DE102013223673B4 - Automotive powertrain - Google Patents

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DE102013223673B4
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Abstract

Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) umfassend
eine bürstenlose elektrische Maschine (12) mit einem Stator (16) und einem drehbaren Rotor (14), wobei der Rotor (14) mit dem Stator (16) über ein Kontaktelement (60) dauerhaft elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Kontaktelement (60) radial außen an einer Rotorwelle (20) angeordnet und elektrisch leitend mit einem Kontaktelementaufnahmebereich (58) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) kreisringförmig ausgebildet ist und Zähne (62) aufweist, die radial außen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, wobei die Zähne (62) mit einem Spiel in Umfangsrichtung (Su) in Aufnahmen (56) eingreifen, wobei das Kontaktelement (60) ein Spiel (S2) zwischen dem Kontaktelementaufnahmebereich (58) und dem Kontaktelement (60), sowie ein Spiel (S1) zwischen der Rotorwelle (20) und dem Kontaktelement (60) aufweist.

Figure DE102013223673B4_0000
Motor vehicle drive train (10) comprising
a brushless electrical machine (12) with a stator (16) and a rotatable rotor (14), the rotor (14) being permanently electrically conductively connected to the stator (16) via a contact element (60), the contact element (60 ) is arranged radially on the outside of a rotor shaft (20) and is electrically conductively connected to a contact element receiving area (58), characterized in that the contact element (60) is circular and has teeth (62) which are evenly distributed radially on the outside in the circumferential direction, wherein the teeth (62) engage with play in the circumferential direction (Su) in receptacles (56), the contact element (60) having a play (S2) between the contact element receiving area (58) and the contact element (60), as well as a play (S1 ) between the rotor shaft (20) and the contact element (60).
Figure DE102013223673B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a drive train for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.

In der DE 196 18 865 C2 ist ein Antriebsstrang dargestellt, unter anderem mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine, einer Kupplung und einem Getriebe.In the DE 196 18 865 C2 a drive train is shown, including an internal combustion engine, an electric machine, a clutch and a transmission.

In der elektrischen Maschine eines derartigen Kraftfahrzeugantriebsstrangs treten Wellenspannungen zwischen Rotor und Stator auf. Solche Wellenspannungen werden einerseits durch Induktion einer Spannung in einer Leiterschleife (Rotorwelle, Lager, Lagerschild und Statorgehäuse) durch magnetische Unsymmetrien der elektrischen Maschine hervorgerufen, andererseits durch steile Spannungsflanken eines Umrichters erzeugt. Übersteigen die zwischen Rotor und Stator auftretenden Wellenspannungen einen bestimmten Wert, entladen sich diese, beispielsweise durch Lichtbogenüberschläge. Derartige Überschläge treten besonders häufig an den Lagerstellen des Kraftfahrzeugantriebsstrangs auf, die aufgrund der Schmierung eine tribologisch elektrische Isolierung zwischen Rotor und Stator erzeugen. Dabei sind Lagerstellen innerhalb der elektrischen Maschine genauso betroffen wie Lagerstellen außerhalb der elektrischen Maschine, beispielsweise Lagerstellen innerhalb eines Getriebes. Die Entladungen treten hauptsächlich an den Lagern auf, beschädigen deren Oberfläche und verändern deren Gefügestruktur, wobei die Gefügeveränderungen die Werkstoffeigenschaften beeinflussen. Diese zusätzliche Belastung der Lager führt zu erhöhtem Verschleiß und vorzeitigem Ausfall.In the electrical machine of such a motor vehicle drive train, shaft voltages occur between the rotor and the stator. Such shaft voltages are caused on the one hand by induction of a voltage in a conductor loop (rotor shaft, bearing, end shield and stator housing) through magnetic asymmetries in the electrical machine, on the other hand they are generated by steep voltage flanks of a converter. If the shaft voltages occurring between the rotor and stator exceed a certain value, they are discharged, for example through arcing. Such flashovers occur particularly frequently at the bearing points of the motor vehicle drive train, which, due to the lubrication, produce tribological electrical insulation between the rotor and the stator. Bearing points within the electrical machine are just as affected as bearing points outside the electrical machine, for example bearing points within a transmission. The discharges mainly occur on the bearings, damage their surface and change their structure, whereby the changes in structure influence the material properties. This additional load on the bearings leads to increased wear and tear and premature failure.

Die gattungsgemäße JP 2000 - 244 180 A sowie die JP 200 - 310 296 A beschreiben Kontakteinrichtungen, die eine leitende Verbindung zwischen einer Welle und einem Gehäuse einer elektrischen Maschine in einem Antriebsstrang bereitstellen, beispielsweise über vorgespannte Kontaktstifte, elektrisch leitende Dichtungen oder auch Kontakt über Flüssigkeiten.The generic JP 2000 - 244 180 A as well as the JP 200-310 296 A describe contact devices that provide a conductive connection between a shaft and a housing of an electrical machine in a drive train, for example via pretensioned contact pins, electrically conductive seals or contact via liquids.

Es ist daher Aufgabe eine weitere Möglichkeit bereitzustellen die Wellenspannungen unschädlich und in einer definierten Art und Weise innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs abzubauen.It is therefore the task of providing a further possibility to reduce the shaft stresses harmlessly and in a defined manner within a motor vehicle drive train.

Diese vorstehende Aufgabe wird mittels des Kraftfahrzeugantriebsstrangs gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.This above object is achieved by means of the motor vehicle drive train according to the independent patent claim. Advantageous configurations and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, bei dem der Rotor mit dem Stator über ein Kontaktelement dauerhaft elektrisch leitend verbunden ist.According to the invention, a drive train is proposed in which the rotor is permanently electrically conductively connected to the stator via a contact element.

Dementsprechend wird ein Kraftfahrzeugantriebsstrang vorgeschlagen, umfassend eine bürstenlosen elektrischen Maschine mit einem Stator und einem drehbaren Rotor, wobei der Rotor mit dem Stator über ein Kontaktelement dauerhaft elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Kontaktelement radial außen an einer Rotorwelle angeordnet und elektrisch leitend mit einem Kontaktelementaufnahmebereich verbunden ist, wobei das Kontaktelement kreisringförmig ausgebildet ist und Zähne aufweist, die radial außen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, wobei die Zähne mit einem Spiel in Umfangsrichtung in Aufnahmen eingreifen, wobei das Kontaktelement ein Spiel zwischen dem Kontaktelementaufnahmebereich und dem Kontaktelement sowie ein Spiel zwischen der Rotorwelle und dem Kontaktelement aufweist.Accordingly, a motor vehicle drive train is proposed, comprising a brushless electrical machine with a stator and a rotatable rotor, the rotor being permanently electrically conductively connected to the stator via a contact element, the contact element being arranged radially on the outside on a rotor shaft and electrically conductively connected to a contact element receiving area The contact element is circular and has teeth that are evenly distributed radially on the outside in the circumferential direction, the teeth engaging with a play in the circumferential direction in receptacles, the contact element having a play between the contact element receiving area and the contact element and a play between the rotor shaft and the contact element.

Die elektrischen Potentialdifferenzen, die die Wellenspannungen begründen, bauen sich während des Betriebs der elektrischen Maschine zwischen Rotor und Stator auf und entladen sich sobald die Wellenspannung ausreichend groß für einen Funkenüberschlag ist. Ein derartiger Funkenschlag tritt meist an den Lagerstellen zwischen Stator und Rotor auf. Die Lagerung des Rotors an dem Stator innerhalb einer elektrischen Maschine kann durch verschiedene Lagerarten ausgeführt sein, wobei alle Lagerarten ein Schmiermittel aufweisen, welches die ineinanderlaufenden Bauteile des Lagers tribologisch gegeneinander isolieren. Ein dauerhaft leitender Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator durch ein zusätzliches Kontaktelement, ermöglicht einen dauerhaften Potentialausgleich und sorgt daher für einen sofortigen und unschädlichen Abbau auftretender Wellenspannungen. Eine Potentialdifferenzschwelle, die einen Funkenüberschlag auslöst, wird nicht überschritten.The electrical potential differences that cause the shaft voltages build up between the rotor and stator during operation of the electrical machine and discharge as soon as the shaft voltage is sufficiently high for a sparkover. Such a spark usually occurs at the bearing points between the stator and rotor. The mounting of the rotor on the stator within an electrical machine can be implemented by different types of bearings, all bearing types having a lubricant which tribologically isolate the components of the bearing that run into one another from one another. A permanent conductive contact between the rotor and the stator through an additional contact element enables permanent equipotential bonding and therefore ensures an immediate and harmless reduction of any shaft voltages that occur. A potential difference threshold that triggers a sparkover is not exceeded.

