DE102018216966A1

DE102018216966A1 - Elektromotor mit geerdeter Welle

Info

Publication number: DE102018216966A1
Application number: DE102018216966.7A
Authority: DE
Inventors: Rolf Schlechter; Ngoc-Thach Nguyen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) umfassend einen Rotor (4), der an jeder Stirnseite mit einem Wellenabschnitt (2) in einem Lager drehbar um eine Mittelachse (100) gelagert ist, sowie ein Erdungselement (3) zur Ableitung induzierter Lagerströme, wobei das Erdungselement (3) ein Federelement (5) aufweist, das an einem axialen Ende (6) einen der Wellenabschnitte (2) elektrisch kontaktiert und mit diesem in einem Schleifkontakt steht.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor. Der Elektromotor weist insbesondere eine geerdete Welle auf.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass es insbesondere bei wechselstrom-betriebenen Elektromotoren zu induzierten Lagerströmen kommen kann. Solche Fehlströme sollten abgeleitet werden, um Lagerschäden zu vermeiden. Um ein solches Ableiten zu bewerkstelligen, sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Beispielsweise kann ein Wellenerdungsring oder ein elektrisch leitendes Lagerfett verwendet werden. Eine weitere Alternative ist in der US 2011/0149459 A1 beschrieben. In dieser Veröffentlichung wird ein Kontaktelement über ein Federelement an die Welle angedrückt. Dabei entsteht ein Schleifkontakt zwischen dem Kontaktelement und der Welle, wodurch ein Ableiten elektrischer Ströme gewährleistet ist. Andere ähnliche Konzepte sind aus der DE 10 2016 211 616 A1 , der DE 10 2015 100 847 A1 oder der EP 2 727 225 A2 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Elektromotor erlaubt ein sicheres und zuverlässiges Ableiten von Fehlströmen, insbesondere von Lagerströmen. Auf diese Weise werden Beschädigungen des Lagers wie Elektropitting, Rillenbindung, Funkenerosion oder Ähnliches reduziert oder ganz vermieden. Solche Verschleißerscheinungen haben ihre Ursache üblicherweise in unerwünschten hochfrequenten Stromimpulsen, die auch Lagerströme oder Fehlströme genannt werden. Durch das Ableiten derartiger hochfrequenter Stromimpulse lässt sich der Verschleiß des Lagers minimieren. Dadurch lässt sich eine fehlerfreie Betriebszeit des Elektromotors verlängern.
Erfindungsgemäß umfasst der Elektromotor einen Rotor. Der Rotor ist an seinen Stirnseiten über Wellenabschnitte in Lagern gelagert. Der Rotor und die Wellenabschnitte sind insbesondere um die Mittelachse rotierbar. Somit besteht die Gefahr, dass in den Lagern der Wellenabschnitte Fehlströme induziert werden, die zu erhöhtem Verschleiß der Lager führen würden. Daher umfasst der Elektromotor ein Erdungselement. Das Erdungselement umfasst ein feststehendes Federelement, das an einem axialen Ende eines Wellenabschnitts den Wellenabschnitt elektrisch kontaktiert und in einem Schleifkontakt mit dem Wellenabschnitt steht. Es kann insbesondere lediglich einer oder es können mehrere Wellenabschnitte auf diese Art kontaktiert werden. Insbesondere kontaktiert das Federelement eine Stirnseite des Wellenabschnitts. Somit ist durch das Federelement eine Erdung des Wellenabschnitts erreichbar, wodurch sich unerwünschte Lagerströme ableiten lassen. Damit ist eine Beschädigung der Lager aufgrund von Fehlerströmen vermieden oder zumindest ist ein Verschleiß der Lager aufgrund von Fehlerströmen vermindert.
