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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erdung einer Welle einer elektrischen Maschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Zur Erdung von Motorwellen elektrischer Maschinen kommen Wellenerdungssysteme zur Ableitung von parasitären Strömen zum Einsatz. Parasitären Ströme können sich im Betrieb in einer elektrischen Maschine durch Potentialunterschiede aufbauen und zur Schädigung der Wellenlagerung oder auch zur Störung des Radioempfangs oder anderer Funksignale führen. Zur Verhinderung dieser Ströme oder Spannungsentladungen sind Systeme mit einem Wellenerdungsring oder anderen Erdungseinrichtungen bekannt, die verhindern, dass der Strom z.B. direkt durch die Wellenlagerung, insbesondere ein Kugellager, fließt. Problematisch ist dabei die Drehrichtungsumkehr der Welle wie sie bei Fahrzeugtraktionsmaschinen beim Rückwärtsfahren regelmäßig vorkommt. In diesem Falle kann es zu Brüchen der stromleitenden Fasern kommen, die dann wiederum das Lager beschädigen können. Andere Wellenerdungssysteme arbeiten mit Stäben auf Graphitbasis mit rechteckigem Querschnitt, welche mit ihrer ebenen Auflagefläche auf der Welle laufen bzw. reiben. Dies führt zwangsläufig zu Verschleiß. Der dabei entstehende Graphitstaub kann bei Anordnung innerhalb der elektrischen Maschine zur Verschmutzung und Beeinträchtigung von stromführenden Teilen an Motor oder Leistungselektronik führen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der vorgenannten Art vorzuschlagen, die die angegebenen Nachteile vermeidet. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Anordnung zur Erdung einer Welle einer elektrischen Maschine mit einer Welle vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist zum Kurzschließen von im Betrieb in der elektrischen Maschine auftretenden parasitären Strömen eine Hülse mit einer in dieser beweglich geführten Kugel vorgesehen, die teilweise aus der Hülse herausragt und in Wälzkontakt mit einer Welle der elektrischen Maschine steht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass im Betrieb die Ströme durch die Hülse und die Kugel fließen und insbesondere nicht durch die Wellenlagerung. Zudem ist die erfindungsgemäße Anordnung drehrichtungsunabhängig. Außerdem werden Verschleiß und Verschmutzung durch Verschleißpartikel im Betrieb vermieden, weshalb die Anordnung besonders vorteilhaft innerhalb der elektrischen Maschine einsetzbar ist. Gleichzeitig kann die Anordnung insgesamt kleiner ausgeführt werden, da kein Verschleißmaterial vorgehalten werden muss.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine mögliche Einbausituation einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erdung einer Welle einer elektrischen Maschine,
- 2 eine Ansicht der Anordnung aus 1,
- 3 eine Einzelansicht einer erfindungsgemäßen Hülse der Anordnung,
- 4 eine Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung,
- 5 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist eine mögliche Einbausituation einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Erdung einer Welle 4 einer elektrischen Maschine in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Lösung sieht vor, zur Erdung der Welle 4 den Strom über die Anordnung 1 kurzzuschließen. Diese weist bevorzugt eine zylindrische Hülse 2 mit einer innenliegenden frei beweglich geführten Kugel 3 auf, die wie ein Wälzkörper auf der Welle 4, insbesondere einer Rotorwelle, der elektrischen Maschine im Wälzkontakt abrollt. Sowohl die Hülse 2 als auch die Kugel 3 sind aus elektrisch leitendem Material gefertigt, wie z. B. Messing. Die Kugel 3 ist an einem der der Welle 4 zugewandten Ende der Hülse 2 angeordnet und ragt teilweise aus dieser heraus, derart dass sie in elektrischem Wälzkontakt auf der Welle 4 abrollen kann. Die Hülse 2 ist hier senkrecht zur Welle 4 angeordnet, so dass die Kugel 2 durch Schwerkraftwirkung auf der Welle 4 aufliegt. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Anordnung 1 mit der Welle 4. Die Anordnung 1 ist bevorzugt im Bereich eines Lagers 5 der Welle 4 angeordnet. Durch passende Materialwahl kann so sichergestellt werden, dass die Ströme durch Hülse 2 und Kugel 3 fließen und nicht durch das beispielhaft als Kugellager ausgeführte Lager 5.