Um eine tribologisch elektrische Isolierung des Kontaktelements sicher zu verhindern, ist das Kontaktelement bevorzugt schmiermittelfrei, insbesondere frei von viskosem oder flüssigem Schmiermittel, ausgeführt sein. Als mögliche Alternative können, solange der leitende Kontakt erhalten bleibt, unter anderem Festschmierstoffe eingesetzt werden. Das Kontaktelement ist daher vorzugsweise fluid- und / oder viskosschmiermittelfrei ausgebildet. Des Weiteren ist es von Vorteil das Kontaktelement reibungsarm auszubilden, um den Verschleiß gering zu halten.In order to reliably prevent tribological electrical insulation of the contact element, the contact element is preferably designed to be free of lubricant, in particular free of viscous or liquid lubricant. As a possible alternative, as long as the conductive contact is maintained, solid lubricants, among other things, can be used. The contact element is therefore preferably designed to be free of fluid and / or viscous lubricant. Furthermore, it is advantageous to design the contact element with low friction in order to keep wear to a minimum.

Es wird außerdem vorgeschlagen, das Kontaktelement innerhalb eines schmiermittelfreien Raums anzuordnen. Ein Kontaktelement, welches beispielsweise in einem ölgeschmierten Getriebe eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs angeordnet ist, würde durch einen Ölfilm benetzt werden, wobei der leitendende Kontakt zwischen Rotor und Stator unterbrochen wird.It is also proposed to arrange the contact element within a lubricant-free space. A contact element which is arranged, for example, in an oil-lubricated transmission of a motor vehicle drive train, would be wetted by an oil film, whereby the conductive contact between rotor and stator is interrupted.

Bei einem Antriebsstrang ist es meist der Fall, dass Gehäuse der einzelnen Baugruppen leitend miteinander verbunden sind, wobei das Gehäuse der elektrischen Maschine im Normalfall mit dem Stator elektrisch leitend verbunden ist. Zudem ist eines der Gehäuse, meist das eines Antriebsmotors auf Masse gesetzt bzw. geerdet. Des Weiteren sind die rotierenden Elemente des Kraftfahrzeugantriebsstrangs ebenfalls leitend miteinander verbunden, beispielsweise die Rotorwelle und eine Getriebeeingangswelle sowie eine Kupplungsscheibe. Die weiteren Ausführungen zu Wellen oder sonstigen rotierenden Bauteilen des Kraftfahrzeugantriebsstrangs sind außerdem auch auf andere Elemente, die mit dem Rotor elektrisch leitend verbunden sind, beispielsweise auch eine Kupplungsscheibe, übertragbar, wobei selbiges auch umgekehrt gilt. Da eine leitende Verbindung zwischen Rotor und Stator ausreichend ist, um die Wellenspannungen abzubauen, wird vorgeschlagen das Kontaktelement funktional zwischen einem mit dem Stator elektrisch leitendend verbundenen Element und einem mit dem Rotor elektrisch leitend verbundenen Element anzuordnen. Diese Elemente können unter anderem ein Gehäuse des Kraftfahrzeugstrangs sowie eine Welle des Kraftfahrzeugantriebsstrangs oder eine Kupplungsscheibe sein, insbesondere jedoch die Rotorwelle der elektrischen Maschine. Das Kontaktelement kann daher an einer beliebigen Stelle innerhalb des Kraftfahrzeugantriebstrangs angeordnet sein.In the case of a drive train, it is usually the case that the housings of the individual assemblies are conductively connected to one another, the housing of the electrical machine being normally connected to the stator in an electrically conductive manner. In addition, one of the housings, usually that of a drive motor, is grounded or grounded. Furthermore, the rotating elements of the motor vehicle drive train are also conductively connected to one another, for example the rotor shaft and a transmission input shaft and a clutch disc. The further explanations on shafts or other rotating components of the motor vehicle drive train can also be transferred to other elements that are connected to the rotor in an electrically conductive manner, for example also a clutch disc, the same also applying vice versa. Since a conductive connection between rotor and stator is sufficient to reduce the shaft voltages, it is proposed to functionally arrange the contact element between an element connected in an electrically conductive manner to the stator and an element connected in an electrically conductive manner to the rotor. These elements can include a housing of the motor vehicle train and a shaft of the motor vehicle drive train or a clutch disc, but in particular the rotor shaft of the electrical machine. The contact element can therefore be arranged at any point within the motor vehicle drive train.

Es ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung äußerst zweckmäßig, wenn das Kontaktelement an einem Kontaktelementaufnahmebereich angeordnet ist. Ein Kontaktelementaufnahmebereich kann beispielsweise an einem Element, das leitend mit dem Stator in Kontakt steht, oder an einem Element, das leitend mit dem Rotor in Kontakt steht, ausgebildet sein, insbesondere an einem Gehäuse des Kraftfahrzeugantriebsstrangs oder an einer Welle, insbesondere der Rotorwelle. Dieser Kontaktelementaufnahmebereich kann als eigenes Bauteil ausgeführt oder innerhalb eines vorhandenen Bauteils integriert sein, insbesondere an einem Gehäuse. Ein Kontaktelementaufnahmebereich ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement verliersicher innerhalb des Kontaktelementaufnahmebereichs angeordnet ist. Das Kontaktelement ist daher so weit in seiner Beweglichkeit eingeschränkt, dass es sich nur noch innerhalb eines vorgegebenen Bereichs frei bewegen kann. Dieser freie bewegliche Bereich kann abhängig von der Ausführungsform relativ groß oder relativ klein relativ zu der Größe des Kontaktelements gewählt werden.According to an advantageous embodiment, it is extremely useful if the contact element is arranged on a contact element receiving area. A contact element receiving area can be formed, for example, on an element that is in conductive contact with the stator or on an element that is in conductive contact with the rotor, in particular on a housing of the motor vehicle drive train or on a shaft, in particular the rotor shaft. This contact element receiving area can be designed as a separate component or integrated within an existing component, in particular on a housing. A contact element receiving area is characterized, inter alia, in that the contact element is arranged captively within the contact element receiving area. The mobility of the contact element is therefore restricted to such an extent that it can only move freely within a predetermined range. This free movable area can be selected to be relatively large or relatively small relative to the size of the contact element, depending on the embodiment.

Es ist außerdem günstig, wenn zwischen dem Kontaktelement und dem mit dem Stator in elektrischem Kontakt stehenden Element, sowie zwischen dem Kontaktelement und dem mit dem Rotor in elektrischem Kontakt stehenden Element ein Spiel ausgebildet ist. Ein solches Spiel, beispielsweise zwischen der Welle und dem Kontaktelement sowie zwischen dem Kontaktelementaufnahmebereich und dem Kontaktelement, ist vorzugsweise so auszubilden, dass ein dauerhafter Kontakt zwischen Rotor und Stator besteht. Ist das Kontaktelement beispielsweise kreisringförmig ausgebildet, dann sollte das radiale Spiel zwischen dem Kontaktelement und der Welle kleiner ausgebildet sein, als das radiale Spiel zwischen dem Kontaktelement und dem Kontaktelementaufnahmebereich. Aufgrund von Vibrationen und der Schwerkraft kann das Kontaktelement nicht innerhalb einer kontaktfreien Position verharren. Weiter erfährt das spielbehaftete Kontaktelement aufgrund der Schwerkraft eine bevorzugte Anlageposition, wobei sich das Kontaktelement an die Welle anschmiegt. Ein spielbehaftetes Kontaktelement kann daher auch den Bewegungen der Welle, z.B. Taumelbewegungen, folgen. Ein elektrischer und physischer Kontakt zwischen Welle und Kontaktelement ist immer vorhanden.It is also advantageous if there is play between the contact element and the element in electrical contact with the stator, and between the contact element and the element in electrical contact with the rotor. Such play, for example between the shaft and the contact element and between the contact element receiving area and the contact element, is preferably to be designed in such a way that there is permanent contact between the rotor and the stator. If the contact element is designed, for example, in the shape of a circular ring, then the radial play between the contact element and the shaft should be designed to be smaller than the radial play between the contact element and the contact element receiving area. Due to vibrations and gravity, the contact element cannot remain within a non-contact position. Furthermore, the contact element with play experiences a preferred contact position due to the force of gravity, the contact element nestling against the shaft. A contact element with play can therefore also follow the movements of the shaft, e.g. wobbling movements. There is always electrical and physical contact between the shaft and the contact element.