Durch das Kontaktieren des axialen Endes, insbesondere der axialen Stirnseite des Wellenabschnitts, ist eine bauraumsparende Montage des Federelements ermöglicht. Auch ist ein Verschleiß des Federelements minimiert. Durch den direkten Schleifkontakt des Federelements an dem Wellenabschnitt ist außerdem ein bauteilsparender und bauraumsparender Aufbau realisiert. Somit ermöglicht der Elektromotor vorteilhafterweise eine sichere und zuverlässige Erdung des Wellenabschnitts, wobei das Erdungselement aufgrund des direkten Schleifkontakts des Federelements mit dem Wellenabschnitt verschleißarm ausgebildet ist. Außerdem erfolgt ein Verschleiß des Federelements ohne elektrische Funken, wie dies beispielsweise bei Bürstenlösungen der Fall ist. Auch kann durch den vollständigen Verzicht auf Bürsten, insbesondere Kohlebürsten, vermieden werden, dass der Elektromotor, insbesondere ein Resolver des Elektromotors, durch Kohlestaub aufgrund von Abrieb verunreinigt wird. Dabei ist eine Erdungswirkung bei Temperaturen in einem Bereich von zumindest -40°C bis 150°C gewährleistet.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der mit dem Federelement zusammenwirkende Wellenabschnitt eine kuppelförmige Kontur aufweist. Insbesondere ist die Kontur kugelförmig oder halbkugelförmig. die kuppelförmige Kontur ist bevorzugt einstückig mit dem Wellenabschnitt ausgebildet ist. Das Federelement liegt dann unmittelbar an dem einstückig ausgebildeten Wellenabschnitt an. Insbesondere bildet der Wellenabschnitt an dem axialen Ende besagte kuppelförmige Kontur, so dass eine kuppelförmige Stirnseite des Wellenabschnitts vorhanden ist. Da dass Federelement an besagter kuppelförmiger Kontur anliegt ist vorteilhafterweise ein Linienkontakt erreicht. Außerdem wird das Federelement durch die kuppelförmige Kontur auf der Mittelachse zentriert. Dies führt dazu, dass das Federelement von dem Wellenabschnitt gehalten ist, so dass ein sicherer und zuverlässiger elektrischer Kontakt vorhanden ist. Dies erlaubt ein zuverlässiges Erden des Wellenabschnitts durch das Erdungselement.
In einer alternativen Ausführungsform ist an dem Wellenabschnitt ein separates Kontaktelement angebracht, wobei das Federelement an dem Kontaktelement anliegt. Kontaktelement und Wellenabschnitt sind insbesondere zweistückig ausgebildet und vorteilhafterweise formschlüssig verbunden. Es sind aber auch andere Verbindungsarten wie reibschlüssiges Verbinden und/oder stoffschlüssiges Verbinden möglich. Durch das Verwenden des Kontaktelements lässt sich der elektrische Kontakt zwischen Federelement und Wellenabschnitt optimieren. Es ist dabei stets vorgesehen, dass das Kontaktelement mit dem Wellenabschnitt rotiert, so dass ein Schleifkontakt zwischen Federelement und Kontaktelement vorhanden ist. Durch das Kontaktelement kann das Federelement optimal an dem Wellenabschnitt abgestützt werden, so dass stets ein sicherer und zuverlässiger elektrischer Kontakt vorhanden ist.
Das Kontaktelement ist besonders vorteilhaft als Kugel ausgebildet. Die Kugel ist insbesondere in dem Wellenabschnitt aufgenommen. Der Wellenabschnitt weist dazu eine Vertiefung an einer Stirnseite auf, die sich entlang der Mittelachse erstreckt. Um Herausfallen der Kugel aus der Vertiefung des Wellenabschnitts zu vermeiden, ist die Kugel vorteilhafterweise eingebördelt. Somit sind Kugel und Wellenabschnitt formschlüssig und damit insbesondere drehfest verbunden. Durch die Verwendung des zusätzlichen Kontaktelements, insbesondere durch die Verwendung der Kugel, lässt sich eine Materialpaarung zwischen Kugel und Federelement derart wählen, dass eine Reibung und damit ein Verschleiß minimiert sind. Somit ist insbesondere eine lange Lebensdauer des Erdungselements und der Funktionalität der Erdung erreicht, wodurch eine fehlerfreie Betriebszeit des Elektromotors maximiert ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Kontaktelement einen Anschlagring aufweisen. Der Anschlagring ist insbesondere auf einem äußeren Umfang des Wellenabschnitts aufgebracht. Der Wellenabschnitt kann dazu verschiedene Durchmesser aufweisen, wobei derjenige Durchmesser, auf dem das Kontaktelement angebracht ist, geringer ist als ein Durchmesser zur Aufnahme des Rotors. Durch den Anschlagring umgreift das Federelement den Wellenabschnitt zumindest bereichsweise, um an dem Anschlagring anzuliegen. Wiederum kann durch den Anschlagring erreicht werden, dass eine optimale Materialpaarung zwischen Federelement und Anschlagring verwendet wird, um eine Reibung und damit einen Verschleiß zu minimieren.
