到在75摄氏度至180摄氏度之间的温度、优选地加热到在100摄氏度至140摄氏度之间的温度、特别优选地加热到在120摄氏度至140摄氏度之间的温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述热预处理包括在15分钟至120分钟之间的时间段上加热轴接地环(E)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述热预处理期间预紧轴接地环(E)的接触元件(EK)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述热预处理期间将轴接地环(E)的接触元件(EK)预紧到等于轴或套筒的圆周面(C)的直径的直径。
7.轴接地环(E)，该轴接地环具有环形的基体(EG)和多个布置在基体(EG)上的、能导电的、基于塑料的接触元件(EK)，所述接触元件(EK)设置用于建立与轴(W)的圆周面(C)或与施加到轴(W)上的套筒(H)的圆周面的能导电的滑动接触(K)，所述接触元件(EK)是弯曲弹性的并且由于其自身的弯曲弹性引起滑动接触(K)的预紧，其特征在于，所述轴接地环(E)按照根据权利要求1至6中任一项所述的方法制造。
8.根据权利要求7所述的轴接地环，其特征在于，所述接触元件(EK)由耐热塑料形成，所述接触元件设有至少一种导电的填料。
9.电机(EM2)，该电机包括抗转动的定子(S)和能转动的转子(R)，转子(R)与转子轴(RW)耦联，转子轴(RW)支承在电机(EM2)的壳体(GE)中，其特征在于，电机(EM2)具有根据权利要求7或权利要求8所述的轴接地环(E)，转子轴(RW)借助轴接地环(E)相对于壳体(GE)接地。
10.用于机动车的电动车桥驱动单元(EX)，其特征在于，所述电动车桥驱动单元(EX)具有根据权利要求7或权利要求8所述的轴接地环(E)，所述轴接地环设置用于使支承在车桥驱动单元(EX)的壳体(GA)中的轴(DS1、DS2)接地。
11.用于机动车的变速器(G)，其特征在于，所述变速器(G)具有根据权利要求7或权利要求8所述的轴接地环(E)，所述轴接地环设置用于使支承在变速器(G)的壳体(GG)中的轴(GW2)接地。
12.根据权利要求11所述的变速器(G)，其特征在于，所述轴(GW2)形成变速器(G)的从动轴。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的变速器(G)，其特征在于，所述变速器(G)具有电机(EM)，所述电机设计用于驱动所述轴(GW2)。
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