Mit besonderem Vorteil ist das Kontaktelement im Wesentlichen verdrehsicher, jedoch mit geringem Spiel, gegenüber dem Kontaktelementaufnahmebereich ausgebildet. In einer Ausführungsform weist das Kontaktelement zumindest einen Zahn und der Kontaktelementaufnahmebereich zumindest eine Aussparung auf. Im Folgenden werden Vorteile und mögliche Ausführungsformen an einem Zahn und einer Aussparung erläutert, die allerdings auf weitere Zähne übertragbar sind. Ein Zahn ist einer Aussparung zugeordnet und greift in diese ein. In einer möglichen Variante ist der Zahn radial außen am Kontaktelement angeordnet und greift mit Spiel in Umfangsrichtung in die Aussparung ein. Das Spiel in Umfangsrichtung ermöglicht eine geringe Verdrehbarkeit des Kontaktelements gegenüber dem Kontaktelementaufnahmebereich, wobei eine Verdrehung optionalerweise eine Hubbewegung in radialer Richtung zur Rotationsachse der Welle hin hervorrufen kann. Ein derartiges Spiel erlaubt es dem Kontaktelement den Bewegungen der Welle mit dauerhaftem elektrischem Kontakt zu folgen. Die Drehung der Welle nimmt das Kontaktelement mit und führt dazu, dass zumindest ein Zahn des Kontaktelements an zumindest einer Aufnahme des Kontaktelementaufnahmebereichs einen elektrisch leitenden Kontakt herstellt. Das Kontaktelement stellt somit einen durchgehenden Kontakt zwischen Rotor und Stator her. Da das Kontaktelement lediglich frei aufliegt, ist der Verschleiß gering. Die Anordnung der Zähne an dem Kontaktelement und der Aufnahme an dem Kontaktelementaufnahmebereich kann auch umgekehrt sein. Weitere Ausführungen, die eine ähnliche oder die Selbe Funktionsweise verwenden, sind ebenfalls denkbar. Die Funktionsweise des Kontaktelements ist in diesem Fall unabhängig von der Drehrichtung der Welle.It is particularly advantageous for the contact element to be designed so that it is essentially non-rotatable, but with little play, with respect to the contact element receiving area. In one embodiment, the contact element has at least one tooth and the contact element receiving area has at least one recess. In the following, advantages and possible embodiments on a tooth and a recess are explained, which, however, can be transferred to other teeth. A tooth is assigned to a recess and engages in it. In one possible variant, the tooth is arranged radially outside on the contact element and engages in the recess with play in the circumferential direction. The play in the circumferential direction enables the contact element to be slightly rotated relative to the contact element receiving area, with a rotation optionally being able to cause a stroke movement in the radial direction towards the axis of rotation of the shaft. Such play allows the contact element to follow the movements of the shaft with permanent electrical contact. The rotation of the shaft entrains the contact element and results in at least one tooth of the contact element making an electrically conductive contact on at least one receptacle in the contact element receiving area. The contact element thus produces a continuous contact between the rotor and the stator. Since the contact element only rests freely, there is little wear. The arrangement of the teeth on the contact element and the receptacle on the contact element receiving area can also be reversed. Other designs that have a similar or using the same functionality are also conceivable. In this case, the functionality of the contact element is independent of the direction of rotation of the shaft.

Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass es überaus günstig ist, wenn das Radialspiel zwischen der Welle und Kontaktelement kleiner ist als das Radialspiel zwischen Kontaktelementaufnahmebereich und Kontaktelement. In dem Fall, dass das Radialspiel zwischen Kontaktelementaufnahmebereich und Kontaktelement größer ist als das Radialspiel zwischen Welle und Kontaktelement, liegt das Kontaktelement an dem Kontaktelementaufnahmebereich an, zwischen Welle und Kontaktelement wäre in diesem Fall jedoch noch ein Spiel vorhanden. Dies führt dazu, dass kein elektrischer Kontakt zwischen Welle und Kontaktelement hergestellt ist. Mit anderen Worten muss das Kontaktelement an der Welle aufliegen, wobei der Außendurchmesser des Kontaktelements frei ist und die Zähne einen leitenden Kontakt mit dem Gehäuse herstellen. Vorzugsweise ist das Spiel derart ausgebildet, dass ein Ausfall des Kontaktelements durch Verschleiß über die gesamte zumindest über einen festgelegten Teil der Lebensdauer auszuschließen ist.It was already mentioned above that it is extremely favorable if the radial play between the shaft and contact element is smaller than the radial play between the contact element receiving area and the contact element. In the event that the radial play between the contact element receiving area and the contact element is greater than the radial play between the shaft and the contact element, the contact element rests against the contact element receiving area, but in this case there would still be play between the shaft and the contact element. This means that no electrical contact is made between the shaft and the contact element. In other words, the contact element must rest on the shaft, the outer diameter of the contact element being free and the teeth making conductive contact with the housing. The play is preferably designed in such a way that failure of the contact element due to wear can be ruled out over the entire at least a fixed part of the service life.

In einer Weiterbildung sind die Zähne des Kontaktelements gleichmäßig am Umfang verteilt.In a further development, the teeth of the contact element are evenly distributed over the circumference.

Ein Kontaktelement ohne Spiel verschleißt im Vergleich mit dem spielbehafteten Kontaktelement wesentlich schneller, da es den Bewegungen der Welle nicht folgen kann und daher nicht nur anliegt, sondern Kraftbeaufschlagt wird. Des Weiteren weist ein Kontaktelement ohne Spiel weist ein höheres Schleppmoment auf und ist ab einem bestimmten Verschleißgrad aufgrund der Abnutzung nicht mehr in der Lage einen elektrischen Kontakt zwischen Rotor und Stator herzustellen. Derartige Abnutzung wird von einem spielbehafteten Kontaktelement, zumindest in der zuvor erläuterten Ausführungsvariante durch das vorgegebene Spiel ausgeglichen. Das vorgegebene Spiel ist so ausgelegt, dass das Kontaktelement auch bei Abnutzung und Abrieb der Kontaktfläche, die der Welle zugewandt ist, seine Funktionalität behält. Die Hauptverschleißfläche ist daher die Kontaktfläche zwischen dem Kontaktelement und der Welle.A contact element with no play wears out much faster than the contact element with play, since it cannot follow the movements of the shaft and therefore not only rests on it, but is also subjected to force. Furthermore, a contact element without play has a higher drag torque and, above a certain degree of wear, is no longer able to establish electrical contact between the rotor and the stator due to the wear. Such wear is compensated for by a contact element with play, at least in the embodiment variant explained above, by the specified play. The specified play is designed so that the contact element retains its functionality even with wear and tear on the contact surface facing the shaft. The main wear surface is therefore the contact surface between the contact element and the shaft.

Bevorzugt ist das Kontaktelement aus einem harten und widerstandsfähigen Material mit kleinem Reibwertkoeffizienten ausgebildet. Dies ermöglicht eine lange Lebensdauer bei geringem Verschleiß und geringem Schleppmoment. Das Kontaktelement kann beispielsweise als Stahlbauteil, insbesondere aus ZF7B, oder als Kunststoffbauteil ausgebildet sein.The contact element is preferably made of a hard and resistant material with a low coefficient of friction. This enables a long service life with little wear and tear and low drag torque. The contact element can be designed, for example, as a steel component, in particular made of ZF7B, or as a plastic component.