Besonders vorteilhaft ist der Anschlagring über einen Sprengring gehalten. Der Sprengring ist insbesondere vollständig von dem Anschlagring umgeben. Somit kann der Anschlagring einfach und aufwandsarm an dem Wellenabschnitt angebracht werden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass sowohl der Anschlagring als auch der Sprengring drehfest mit dem Wellenabschnitt verbunden sind. Zumindest ist aber vorgesehen, dass der Anschlagring drehfest mit dem Wellenabschnitt verbunden ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Erdungselement mit einem geerdeten Halter ausgebildet. Der Halter dient zum Halten des Federelements, so dass sich das Federelement zwischen dem Halter und dem Wellenabschnitt erstreckt. Der Halter ist insbesondere geerdet, so dass über das Federelement auch der Wellenabschnitt geerdet ist. Zwischen dem Halter und dem Wellenabschnitt ist das Federelement insbesondere gespannt. Somit übt das Federelement sowohl auf den Halter als auch auf den Wellenabschnitt eine elastische Rückstellkraft aus. Dadurch ist ein zuverlässiger elektrischer Kontakt gewährleistet. Außerdem ist ermöglicht, dass sogenanntes Rotorprellen in axialer Richtung, d.h. entlang der Mittelachse, kompensierbar ist.
Der Halter ist besonders vorteilhaft an einem Resolverstator eines Resolvers des Elektromotors befestigt. Der Resolver dient zum Ermitteln einer aktuellen Rotorlage des Elektromotors, in dem ein aktueller Verdrehwinkel des Wellenabschnitts gemessen wird. Der Resolver ist insbesondere an einem Randbereich des Wellenabschnitts angebracht. Das Erdungselement ist bevorzugt beabstandet zu dem Resolver angeordnet, wobei sich lediglich der Halter bis zu dem Resolverstator erstreckt. Durch einen vergrößerten Abstand zwischen Federelement und Resolver sind Signalstörungen des Resolvers aufgrund des elektrischen Kontakts zwischen Wellenabschnitt und Federelement minimiert.
Das Federelement ist insbesondere eine Spiralfeder. Die Spiralfeder erstreckt sich insbesondere entlang der Mittelachse. Somit ist ein axialer Einbau des Federelements erreicht. Ein axialer Einbau des Federelements in dem Elektromotor ermöglicht insbesondere einen geringen Bauraumbedarf zu erreichen, während gleichzeitig ein sicherer und zuverlässiger Kontakt zwischen Federelement und Wellenabschnitt vorhanden ist. Außerdem kann durch den radialen Einbau der zuvor beschriebene vergrößerte Abstand zwischen Resolver und Federelement unterstützt werden.
Das Federelement ist bevorzugt aus einer Kupferlegierung gefertigt. Die Kupferlegierung umfasst insbesondere 0,5 Gew.% Chrom, 0,2 Gew.% Silber, 0,08 Gew.% Eisen, 0,06 Gew.% Titan, sowie 0,03 Gew.% Silizium. Die restlichen Bestandteile sind Kupfer. Durch einen derartigen Werkstoff ist erreicht, dass eine minimale Reibung und damit ein minimaler Verschleiß vorhanden ist. Außerdem ist vorgesehen, dass das Federelement aus einer solchen Kupferlegierung gefertigt ist, die eine Dichte zwischen 8,00 g/cm³ und 9,00 g/cm³, insbesondere von 8,92 g/cm³ aufweist. Ein Elastizitätsmodul beträgt vorteilhafterweise zwischen 130 GPa und 150 GPa, insbesondere 140 GPa. Eine Wärmeleitfähigkeit beträgt insbesondere zwischen 310 W/(m·K) und 330 W/(m·K), insbesondere 340 W/(m·K). Diese Parameter gelten insbesondere bei Raumtemperatur. Eine derartige Kupferlegierung ist insbesondere niedrig legiert und ausscheidungshärtend. Des Weiteren ist eine solche Legierung korrosionsbeständig gegen Wasserdampf, nicht oxidierende Säuren, Laugen, und gegen neutrale Salzlösungen. Die Legierung ist außerdem nicht empfindlich gegen Spannungskorrosion. Somit eignet sich die Herstellung des Federelements aus einer Kupferlegierung optimal für die Verwendung in dem Elektromotor. Die oben genannten Gew.%-Werte der Zusammensetzung der Kupferlegierung ist beispielhaft zu verstehen, um die beschriebenen physikalischen Eigenschaften herzustellen, d.h. die zuvor beschriebene Dichte, den zuvor beschriebenen Elastizitätsmodul und die zuvor beschriebene Wärmeleitfähigkeit.
