DE102013223673B4 - Automotive powertrain - Google Patents
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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.
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).
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
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
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 aus1 ; -
3 eine Kupplungsvorrichtung des Kraftfahrzeugantriebsstrangs mit Kontaktelement; -
4 a, b das Kontaktelement der Kupplungsvorrichtung aus3 ; -
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 aus6 ;
-
1 a schematic structure of a motor vehicle drive train; -
2 an embodiment variant of a contact element of the motor vehicle drive train1 ; -
3 a coupling device of the motor vehicle drive train with a contact element; -
4 a, b the contact element of the coupling device3 ; -
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 element6th ;
In
Der Stator
Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, treten zwischen Rotor
In
Das Spiel
Der Antriebsstrang
Eine Kupplungsvorrichtung
Der entstehende Luftspalt bei geöffneter Kupplungsvorrichtung
Im Folgenden werden beispielhaft drei weitere Kontaktelemente schematisch an den
In
Eine alternative Ausführungsvariante ist in
In
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
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