Neben der elektrischen Maschine weist ein Kraftfahrzeugantriebsstrang weiterhin ein Getriebe, eine Kupplungsvorrichtung und einen Antriebsmotor auf. Werden die Wellenspannungen, die innerhalb der elektrischen Maschine entstehen, nicht abgebaut und die Lager der elektrischen Maschine lediglich isoliert, so ist es der Fall, dass sich die Wellenspannungen innerhalb anderer Baugruppen des Kraftfahrzeugantriebsstrangs abbauen. Dies kann unter anderem durch Funkenüberschlag innerhalb der Kupplungsvorrichtung, des Antriebsmotors oder innerhalb des Getriebes der Fall sein. Isolierende Lager verschieben daher das Problem der Wellenspannungen nur an eine andere Stelle in einer anderen Baugruppe im Antriebsstrang.In addition to the electric machine, a motor vehicle drive train also has a transmission, a clutch device and a drive motor. If the shaft voltages that arise within the electrical machine are not reduced and the bearings of the electrical machine are merely insulated, it is the case that the shaft voltages are reduced within other assemblies of the motor vehicle drive train. This can be the case, among other things, due to arcing within the clutch device, the drive motor or within the transmission. Isolating bearings therefore only move the shaft stress problem to another location in a different assembly in the drive train.

Wie bereits weiter oben erwähnt kann das Kontaktelement aufgrund der Kontaktierung der einzelnen Baugruppengehäuse innerhalb einer beliebigen Baugruppe des Kraftfahrzeugantriebsstrangs integriert werden. Grundsätzlich kann das Kontaktelement an einer beliebigen Stelle innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstrangs angeordnet sein, solange der Rotor und der Stator über das Kontaktelement miteinander elektrisch leitend verbunden werden.As already mentioned above, the contact element can be integrated within any assembly of the motor vehicle drive train due to the contacting of the individual assembly housings. In principle, the contact element can be arranged at any point within the motor vehicle drive train, as long as the rotor and the stator are connected to one another in an electrically conductive manner via the contact element.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kontaktelement innerhalb der Kupplungsvorrichtung mit einer Kupplungsscheibe, einer Druckplatte und einer Schwungscheibe zwischen der Kupplungsscheibe und der Druckplatte oder der Schwungscheibe angeordnet sein. In einer Ausführungsvariante ist das Kontaktelement an einer Mitnehmerscheibe der Kupplungsscheibe ausgebildet, wobei das Kontaktelement innerhalb einer Ausnehmung eines Reibbelags angeordnet ist. Bei geöffneter Kupplung, d.h. der Reibbelag und die Druckplatte oder die Schwungscheibe weisen zueinander einen Abstand auf, ist das Kontaktelement so geformt, dass es den Spielzwischenraum zwischen dem Reibbelag und der Schwungscheibe oder der Druckplatte räumlich überbrückt und einen elektrischen Kontakt zwischen Mitnehmerscheibe und Druckplatte bzw. Schwungscheibe herstellt. Das Kontaktelement ist derart elastisch ausgebildet, sodass es beim Schließen der Kupplung zumindest um den Spielzwischenraum komprimierbar ist. Eine Kontaktfläche des Kontaktelements steht in geschlossenem Zustand der Kupplungsvorrichtung im Wesentlichen in einer Ebene mit einer Reiboberfläche des Reibbelags. Ein dauerhafter Kontakt durch die Überbrückung des Spielzwischenraums zwischen dem Reibbelag und der Druckplatte oder der Schwungscheibe kann unter anderem auch durch ein Federelement erzeugt werden, welches das Kontaktelement einerseits an der Druckplatte bzw. Schwungscheibe anlegt und andererseits komprimierbar ist um den Spielzwischenraum zu überbrücken.In a further embodiment, the contact element is arranged within the coupling device with a coupling disc, a pressure plate and a flywheel between the clutch disc and the pressure plate or the flywheel. In one embodiment variant, the contact element is formed on a driver disk of the clutch disk, the contact element being arranged within a recess of a friction lining. When the clutch is open, ie the friction lining and the pressure plate or the flywheel are at a distance from one another, the contact element is shaped so that it spatially bridges the gap between the friction lining and the flywheel or the pressure plate and creates an electrical contact between the drive plate and pressure plate or pressure plate. Manufactures flywheel. The contact element is designed to be elastic in such a way that it can be compressed at least by the clearance space when the clutch is closed. In the closed state of the coupling device, a contact surface of the contact element is essentially in a plane with a friction surface of the friction lining. Permanent contact by bridging the gap between the friction lining and the pressure plate or the flywheel can also be produced by a spring element, which the contact element on the one hand rests against the pressure plate or flywheel and on the other hand is compressible to bridge the gap.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin das Kontaktelement seitlich an einem Lager der Welle anzuordnen. Das Kontaktelement erzeugt einen leitenden Kontakt zwischen einer äußeren Lagerschale des Lagers und einer inneren Lagerschale des Lagers. Dieser leitende Kontakt kann unter anderem durch eine leitende Platte erzeugt sein, die in physischen Kontakt mit der inneren Lagerschale und der äußeren Lagerschale steht. Des Weiteren kann das Kontaktelement vollständig oder nur über einen Teil des Lagers ausgebildet sein. Dabei ist das Kontaktelement vorteilhafterweise mit einer Kraft in Richtung des Lagers beaufschlagt, wobei das Kontaktelement lediglich an der inneren und an der äußeren Lagerschale mit stetigem Kontakt angelegt ist. Die beaufschlagende Kraft, die das Kontaktelement an dem Lager anlegt, kann unter anderem durch ein Federelement oder auch durch die Schwerkraft erzeugt sein. Das Kontaktelement weist in einer vorteilhaften Ausführungsvariante außerdem ein Verschleißreservoir auf, welches eine lange Lebensdauer gewährleistet und beispielsweise durch einen verdickten Materialbereich erreicht werden kann.
In einer weiteren Variante kann das Kontaktelement einen Kontakt zwischen einem Kontaktelementaufnahmebereich und einem Kontaktflansch der Welle erzeugen. Der Kontaktflansch kann unter anderem auf die Welle aufgepresst oder direkt von der Welle ausgebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kontaktelement einerseits an dem Gehäuse gelagert, bzw. an einem Bauteil oder einem Element, das mit dem Gehäuse in leitendem Kontakt steht, wobei zumindest eine leitende Verbindung zum Stator benötigt wird, andererseits steht das Kontaktelement in Kontakt mit der Welle oder dem Kontaktflansch. Das Kontaktelement kann unter anderem seitlich, insbesondere über eine Kraftbeaufschlagung, an dem Lager und an dem Gehäuse angelegt sein. In einer Weiterbildung ist das Kontaktelement insbesondere drehbar an dem Gehäuse gelagert, und in einer Drehbewegung an dem Kontaktflansch oder an der Welle in leitendem Kontakt angelegt. In Vorteilhafter Ausführung weist auch dieses Kontaktelement ein Verschleißreservoir auf.
Another possibility is to arrange the contact element laterally on a bearing of the shaft. The contact element creates a conductive contact between an outer bearing shell of the bearing and an inner bearing shell of the bearing. This conductive contact can be produced, inter alia, by a conductive plate which is in physical contact with the inner bearing shell and the outer bearing shell. Furthermore, the contact element can be formed completely or only over part of the bearing. In this case, the contact element is advantageously acted upon by a force in the direction of the bearing, the contact element only being in continuous contact with the inner and outer bearing shells. The acting force that the contact element applies to the bearing can be generated, among other things, by a spring element or also by gravity. In an advantageous embodiment variant, the contact element also has a wear reservoir, which ensures a long service life and can be achieved, for example, by means of a thickened material area.
In a further variant, the contact element can produce a contact between a contact element receiving area and a contact flange of the shaft. The contact flange can, among other things, be pressed onto the shaft or formed directly from the shaft. According to an advantageous embodiment, the contact element is mounted on the one hand on the housing, or on a component or element that is in conductive contact with the housing, at least one conductive connection to the stator being required, on the other hand, the contact element is in contact with the shaft or the contact flange. The contact element can, inter alia, be placed laterally, in particular by applying a force, to the bearing and to the housing. In a further development, the contact element is in particular rotatably mounted on the housing and, in a rotary movement, is applied to the contact flange or to the shaft in conductive contact. In an advantageous embodiment, this contact element also has a wear reservoir.