Der Elektromotor weist insbesondere ein Lagerschild auf. Das Lagerschild dient zum Aufnehmen eines Lagers des Wellenabschnitts. Das Lagerschild ist mit einem Gehäuse des Elektromotors gekoppelt, wobei das Gehäuse des Elektromotors zum Aufnehmen eines Stators des Elektromotors sowie insbesondere auch zum Aufnehmen einer weiteren Lagerung des Wellenabschnitts dient. Das Erdungselement ist insbesondere an dem Lagerschild angebracht. Das Erdungselement kann insbesondere direkt oder indirekt an dem Lagerschild angebracht sein, wobei insbesondere der zuvor beschriebene Halter entweder direkt an dem Lagerschild oder über den Resolverstator an dem Lagerschild befestigt ist. In jedem Fall ermöglicht die Anbringung des Erdungselement, insbesondere des Halters, an dem Lagerschild ein einfaches und aufwandsarmes Montieren des Erdungselements. Insbesondere kann das Erdungselement als einer der letzten Schritte der Montage des Elektromotors angebracht werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Federelement mit einem Anpressdruck zwischen 2,90 N/m² und 3,10 N/m², insbesondere von 3,00 N/m², auf den Wellenabschnitt drückt. Insbesondere ist das Federelement, wie zuvor beschrieben, derart zwischen Wellenabschnitt und Halter gespannt, dass der beschriebene Anpressdruck erreicht wird. Somit ist einerseits ein Verschleiß minimiert, andererseits ein elektrischer Kontakt optimiert. Somit ist insbesondere eine ausreichende Kommutierung zum Ableiten der zu erwartenden Fehlerströme in dem Wellenabschnitt vorhanden.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Ansicht eines Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Ansicht des Wellenabschnitts und des Lagerschilds des Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine erste schematische Detailansicht des Elektromotors gemäß einer ersten Alternative der Ausführungsform der Erfindung,
4 eine zweite schematische Detailansicht des Elektromotors gemäß der ersten Alternative der Ausführungsform der Erfindung,
5 eine erste schematische Detailansicht des Elektromotors gemäß einer zweiten Alternative der Ausführungsform der Erfindung,
6 eine zweite schematische Detailansicht des Elektromotors der zweiten Alternative der Ausführungsform der Erfindung,
7 eine dritte schematische Detailansicht des Elektromotors der zweiten Alternative des Ausführungsbeispiels der Erfindung,
8 eine erste schematische Detailansicht des Elektromotors einer dritten Alternative des Ausführungsbeispiels der Erfindung,
9 eine zweite schematische Detailansicht des Elektromotors der dritten Alternative des Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
10 eine dritte schematische Ansicht des Elektromotors der dritten Alternative des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt schematisch einen Elektromotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Elektromotor 1 umfasst einen Rotor 4. Der Rotor 4 ist auf einer Welle angebracht, wobei stirnseitig des Rotors zumindest ein Wellenabschnitt 2, ausgebildet ist. Die Welle ist in einem Gehäuse 16 sowie in einem Lagerschild 14 des Elektromotors 1 gelagert, wobei der Wellenabschnitt 2 in dem Lagerschild 14 gelagert ist. Das in 1 dargestellte Lagerschild 14 ist dabei nicht maßstäblich gezeigt, sondern zum besseren Darstellen der einzelnen Komponenten in seiner axialen Abmessung verzerrt.
Die Welle und damit auch der Wellenabschnitt 2 weisen eine Mittelachse 100 auf, um die der Rotor 4 und der Wellenabschnitt 2 rotiert werden können. Das Gehäuse 16 dient außerdem zum Tragen eines Stators 17. Die Lagerung der Welle erfolgt über Lager 15, 15a, die insbesondere Kugellager sein können. Somit ist Rotieren der Welle aufgrund einer magnetischen Kopplung von Rotor 4 und Stator 17 ermöglicht.