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Die Hülse 2 dient zur Führung der Kugel 3 und zur Befestigung an einem Gehäuse 6 der elektrischen Maschine. Der Innendurchmesser der Hülse 2 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Kugel 3. Zur Halterung und Führung der Kugel 3 ist am kugelseitigen Ende der Hülse 2 ein Kugelsitz 7 mit einer ringförmigen Öffnung 8 ausgebildet. Dabei ist der Innendurchmesser der Öffnung 8 geringfügig kleiner als der Durchmesser der Kugel 2, so dass diese nach außen gehalten wird und herausragen aber nicht herausfallen kann. In einer bevorzugten Ausführung gemäß 3 ist am Innendurchmesser der Öffnung 8 eine nach innen geneigte Schräge bzw. Fase 9 ausgeführt, um einen guten Kugelkontakt zur Führung zu gewährleisten. Statt der Schräge bzw. Fase 9 ist es auch möglich, einen Radius als abgerundeter Kontakt vorzusehen. Das von der Kugel 3 abgewandte Ende der Hülse 2 kann verschlossen oder offen ausgeführt sein. Im letzteren Fall ist vorzugsweise eine Sicherung der Kugel 3 gegen Herausfallen vorgesehen.
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Die Hülse 2 ist innerhalb des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine angeordnet und fest mit diesem verbunden. Zum Beispiel können hierzu, wie in 2 gezeigt, am Außendurchmesser der Hülse 2 Befestigungslaschen 10 zur Verschraubung am Gehäuse 6 angebracht sein. Diese sind am Außendurchmesser der Hülse 2 vorzugsweise diametral gegenüberliegend einteilig mit dieser und senkrecht am Außendurchmesser abstehend angeordnet. Die Hülse 2 kann als einfaches Blechteil ausgeführt werden, da keine außergewöhnlichen Anforderungen an Maßhaltigkeit, Festigkeit etc. bestehen. Die Fertigung ist beispielweise durch Biegen, Tiefziehen o.ä. möglich. Am Innen- und Außenumfang kann die Hülse 2 zylindrisch ausgeführt sein, es ist jedoch auch jeder andere beliebige Querschnitt am Innen- und Außenumfang denkbar. Auch müssen die Querschnitte nicht zwingend von gleicher Form sein. Statt der Hülse 2 ist es auch möglich, ein anderes gehäuseartiges Bauteil zur Aufnahme und Führung der Kugel 3 sowie zur Befestigung am Gehäuse 6 der elektrischen Maschine zu verwenden. Denkbar ist auch die Befestigung an einem anderen benachbarten ortsfesten Bauteil.
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Als Kugel 3 kann z.B. ein aus Kugellagern bekannter Wälzkörper verwendet werden. Dieser und ggf. auch der Teil der Welle 4, auf dem die Kugel 3 bzw. der Wälzkörper läuft, können beschichtet sein, um einen verschleißarmen Trockenlauf zu gewährleisten. Es ist jedoch ebenso denkbar statt der Kugel 3 einen anderen, insbesondere zylindrisch geformten Wälzkörper zu verwenden, der bei entsprechender Führung ähnlich wie eine Nadel aus einem Nadellager auf der Welle 4 abrollt.
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Es ist von Vorteil, wenn die Kugel 2, wie in den Varianten in 4 und 5 dargestellt, geringfügig nach außen federvorgespannt am Kugelsitz 7 angeordnet ist. Hierzu sind vorzugsweise innerhalb der Hülse 2 Federmittel 11, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, eingebracht, die die Kugel 3 leicht gegen die Welle 4 drücken. Dadurch wird ein konstanter Kontakt auch bei Vibrationen des Fahrzeugs oder bei Schräglage zu gewährleistet. So ist auch nicht unbedingt ein Einbau der Kugel 3 mit Auflage in Richtung der Schwerkraft notwendig. Die Federmittel 11 sind bevorzugt mit einem Ende an der Kugel 3 und gemäß der Variante nach 4 mit dem von der Kugel 3 abgewandten Ende an einem Deckel 12 abgestützt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, wie in 5 dargestellt, die Federmittel 11 mit dem von der Kugel 3 abgewandten Ende an am Innendurchmesser der Hülse 2 vorstehenden Federhalterungen 13 abzustützen. Diese können als sogenannte Haltenasen, vorzugsweise einteilig mit der Hülse 2, ausgeführt sein. Die Federhalterungen 13 oder Halternasen dienen am Innendurchmesser der Hülse 2 gleichzeitig zur Sicherung der Kugel 3. Sie können nach dem Einlegen dieser in die Hülse 2 beispielsweise durch Hineinbiegen schmaler Gehäuseabschnitte erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Hülse
- 3
- Kugel
- 4
- Welle
- 5
- Lager
- 6
- Gehäuse
- 7
- Kugelsitz
- 8
- Öffnung
- 9
- Fase
- 10
- Befestigungslasche
- 11
- Federmittel
- 12
- Deckel
- 13
- Federhalterung