Das Kontaktelement ist Günstigerweise derart ausgebildet, dass unanbhängig von den Bewegungen der Welle ein elektrisch leitender Kontakt zwischen Stator und Rotor gewährleistet ist.The contact element is expediently designed in such a way that an electrically conductive contact between the stator and rotor is ensured independently of the movements of the shaft.

Die verschiedenen Ausführungsvarianten können beliebig untereinander in vorteilhafter Weise kombiniert werden.The various design variants can be advantageously combined with one another as desired.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 einen schematischen Aufbau eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs;
  • 2 eine Ausführungsvariante eines Kontaktelements des Kraftfahrzeugantriebsstrangs aus 1;
  • 3 eine Kupplungsvorrichtung des Kraftfahrzeugantriebsstrangs mit Kontaktelement;
  • 4 a, b das Kontaktelement der Kupplungsvorrichtung aus 3;
  • 5 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Kontaktelements, das an einem Lager angeordnet ist;
  • 6 eine weitere beispielhafte schematische Darstellung eines Kontaktelements, das an einem Kontaktflansch angeordnet ist;
  • 7 eine alternative Ausführung des Kontaktelements aus 6;
Show it:
  • 1 a schematic structure of a motor vehicle drive train;
  • 2 an embodiment variant of a contact element of the motor vehicle drive train 1 ;
  • 3 a coupling device of the motor vehicle drive train with a contact element;
  • 4 a, b the contact element of the coupling device 3 ;
  • 5 an exemplary schematic representation of a contact element which is arranged on a bearing;
  • 6th a further exemplary schematic representation of a contact element which is arranged on a contact flange;
  • 7th an alternative embodiment of the contact element 6th ;

In 1 ist ein schematischer Aufbau eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs 10 mit einer elektrischen Maschine 12 dargestellt. Die elektrische Maschine 12 weist einen Rotor 14, einen Stator 16 und ein Gehäuse, im folgenden EM-Gehäuse 18 genannt, auf. Der permanenterregte Rotor 14 ist radial innerhalb des Stators 16 angeordnet und mit einer Rotorwelle 20 gegenüber dem Stator 16 und dem EM-Gehäuse 18 frei drehbar über ein Lager 22, in diesem Fall zwei Wälzlager 22, an dem EM-Gehäuse 18 gelagert. Ein Schmiermittel bzw. eine Schmierschicht innerhalb des Lagers 22 sorgt für eine tribologisch begründete elektrische Isolierung zwischen Rotor 14 und Stator 16.In 1 Figure 3 is a schematic structure of an automotive powertrain 10 with an electric machine 12th shown. The electric machine 12th has a rotor 14th , a stator 16 and a housing, in the following EM housing 18th called, on. The permanently excited rotor 14th is radially inside the stator 16 arranged and with a rotor shaft 20th opposite the stator 16 and the EM housing 18th freely rotatable over a bearing 22nd , in this case two bearings 22nd , on the EM housing 18th stored. A lubricant or a layer of lubricant within the bearing 22nd ensures tribologically based electrical insulation between the rotor 14th and stator 16 .

Der Stator 16 umfasst ein Statorblechpaket 24 und an dem Statorblechpaket 24 angeordnete Statorspulen 26, wobei die Statorspulen 26 von einem Umrichter 28, insbesondere einem Frequenzumrichter 28, angetrieben werden. Das EM-Gehäuse 18 ist mit dem Statorblechpaket elektrisch leitend verbunden, insbesondere über Befestigungsstellen 19 (schematisch dargestellt) des Stators 16 an dem EM-Gehäuse 18, beispielsweise über Verschraubung, Vernietung, Pressung oder sonstigen bekannten Verbindemitteln. Unter anderem sind auch Gehäuse 9,18 einzelner Baugruppen 8 des Kraftfahrzeugantriebsstrangs 10 über Befestigungsstellen 19 (ebenfalls schematisch dargestellt) miteinander verbunden. Grundsätzlich ist die Art der Verbindung oder der Befestigung der Gehäuse aneinander irrelevant, solange ein Potentialausgleich gewährleistet ist bzw. eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Bauteilen vorhanden ist. Die leitenden Verbindungen zwischen den verschiedenen Bauteilen sind in 1 nochmals verdeutlicht.The stator 16 includes a stator core 24 and on the stator core 24 arranged stator coils 26th , with the stator coils 26th from a converter 28 , especially a frequency converter 28 , are driven. The EM housing 18th is electrically conductively connected to the laminated stator core, in particular via fastening points 19th (shown schematically) of the stator 16 on the EM housing 18th , for example by screwing, riveting, pressing or other known connecting means. Among other things, there are also housings 9, 18 of individual assemblies 8th of the motor vehicle drive train 10 via attachment points 19th (also shown schematically) connected to each other. In principle, the type of connection or the fastening of the housings to one another is irrelevant as long as equipotential bonding is guaranteed or an electrically conductive connection is present between the components. The conductive connections between the various components are in 1 clarified again.

Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, treten zwischen Rotor 14 und Stator 16 Wellenspannungen auf. Um diese Wellenspannungen abzubauen weist der Antriebsstrang 10 ein Kontaktelement 60 auf, welches an einem Kontaktelementaufnahmebereich 58, insbesondere an dem EM-Gehäuse 18, angeordnet ist. Der Kontaktelementaufnahmebereich 58 ist hier axial seitlich des Lagers 22 angeordnet und stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gehäuse 18 und dem Stator 16 her. Radial innerhalb des Kontaktelementaufnahmebereichs 58 ist das Kontaktelement 60 angeordnet und im Wesentlichen in axialer Richtung festgelegt. Das Kontaktelement 60 ist radial außen an der Rotorwelle 20 angeordnet und elektrisch leitend mit der Kontaktelementaufnahmebereich 58 verbunden. Weiterhin stellt das Kontaktelement 60 einen elektrischen Kontakt zwischen Rotor 14 und Stator 16 her und schließt diese kurz. Wellenspannungen, die zwischen Rotor 14 und Stator 16 auftreten, werden daher sofort abgebaut. Ein Funkenüberschlag innerhalb des Lagers 22 findet somit nicht statt.As already described above, occur between the rotor 14th and stator 16 Shaft voltages. In order to reduce these shaft tensions, the drive train 10 a contact element 60 on, which on a contact element receiving area 58 , especially on the EM housing 18th , is arranged. The contact element receiving area 58 is here axially to the side of the bearing 22nd arranged and provides an electrically conductive connection between the housing 18th and the stator 16 here. Radially within the contact element receiving area 58 is the contact element 60 arranged and set substantially in the axial direction. The contact element 60 is radially outside on the rotor shaft 20th arranged and electrically conductive with the contact element receiving area 58 tied together. Furthermore, the contact element represents 60 an electrical contact between the rotor 14th and stator 16 and short-circuit it. Shaft tensions between rotor 14th and stator 16 occur, are therefore degraded immediately. A flashover within the camp 22nd therefore does not take place.