Um eine aktuelle Verdrehung des Wellenabschnitts 2 zu erkennen, weist der Elektromotor 1 einen Resolver 13 auf. Der Resolver 13 umfasst einen Resolverstator 12 und einen Resolverrotor 18, wobei der Resolverrotor 18 auf dem Wellenabschnitt 2 angebracht ist und der Resolverstator 12 von dem Lagerschild 14 gehalten ist.
An den Lagern 15, 15a wird durch die magnetische Kopplung von Rotor 4 und Stator 17 ein Fehlerstrom induziert, der über die Lager 15, 15a abgeleitet wird. Dies führt zu Beschädigungen der Lager 15, 15a und damit zu einer verminderten fehlerfreien Betriebszeit des Elektromotors 1. Um dieses Problem zu umgehen, weist der Elektromotor 1 ein Erdungselement 3 auf. Das Erdungselement 3 dient zum Erden des Wellenabschnitts 2, wodurch ein Ableiten eines Fehlerstroms ermöglicht ist. Dadurch werden Lagerschäden der Lager 15, 15a durch Fehlerströme vermieden oder zumindest wird das Ausmaß der Schädigung abgeschwächt.
Das Erdungselement 3 umfasst zumindest ein Federelement 5, das an ein axiales Ende 6 des Wellenabschnitts 2 angelegt ist. Insbesondere ist das Federelement 5 an eine axiale Stirnseite des Wellenabschnitts 2 angelegt. Das Federelement 5 ist feststehend ausgebildet, so dass ein Schleifkontakt zwischen Federelement 5 und Wellenabschnitt 2 vorhanden ist. Durch diesen Schleifkontakt ist eine elektrische Kontaktierung vorhanden, so dass der Fehlerstrom von dem Wellenabschnitt 2 über das Federelement 5 abgeleitet werden kann.
Das Federelement 5 ist insbesondere eine Spiralfeder, wobei sich die Spiralfeder parallel zu der Mittelachse 100 erstreckt. Dies bedeutet, dass der Wellenabschnitt 2 durch das Federelement 5 axial kontaktiert wird. Dies ermöglicht einerseits einen Bauraumbedarf für das Erdungselement 3 zu minimieren, andererseits lassen sich axiale Verschiebungen des Wellenabschnitts 2 durch das Federelement 5 ausgleichen. Durch eine ausreichend hohe Federkraft ist erreicht, dass stets ein optimaler elektrischer Kontakt vorhanden ist, um Fehlerströme aus dem Wellenabschnitt 2 abzuleiten. Insbesondere drückt das Federelement mit einem Anpressdruck zwischen 2,9 N/cm² und 3,1 N/cm², insbesondere von 3,00 N/cm², auf den Wellenabschnitts 2. Somit ist ein Ableiten des Fehlerstroms aus dem Wellenabschnitts 2 stets ermöglicht.
2 zeigt schematisch das Lagerschild 14 und den Wellenabschnitt 2. Dabei ist insbesondere gezeigt, dass das Erdungselement 3 einen geerdeten Halter 11 aufweist. Der Halter 11 ist an dem Lagerschild 14 zumindest indirekt befestigt, was nachfolgend mit Bezug auf die 3 bis 10 erklärt wird. Das Federelement 5 ist zwischen dem Halter 11 und der Wellenabschnitt 2 gespannt, um den zuvor beschriebenen Anpressdruck zu erreichen. Der Halter 11 wiederum ist geerdet, so dass durch das Federelement 5 eine Erdung des Wellenabschnitts 2 erreicht werden kann.
In den 3 bis 10 sind drei verschiedene Alternativen beschrieben, wie der Wellenabschnitt 2 durch das Federelement 5 kontaktiert werden kann. 3 und 4 zeigen eine erste Alternative, 5, 6 und 7 eine zweite Alternative und 8, 9 und 10 eine dritte Alternative.
In der in 3 und in 4 dargestellten ersten Alternative ist der Wellenabschnitt 2 einstückig ausgebildet. Das Federelement 5 liegt unmittelbar an dem einstückig ausgebildeten Wellenabschnitt 2 an. Dazu weist das axiale Ende 6 der Welle 2 eine kuppelförmige Kontur auf, wobei das Federelement 5 an dieser kuppelförmigen Kontur anliegt. Durch die Kuppelform des axialen Endes 6 des Wellenabschnitts 2 ist einerseits ein Linienkontakt zwischen Federelement 5 und Wellenabschnitt 2 hergestellt, andererseits dient die Kuppelform zur Führung des Federelements 5.