In 2 ist eine Variante des Kontaktelements 60 und der Kontaktelementaufnahmebereich 58 in axialer Blickrichtung B genauer dargestellt. Das Kontaktelement 60 ist kreisringförmig ausgebildet und weist Zähne 62 auf, die radial außen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Die Zähne 62 greifen mit einem Spiel in Umfangsrichtung Su (Umfangsspiel) in Aufnahmen 56 ein. Das Kontaktelement 60 ist bis auf das Umfangsspiel Su im Wesentlichen drehfest zu dem Kontaktelementaufnahmebereich 58, zu dem EM-Gehäuse 18 und dem Stator 16 angeordnet. Neben dem Umfangsspiel Su weist das Kontaktelement 60 unter anderem ein Spiel S2 zwischen dem Kontaktelementaufnahmebereich 58 und dem Kontaktelement 60, sowie ein Spiel S1 zwischen der Rotorwelle 20 und dem Kontaktelement 60 auf. Das Spiel S1, das Spiel S2 und das Umfangsspiel Su ermöglichen es dem Kontaktelement 60 bei geringem Verschleiß einen durchgehenden elektrischen Kontakt zwischen Stator 16 und Rotor 14 herzustellen. In dieser Ausführungsvariante ist das Spiel S2 größer ausgeführt als das Spiel S1, wobei dies abhängig von der Ausbildungsform des Kontaktelements 60 ist und grundsätzlich auch anders gelöst sein kann. Das Kontaktelement 60 steht aufgrund der kleineren Ausbildung des Spiels S1 gegenüber dem Spiel S2 immer in Kontakt mit der Rotorwelle 20. Ein Freilauf der Rotorwelle 20, d.h. ein Zustand der Rotorwelle 20 ohne Kontakt mit dem Kontaktelement 60, ist aufgrund der Vibrationen in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang 10 sowie aufgrund der Schwerkraft nicht möglich. Aufgrund der Drehung der Rotorwelle 20 wird das Kontaktelement 60 drehend mitgenommen, wobei zumindest ein Zahn 62 elektrischen Kontakt mit einer Begrenzungsfläche 54 einer der Aufnahmen 56 aufnimmt. Der elektrisch leitende Kontakt zwischen Kontaktelement 60 und Kontaktelementaufnahmebereich 58 bzw. Stator 16 ist dadurch gewährleistet. Der Kontaktelementaufnahmebereich 58 kann unter anderem derart gestaltet sein, dass das Drehmoment bzw. die Kraft in Umfangsrichtung, die auf den Zahn 62 wirkt, in eine radial zur Rotorwelle 20 gerichtete Kraft umgesetzt wird. Dadurch ist ein Kontakt zwischen Kontaktelement 60 und Rotorwelle 20, sowie zwischen Kontaktelement 60 und Kontaktelementaufnahmebereich 58 durch eine geringe Kraftbeaufschlagung gesichert. Grundsätzlich liegt das Kontaktelement nur an.In 2 is a variant of the contact element 60 and the contact element receiving area 58 shown in more detail in the axial direction of view B. The contact element 60 is circular and has teeth 62 which are evenly distributed radially on the outside in the circumferential direction. The teeth 62 grip with a play in the circumferential direction Su (Circumferential play) in recordings 56 a. The contact element 60 is up to the circumference game Su essentially non-rotatably with respect to the contact element receiving area 58 , to the EM housing 18th and the stator 16 arranged. In addition to the scope game Su has the contact element 60 among other things a game S2 between the contact element receiving area 58 and the contact element 60 , as well as a game S1 between the rotor shaft 20th and the contact element 60 on. The game S1 , the game S2 and the scope game Su enable the contact element 60 Continuous electrical contact between the stator with little wear 16 and rotor 14th to manufacture. In this variant is the game S2 executed larger than the game S1 , this depending on the form of the contact element 60 is and can in principle also be solved differently. The contact element 60 stands due to the smaller training of the game S1 compared to the game S2 always in contact with the rotor shaft 20th . A freewheeling of the rotor shaft 20th , that is, a state of the rotor shaft 20th without contact with the contact element 60 , is due to the vibrations in the automotive powertrain 10 as well as not possible due to gravity. Due to the rotation of the rotor shaft 20th becomes the contact element 60 rotated, with at least one tooth 62 electrical contact with a boundary surface 54 one of the recordings 56 records. The electrically conductive contact between the contact element 60 and contact element receiving area 58 or stator 16 is thereby guaranteed. The contact element receiving area 58 can be designed, inter alia, in such a way that the torque or the force in the circumferential direction acting on the tooth 62 acts in a radial direction to the rotor shaft 20th directed force is implemented. This creates a contact between the contact element 60 and rotor shaft 20th , as well as between contact element 60 and contact element receiving area 58 secured by a low application of force. Basically, the contact element is only in contact.

Das Spiel S1, das Spiel S2 und das Umfangsspiel Su, sowie ein geringes Spiel in axialer Richtung sind notwendig, damit das Kontaktelement frei beweglich ist und abhängig vom Betriebszustand ein notwendiges Minimum an Kontaktpunkten ausbilden kann.The game S1 , the game S2 and the scope game Su , and a small amount of play in the axial direction are necessary so that the contact element can move freely and, depending on the operating state, can form a necessary minimum of contact points.

Der Antriebsstrang 10 weist neben der elektrischen Maschine 12 noch weitere Baugruppen 8 auf, beispielsweise eine Kupplungsvorrichtung, einen Antriebsmotor oder ein Schaltgetriebe, die hier nur schematisch angedeutet sind und im Wirkfluss vor oder nach der elektrischen Maschine 12 angeordnet sein können. Da die Gehäuse der verschiedenen Baueinheiten 8 über Verbindermittel 19 aneinander festgelegt sind, ist ein elektrischer Kontakt zwischen den Baueinheiten 8 vorhanden, der beispielsweise über einen Kontakt an dem Antriebsmotor auf Masse gelegt bzw. geerdet ist. Es ist daher der Fall, dass das Kontaktelement 60 in einer beliebigen Baueinheit 8 im Antriebsstrang 10 angeordnet sein kann. Grundsätzlich ist es lediglich notwendig, dass der Rotor 14 und der Stator 16 an einer beliebigen, frei wählbaren Position des Kraftfahrzeugantriebsstrangs 10 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.The powertrain 10 points next to the electrical machine 12th even more assemblies 8th on, for example a clutch device, a drive motor or a gearbox, which are only indicated schematically here and in the active flow before or after the electrical machine 12th can be arranged. As the housing of the various structural units 8th via connector means 19th are fixed to each other, is an electrical contact between the structural units 8th present, which is connected to ground or grounded, for example, via a contact on the drive motor. It is therefore the case that the contact element 60 in any structural unit 8th in the drive train 10 can be arranged. Basically it is only necessary that the rotor 14th and the stator 16 at any freely selectable position of the motor vehicle drive train 10 are electrically connected to each other.

Eine Kupplungsvorrichtung 100 eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs 10, die ein Kontaktelement 600 aufweist, ist in 3 dargestellt. Die Kupplungsvorrichtung 10 weist unter anderem ein Schwungrad 102, eine Druckplatte 104 und eine Kupplungsscheibe 106 auf. Die Kupplungsscheibe umfasst weiter einen Belagträger 108 und einen Reibbelag 110 auf. Weitere Bauteile der Kupplungsvorrichtung 100 und der Kupplungsscheibe 106 selbst werden hier nicht besprochen da diese für die Funktion unerheblich sind. Einerseits ist die Kupplungsscheibe 106 leitend mit dem Rotor 14 (In 3 nicht dargestellt) verbunden, andererseits ist das Schwungrad 102 bzw. die Druckplatte 104 leitend mit dem Stator 16 (in 3 nicht dargestellt) verbunden. Ein elektrischer Kontakt zwischen Rotor 14 und Stator 16 wird durch ein Kontaktelement 600 hergestellt. Das Kontaktelement 600 ist axial seitlich an dem Belagträger 108 der Kupplungsscheibe 106 innerhalb einer Aussparung des Reibbelags 110 festgelegt. Im geschlossenem Zustand der Kupplungsvorrichtung 100 ist das Kontaktelement 600 mit Schwungrad 102 und Belagträger 108 und damit auch der Rotor 14 und der Stator 16 leitend miteinander verbunden. Im geöffneten Zustand der Kupplungsvorrichtung 100 entspannt sich das Kontaktelement 600 derart, dass der entstehende Luftspalt zwischen Reibbelag 110 und Schwungrad 102 überbrückt wird, wobei der elektrische Kontakt zwischen Schwungrad 102 und Kontaktelement 600 nicht abreißt.A coupling device 100 of a motor vehicle drive train 10 that have a contact element 600 is in 3 shown. The coupling device 10 has, among other things, a flywheel 102 , a printing plate 104 and a clutch disc 106 on. The clutch disk further comprises a lining carrier 108 and a friction lining 110 on. Other components of the coupling device 100 and the clutch disc 106 themselves are not discussed here because they are irrelevant for the function. On the one hand is the clutch disc 106 conductive with the rotor 14th (In 3 not shown), on the other hand is the flywheel 102 or the pressure plate 104 conductive with the stator 16 (in 3 not shown) connected. An electrical contact between the rotor 14th and stator 16 is through a contact element 600 manufactured. The contact element 600 is axially on the side of the brake disk 108 the clutch disc 106 within a recess of the friction lining 110 set. In the closed state of the coupling device 100 is the contact element 600 with flywheel 102 and lining carrier 108 and with it the rotor 14th and the stator 16 conductively connected to each other. In the open Condition of the coupling device 100 the contact element relaxes 600 such that the resulting air gap between the friction lining 110 and flywheel 102 is bridged, the electrical contact between the flywheel 102 and contact element 600 does not tear off.