Wie zuvor bereits beschrieben, stützt sich das Federelement 5 sowohl an dem Wellenabschnitt 2 als auch an dem Halter 11 ab. Der Halter 11 ist durch Schraubenelemente 19 mit dem Resolverstator 12 des Resolvers 13 verbunden. Somit ist eine Montage des Halters 11 einfach und aufwandsarm ermöglicht. Der Resolverstator 12 wiederum ist an dem Lagerschild 14 befestigt.
Durch das axiale Kontaktieren des Wellenabschnitts 2 durch das Federelement 5 ist ein Abstand zwischen Resolver 13 und Erdungselement 3 maximiert. Zusätzlich ist ein Funkenflug beim Kontaktieren des Wellenabschnitts 2 durch das Erdungselement 3 vermieden. Durch diese Maßnahmen ist insbesondere erreicht, dass eine Störung des Resolvers 13 minimiert ist, so dass hochwertige Signale über die aktuelle Lage des Wellenabschnitts 2 durch den Resolver 13 ausgegeben werden können.
In der in 3 und 4 gezeigten Alternative ist ein unmittelbarer Schleifkontakt zwischen Federelement 5 und Wellenabschnitt 2 vorhanden. Dieser Schleifkontakt ist derart ausgelegt, dass eine geringe Reibung und damit ein geringer Verschleiß vorhanden sind. Dazu ist das Federelement 5 insbesondere aus einer Kupferlegierung gefertigt. Die Kupferlegierung weist vorteilhafterweise eine Dichte zwischen 8,00 g/cm³ und 9,00 g/cm³, insbesondere 8,92 g/cm³, auf. Ein Elastizitätsmodul beträgt bevorzugt zwischen 130 GPa und 150 GPa, insbesondere 140 GPa. Eine Wärmeleitfähigkeit beträgt bevorzugt zwischen 310 W/(m·K) und 330 W/(m·K), insbesondere 340 W/(m·K). Besonders vorteilhaft setzt sich die Legierung zusammen aus 0,5 Gew.% Chrom, 0,2 Gew.% Silber,0,08 Gew.% Eisen, 0,06 Gew.% Titan, 0,03 Gew.% Silizium und dem Rest aus Kupfer. Durch eine derartige Legierung ist sichergestellt, dass einerseits ein optimaler elektrischer Kontakt vorhanden ist, andererseits eine Reibung und ein Verschleiß minimiert sind. Im Betrieb verschleißt vorwiegend das Federelement 5, wobei dies ohne Funkenflug geschieht. Durch die elastische Rückstellkraft des Federelements 5 ist dabei ein zunehmender Verschleiß ausgleichbar, wobei das Federelement 5 derart ausgelegt werden kann, dass ein Verschleiß des Federelements 5 bis zum Ausfall des Erdungselements 3 in einer Zeitspanne erreicht wird, die größer ist als die zu erwartende Lebensdauer des gesamten Elektromotors 1. Somit kann über die gesamte Lebensdauer des Elektromotors 1 eine sichere und zuverlässige Erdung des Wellenabschnitts 2 gewährleistet werden.
Soll das Federelement 5 das Material des Wellenabschnitts 2 nicht unmittelbar kontaktieren, so wird vorteilhafterweise der Wellenabschnitt 2 mehrstückig ausgebildet. Der Wellenabschnitt 2 umfasst dann zusätzlich ein Kontaktelement 8, 9, wobei in 5, 6 und 7 das Kontaktelement als Kugel 8 gezeigt ist, während in den 8, 9 und 10 das Kontaktelement als Anschlagring 9 dargestellt ist.
Die 5, 6 und 7 zeigen eine zweite Alternative des Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie insbesondere aus den 6 und 7 hervorgeht, weist der Wellenabschnitt 2 eine eingebördelte Kugel 8 auf. An dieser Kugel liegt das Federelement 5 an. Der sonstige Aufbau entspricht der ersten Alternative. Durch die Verwendung der Kugel 8 kann insbesondere erreicht werden, dass ein Verschleiß des Federelements 5 weiter minimiert ist. So kann die Kugel 8 aus einem Werkstoff gefertigt sein, der optimal an einen Schleifkontakt mit dem Federelement 5 angepasst ist. Der übrige Wellenabschnitt 2 kann aus einem für die Aufnahme des Rotors und für die Rotation um die Mittelachse 100 optimalen Material gefertigt sein. Auch kann durch die Kugel 8 eine elektrische Kontaktierung des Wellenabschnitts 2 durch das Federelement 5 optimiert werden.