Der entstehende Luftspalt bei geöffneter Kupplungsvorrichtung 100, sowie die Elastizität und die Verschleißfestigkeit des Kontaktelements 600 sind aufeinander anzupassen. Um die Lebensdauer und die Elastizität zu optimieren, sollte das Kontaktelement 600 eine möglichst vorteilhafte Form aufweisen. Eine mögliche Ausbildungsform ist in 3 bereits dargestellt und in 4a,b nochmals genauer gezeigt. Das kreisrund ausgebildete Kontaktelement 600 weist einen Sockel 602, sowie ein topfförmigen Schale 604 auf, die sich in axialer Richtung gesehen zum Schwungrad 102 hin nach radial außen aufweitet. Die Schale 604 ist außerdem durch vier Nuten 606 aufgebrochen, die die Schale 604 aufteilen. Die Anzahl der Nuten 606 ist grundsätzlich beliebig. Durch das Aufbrechen und die besondere aufweitende Topf- bzw. Schalenform weist das Kontaktelement 600 einen wesentlich verbesserte Kompressibilität auf bzw. kann sich bei geöffneter Kupplung über eine große Wegdifferenz mit Längenausdehnung entspannen. Ein derartiges Kontaktelement 600 kann beispielsweise an den Belagträger 108 angenietet werden. Grundsätzlich ist es auch möglich ein Federelement zu integrieren.The resulting air gap when the coupling device is open 100 , as well as the elasticity and the wear resistance of the contact element 600 are to be adapted to each other. In order to optimize the service life and elasticity, the contact element should 600 have as advantageous a shape as possible. One possible form of training is in 3 already shown and in 4a, b shown again in more detail. The circular contact element 600 has a base 602 , as well as a pot-shaped bowl 604 on, which is seen in the axial direction to the flywheel 102 expands radially outward. The shell 604 is also through four grooves 606 broken open the shell 604 split up. The number of grooves 606 is basically arbitrary. As a result of the breaking open and the special widening pot or shell shape, the contact element has 600 a significantly improved compressibility or, when the clutch is disengaged, can relax over a large path difference with linear expansion. Such a contact element 600 can for example on the lining carrier 108 be riveted. In principle, it is also possible to integrate a spring element.

Im Folgenden werden beispielhaft drei weitere Kontaktelemente schematisch an den 5 bis 7 erläutert, wobei lediglich die Funktionsweise des Kontaktelements 60 ausgeführt ist. Da hier lediglich die grundlegende Funktionsweise erläutert wird, kann sich der Aufbau derartiger Kontaktelemente 60 von dem hier gezeigten unterscheiden. Es werden meist nur die Unterschiede der verschiedenen Ausführungen erläutert, wobei die verschiedenen Varianten auch miteinander kombinierbar sind. Dieselben Bauteile erhalten dieselben Bezugsziffern.In the following, three further contact elements are shown schematically as an example 5 until 7th explained, with only the functionality of the contact element 60 is executed. Since only the basic mode of operation is explained here, the structure of such contact elements 60 differ from the one shown here. Usually only the differences between the different versions are explained, whereby the different variants can also be combined with one another. The same components are given the same reference numbers.

In 5 ist eine Welle 20, ein Gehäuse 18 und ein Lager 22 dargestellt. Die Welle 20 ist an dem Gehäuse 18 über ein Lager 22 frei drehbar angeordnet, wobei das Lager 22 das Gehäuse gegenüber der Welle 20 tribologisch isoliert. Axial seitlich des Lagers 22 ist ein Kontaktelement 60 angeordnet, welches innerhalb eines Kontaktelementaufnahmebereichs 58, der durch das Gehäuse 18 ausgebildet ist, angeordnet ist. Das Kontaktelement 60 ist innerhalb einer Art Aufnahme angeordnet und geführt, sowie mit einer Kraft, in diesem Fall durch ein Federelement 80, in Richtung des Lagers 22 beaufschlagt. Das Kontaktelement liegt weiterhin an einer inneren Laufschale 22a und einer äußeren Laufschale 22b eines Lagers an. Das Kontaktelement erzeugt einen leitenden Kontakt zwischen dem Gehäuse 18 und der Welle 20 bzw. dem Rotor 14 und dem Stator 16 (in 5 - 7 nicht dargestellt). Das Kontaktelement ist über die Kraftbeaufschlagung des Federelements 80 lediglich an die Lagerschalen 22a und 22b angelegt.In 5 is a wave 20th , a housing 18th and a warehouse 22nd shown. The wave 20th is on the housing 18th about a warehouse 22nd arranged freely rotatable, the bearing 22nd the housing opposite the shaft 20th tribologically isolated. Axially to the side of the bearing 22nd is a contact element 60 arranged, which is within a contact element receiving area 58 going through the case 18th is formed, is arranged. The contact element 60 is arranged and guided within a type of receptacle, as well as with a force, in this case by a spring element 80 , towards the camp 22nd applied. The contact element is still on an inner running shell 22a and an outer running shell 22b of a warehouse. The contact element creates a conductive contact between the housing 18th and the wave 20th or the rotor 14th and the stator 16 (in 5 - 7th not shown). The contact element is via the application of force to the spring element 80 only to the bearing shells 22a and 22b created.

Eine alternative Ausführungsvariante ist in 6 dargestellt. Das Kontaktelement 60 ist hier, im Vergleich mit 5, nicht an einem Lager 22 angeordnet, sondern an einem Kontaktflansch 20a der Welle 20 sowie an dem Gehäuse 18. Das Kontaktelement 60 ist wieder in einem Kontaktelementaufnahmebereich 58 angeordnet und geführt und unterliegt einer Kraftbeaufschlagung, wieder durch ein Federelement 80. Das Kontaktelement, welches als Platte ausgeführt ist, liegt gleichzeitig an Kontaktbereichen 82 des Gehäuses 18, sowie an einem Kontaktbereich 82 des Kontaktflansches 20a an. Der Kontaktbereich 18a des Gehäuses kann grundsätzlich als eigenständiges Bauteil ausgeführt sein, wobei lediglich ein direkter oder auch indirekter Kontakt zum Gehäuse bzw. zum Stator vorhanden sein muss. Der Kontaktflansch 20a kann ebenfalls beliebig an der Welle 20 ausgebildet sein, beispielsweise als Wellenring 20a der auf die Welle 20 gepresst ist.An alternative variant is shown in 6th shown. The contact element 60 is here, compared with 5 , not at a warehouse 22nd arranged, but on a contact flange 20a the wave 20th as well as on the housing 18th . The contact element 60 is again in a contact element receiving area 58 arranged and guided and is subject to an application of force, again by a spring element 80 . The contact element, which is designed as a plate, is at the same time on contact areas 82 of the housing 18th , as well as a contact area 82 of the contact flange 20a at. The contact area 18a of the housing can in principle be designed as an independent component, with only a direct or indirect contact to the housing or to the stator having to be present. The contact flange 20a can also be placed anywhere on the shaft 20th be designed, for example as a wave ring 20a the one on the wave 20th is pressed.