Die 8, 9 und 10 zeigen schließlich eine dritte Alternative des Elektromotors 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist ein Anschlagsring 9 auf einem äußeren Umfang 10 des Wellenabschnitts 2 angebracht. Der Anschlagsring 9 wird insbesondere von einem Sprengring 20 gehalten, was insbesondere in 9 und 10 gezeigt ist. Wiederum kann durch eine Materialwahl des Anschlagrings 9 erreicht werden, dass ein Verschleiß des Schleifkontakts zwischen Federelement 5 und Anschlagring 9 bzw. Wellenabschnitt 2 minimiert ist.
Das Lagerschild 14 dient, wie beispielsweise in den 7 und 10 gezeigt, auch zur Aufnahme des Lagers 15 zur Lagerung des Wellenabschnitts 2. Wie zuvor bereits beschrieben, ist durch das elektrische Kontaktieren des Wellenabschnitts 2 durch das Federelement 5 erreichbar, dass Fehlerströme nicht durch das Lager 15, sondern hauptsächlich durch das Erdungselement 3 abgeführt werden. Somit ist die Lebensdauer des Lagers 15 verlängert. Das Ableiten durch das Erdungselement 3 ist insbesondere bei Temperaturbereichen von mind. -40°C bis 150°C gewährleistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0149459 A1 [0002]
DE 102016211616 A1 [0002]
DE 102015100847 A1 [0002]
EP 2727225 A2 [0002]

Claims

Elektromotor (1) umfassend einen Rotor (4), der an jeder Stirnseite mit einem Wellenabschnitt (2) in einem Lager drehbar um eine Mittelachse (100) gelagert ist, sowie ein Erdungselement (3) zur Ableitung induzierter Lagerströme, wobei das Erdungselement (3) ein Federelement (5) aufweist, das an einem axialen Ende (6) einen der Wellenabschnitte (2) elektrisch kontaktiert und mit diesem in einem Schleifkontakt steht.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Federelement (5) zusammenwirkende Wellenabschnitt (2) an seiner Stirnseite eine kuppelförmige Kontur (7) aufweist, die insbesondere einstückig mit dem Wellenabschnitt (2) ausgebildet ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mit dem Federelement (5) zusammenwirkenden Wellenabschnitt (2) ein separates Kontaktelement (8, 9) vorgesehen ist, wobei das Kontaktelement (8, 9) insbesondere fest mit dem Wellenabschnitt (2) verbunden ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (8, 9) in einer Vertiefung an einer Stirnseite des Wellenabschnitts (2) angeordnet und drehfest befestigt ist und insbesondere als eine Kugel (8) geformt ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (8, 9) ein Anschlagring (9) ist, der insbesondere an einem äußeren Umfang (10) des Wellenabschnitts (2) drehfest mit dem Wellenabschnitt (2) verbunden ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (9) von einem Sprengring (20) an dem äußeren Umfang (10) des Wellenabschnitts (2) gehalten ist.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdungselement (3) einen geerdeten Halter (11) aufweist, wobei sich das Federelement (5) zwischen dem Halter (11) und dem Wellenabschnitts (2) erstreckt.
Elektromotor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (11) an einem Resolverstator (12) eines Resolvers (13) befestigt ist.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) eine Spiralfeder ist, die sich insbesondere entlang der Mittelachse (100) erstreckt.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) aus einer Kupferlegierung gefertigt ist und/oder eine Dichte zwischen 8,00 g/cm³ und 9,00 g/cm³, insbesondere von 8,92 g/cm³ und/oder einen Elastizitätsmodul zwischen 130 GPa und 150 GPa, insbesondere 140 GPa und/oder eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 310 W/(m·K) und 330 W/(m·K), insbesondere 340 W/(m·K), aufweist.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Lagerschild (14) zum Aufnehmen eines Lagers (15) der Wellenabschnitte (2), wobei das Lagerschild (14) mit einem Gehäuse (16) zum Aufnehmen eines Stators (17) des Elektromotors (1) gekoppelt ist, und wobei das Erdungselement (3) an dem Lagerschild (14) angebracht ist.
Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) mit einem Anpressdruck zwischen 2,90 N/cm² und 3,10 N/cm², insbesondere von 3,00 N/cm², auf die Welle (2) drückt.