In 7 ist eine alternative Variante mit Kontaktflansch 20a dargestellt. Das Kontaktelement 60 ist hier jedoch an einem Kontaktelementaufnahmebereich 58 drehbar gelagert und einseitig mit einer Kraft beaufschlagt. Die Kraftbeaufschlagung durch das Federelement 80 legt das Kontaktelement 60 lediglich an den Kontaktbereich 82 des Kontaktflansches 20a der Welle 20 an, wobei der Kontakt des Kontaktelements 60 mit dem Gehäuse 18 über die Kontaktelementaufnahme 58 gegeben ist. Das Kontaktelement 60 kann hier ebenfalls derart ausgebildet sein, dass die Schwerkraft das Kontaktelement 60 über das Eigengewicht an den Kontaktflansch 20a anlegt. Weiterhin ist das Kontaktelement in einem Bereich 84, der dem Kontaktflansch 20a bzw. der Welle zugewandt ist, entsprechend verstärkt bzw. breiter ausgeführt. Dies erlaubt eine lange Lebensdauer, da ein entsprechend großes Verschleißreservoir 84 vorhanden ist.In 7th is an alternative variant with a contact flange 20a shown. The contact element 60 is here, however, on a contact element receiving area 58 rotatably mounted and subjected to a force on one side. The application of force by the spring element 80 places the contact element 60 only to the contact area 82 of the contact flange 20a the wave 20th on, the contact of the contact element 60 with the case 18th via the contact element receptacle 58 given is. The contact element 60 can also be designed here in such a way that gravity touches the contact element 60 by its own weight on the contact flange 20a applies. Furthermore, the contact element is in one area 84 that the contact flange 20a or facing the shaft, is made correspondingly reinforced or wider. This allows a long service life, as there is a correspondingly large wear reservoir 84 is available.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

88th
Baugruppemodule
99
Gehäusecasing
1010
KraftfahrzeugantriebstrangAutomotive powertrain
1212th
Elektrische MaschineElectric machine
1414th
Rotorrotor
1616
Statorstator
1818th
EM-GehäuseEM housing
1919th
VerbindermittelConnector means
2020th
Rotorwelle / WelleRotor shaft / shaft
20a20a
Kontaktflansch / WellenringContact flange / shaft ring
2222nd
Lagercamp
22a22a
Innere LaufschaleInner barrel shell
22b22b
Äußere LaufschaleOuter barrel shell
2424
StatorblechpaketStator laminated core
2626th
StatorspuleStator coil
2828
Umrichter / FrequenzumrichterInverter / frequency converter
5454
BegrenzungsflächeBoundary surface
5656
Aufnahmerecording
5858
KontaktelementaufnahmebereichContact element receiving area
6060
KontaktelementContact element
6262
Zahntooth
8080
FederelementSpring element
8282
KontaktbereichContact area
8484
VerschleißreservoirWear reservoir
100100
KupplungsvorrichtungCoupling device
102102
Schwungradflywheel
104104
Druckplatteprinting plate
106106
KupplungsscheibeClutch disc
108108
BelagträgerLining carrier
110110
ReibbelagFriction lining
600600
KontaktelementContact element
602602
Sockelbase
604604
Schalepeel
606606
NutGroove
S1S1
Spielgame
S2S2
Spielgame
SuSu
UmfangsspielCircumferential play
FF.
Kraftforce

Claims (11)

Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) umfassend eine bürstenlose elektrische Maschine (12) mit einem Stator (16) und einem drehbaren Rotor (14), wobei der Rotor (14) mit dem Stator (16) über ein Kontaktelement (60) dauerhaft elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Kontaktelement (60) radial außen an einer Rotorwelle (20) angeordnet und elektrisch leitend mit einem Kontaktelementaufnahmebereich (58) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) kreisringförmig ausgebildet ist und Zähne (62) aufweist, die radial außen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, wobei die Zähne (62) mit einem Spiel in Umfangsrichtung (Su) in Aufnahmen (56) eingreifen, wobei das Kontaktelement (60) ein Spiel (S2) zwischen dem Kontaktelementaufnahmebereich (58) und dem Kontaktelement (60), sowie ein Spiel (S1) zwischen der Rotorwelle (20) und dem Kontaktelement (60) aufweist.Motor vehicle drive train (10) comprising a brushless electrical machine (12) with a stator (16) and a rotatable rotor (14), the rotor (14) being permanently electrically conductively connected to the stator (16) via a contact element (60), wherein the contact element (60) is arranged radially on the outside on a rotor shaft (20) and is connected in an electrically conductive manner to a contact element receiving area (58), characterized in that the contact element (60) is circular and has teeth (62) which are radially outward in Are evenly distributed in the circumferential direction, the teeth (62) engaging with play in the circumferential direction (Su) in receptacles (56), the contact element (60) having a play (S2) between the contact element receiving area (58) and the contact element (60), as well as a play (S1) between the rotor shaft (20) and the contact element (60). Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) frei von Fluidschmiermittel ist.Motor vehicle drive train (10) according to Claim 1 , characterized in that the contact element (60) is free of fluid lubricant. Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) innerhalb eines fluidschmiermittelfreien Raums angeordnet ist.Motor vehicle drive train (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the contact element (60) is arranged within a fluid-lubricant-free space. Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) funktional zwischen einem mit dem Stator (16) elektrisch leitendend verbundenen Element, insbesondere dem Gehäuse (9,18) einer Baugruppe (8) des Kraftfahrzeugantriebsstrangs (10), und einem mit dem Rotor (14) elektrisch leitend verbundenen Element, insbesondere einer Welle (20) einer der Baugruppen (8) des Kraftfahrzeugantriebstrangs (10), angeordnet ist.Motor vehicle drive train (10) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the contact element (60) functionally between an element electrically conductively connected to the stator (16), in particular the housing (9, 18) of an assembly (8) of the motor vehicle drive train (10), and one with the rotor (14 ) electrically conductively connected element, in particular a shaft (20) of one of the assemblies (8) of the motor vehicle drive train (10), is arranged. Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) an dem Element, das mit dem Stator (16) leitend in Kontakt steht, oder an dem Element, das mit dem Rotor (14) leitend in Kontakt steht, an einem Kontaktelementaufnahmebereich (58) angeordnet ist.Motor vehicle drive train (10) according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the contact element (60) is arranged on the element that is in conductive contact with the stator (16) or on the element that is in conductive contact with the rotor (14), on a contact element receiving area (58) is. Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kontaktelement (60) und dem mit dem Stator (16) in elektrischem Kontakt stehenden Element, sowie zwischen dem Kontaktelement (60) und dem mit dem Rotor (14) in elektrischem Kontakt stehenden Element ein Spiel ausgebildet ist.Motor vehicle drive train (10) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that a play is formed between the contact element (60) and the element in electrical contact with the stator (16) and between the contact element (60) and the element in electrical contact with the rotor (14). Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) gegenüber dem Kontaktelementaufnahmebereichs (58) im Wesentlichen verdrehsicher ausbildet ist.Motor vehicle drive train (10) according to Claim 5 or 6th , characterized in that the contact element (60) is designed to be essentially non-rotatable with respect to the contact element receiving area (58). Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) kreisringförmig ausgebildet ist und das Element, welches mit dem Rotor (14) in elektrisch leitendem Kontakt steht, zumindest teilweise umschließt.Motor vehicle drive train (10) according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the contact element (60) is circular and at least partially encloses the element which is in electrically conductive contact with the rotor (14). Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) weiterhin eine Kupplungsvorrichtung (100) umfasst, wobei das Kontaktelement (600) innerhalb der Kupplungsvorrichtung (100) angeordnet ist.Motor vehicle drive train (10) according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the motor vehicle drive train (10) further comprises a coupling device (100), the contact element (600) being arranged within the coupling device (100). Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) elastisch verformbar ausgebildet ist.Motor vehicle drive train (10) according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the contact element (60) is designed to be elastically deformable. Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (10) seitlich eines Lagers (22) oder seitlich an einem Kontaktflansch (20a), welcher an dem leitend mit dem Rotor (14) verbundenen Element, insbesondere an der Welle (20) des Kraftfahrzeugantriebsstrangs (10), angeordnet ist.Motor vehicle drive train (10) according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the contact element (10) on the side of a bearing (22) or on the side of a contact flange (20a), which is connected to the element conductively connected to the rotor (14), in particular on the shaft (20) of the motor vehicle drive train (10) , is arranged.
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