DE102019217864B3

DE102019217864B3 - Wellenerdungsvorrichtung einer Welle eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019217864B3
Application number: DE102019217864.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Griesbach; Andre Willburger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-11-21

Abstract

Es wird eine Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend als Schleifmittel ausgeführte Mittel (3) zur elektrischen Kontaktierung der Welle (1), bei der in die Wellenerdungsvorrichtung (2) als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente (4, 4) mit Linienkontakt zur Wellenoberfläche integriert sind, welche die Lauffläche zwischen den Mitteln (3) zur elektrischen Kontaktierung der Welle (1) und der Welle (1) vor Umwelteinflüssen schützen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellenerdungsvorrichtung einer Welle eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Wellenerdungsvorrichtungen werden in der Regel in elektrifizierten Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen wie z.B. in Hybridantrieben oder in elektrisch angetriebenen Achsen eingesetzt und dienen der Ableitung von elektrischen Wechselströmen von elektrisch leitfähigen Bauteilen wie Antriebswellen bzw. Abtriebswellen von Getrieben und Rotoren, um auf diese Weise Beschädigungen aufgrund des Stromdurchflusses an Bauteilen wie beispielsweise Lagern zu vermeiden und/oder um die Bildung elektromagnetischer Abstrahlung der Wellen zu reduzieren. Hierbei ist es erforderlich, den elektrischen Widerstand, auch Impedanz genannt, zwischen dem drehenden Bauteil Welle und dem stehenden Gehäuse, in dem eine Welle angeordnet ist, möglichst gering zu halten.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zur Realisierung der zwischen einer stehenden Wellenerdungsvorrichtung und einer drehenden Welle erforderlichen Kontaktierung Schleifmittel in Form von Kohlebürsten, beschichteten elektrisch leitfähigen Kunststoffen oder Vliesen zu verwenden. Um hierbei den Übergangswiderstand so klein wie möglich zu halten, wird eine größere Auflage der Kontaktierung auf der Welle benötigt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Wellenerdungsvorrichtungen bei Getrieben funktionieren nur außerhalb des Ölraums, da sich sonst der Übergangswiderstand in nachteiliger Weise erhöht. Des Weiteren weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Wellenerdungsvorrichtungen den Nachteil auf, dass deren Funktionsweise bei Umwelteinflüssen wie Verschmutzung oder Korrosion der Welle negativ beeinträchtigt wird.
Um diesen Nachteil auszugleichen, sind aufwendige Dichtsysteme und zusätzliche Hülsen, beispielsweise aus Bronze oder Stahl mit Silberbeschichtung vorgeschlagen worden, welche die Lauffläche zwischen einer Wellenerdungsvorrichtung und einer Welle vor Umwelteinflüssen schützen sollen, wodurch die Funktionalität von Wellenerdungsvorrichtungen auch bei Umwelteinflüssen gewährleistet werden soll.
Da die Wellenerdungsvorrichtungen bevorzugt außerhalb des Ölraums angeordnet sind und der Ölraum durch Dichtsysteme abgedichtet wird, erweist es sich als nachteilig eine zweite Dichtung hinter einer Wellenerdungsvorrichtung einzufügen, da im Rahmen einer Prüfung des Getriebes nach der Montage die Dichtheit beider Dichtsysteme nur durch erhöhten Aufwand ermittelt werden kann.
Aus der DE 3511755 A1 ist eine Anordnung zum Ableiten von Wellenspannungen mit steilen Spannungsspitzen und/oder hochfrequenter Spannungskomponenten von Wellen dynamoelektrischer Maschinen, deren Rotorwicklungen aus mit Halbleiterventilen ausgerüsteten Systemen eingespeist werden bekannt, bei der auf der Wellenseite der dynamoelektrischen Maschine, auf der die Lager durch Isolierstrecken gegen Erde, Masse und Fundament galvanisch getrennt sind, ein Strompfad, umfassend eine Kontaktvorrichtung mit mindestens einem Gleitkontakt und einer dazu in Serie geschalteten Kapazität zwischen der Welle und Maschinenmasse bzw. Erde vorgesehen ist. Die Kontaktfläche des rotierenden Kontaktteiles kann strukturiert ausgeführt sein und sich vorzugsweise aus einer Vielzahl voneinander getrennter Einzelflächen zusammensetzen, um eine für die Ableitung kurzer Stromimpulse günstig strukturierte Oberfläche des rotierenden Kontaktteiles zu schaffen. Im Rahmen der DE 3511755 A1 wird vorgeschlagen, die Kontaktvorrichtung gegenüber Umwelteinflüssen wie Öldampfen oder Staub durch ein Gehäuse abzukapseln und das Gehäuseinnere durch Zufuhr gefilterter Pressluft unter Überdruck zu versetzen.
Im Rahmen der CN 201113688 Y ist eine Schraubgewindekonstruktion für die Erdung einer Elektromotorwelle beschrieben. Hierbei ist ein Gehäusekörper des Elektromotors mit einem Mantelrohr versehen, welcher zum Drehen angetrieben werden kann, wobei die Umfangsfläche eines hinteren Endes des Dorns mit mindestens einem Abschnitt einer Gewindestruktur versehen ist, wobei an einer Seite der Gewindestruktur eine geerdete Kohlebürstenvorrichtung angeordnet ist.
Die Patentschrift DE 10 2018 120 326 B3 beschreibt einen Schleifringübertrager, wobei Kontaktelemente eine Schleifbahn des Schleifrings kontaktieren und wobei eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Schleifbahn vorgesehen ist.
Das Gebrauchsmuster DE 298 07 515 U1 beschreibt eine rotierende Reinigungsvorrichtung zur Reinigung bzw. Reinhaltung kontaktabgreifender Schleifringeinrichtungen. Dazu ist eine drehbar gelagerte Reinigungsrolle vorgesehen, welche mit geringer Drehzahl mitläuft. Ein schleifender Effekt an der kontaktabgreifenden Oberfläche wird aufgrund der drehenden Reinigungsrolle vermieden.
Die Patentanmeldung US 2009/0015083 A1 beschreibt eine Wellenerdungs-Struktur eines Elektromotors. Dabei ist auf einer Abtriebswelle des Elektromotors ein Gewinde vorgesehen. Eine feststehende Erdungs-Kohlebürste steht mit dem Gewinde in Schleifkontakt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenerdungsvorrichtung einer Welle eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird eine Wellenerdungsvorrichtung einer Welle eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend als Schleifmittel ausgeführte Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Welle, in die als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente mit Linienkontakt zur Wellenoberfläche integriert sind, welche die Lauffläche zwischen den Mitteln zur elektrischen Kontaktierung der Welle und der Welle vor Umwelteinflüssen wie beispielsweise Staub, Schmutz, Flugrost, Fett schützen.
Die Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Welle können beispielsweise als Kohlebürsten, beschichtete elektrisch leitfähige Kunststoffe oder Vliese ausgeführt sein.
Gemäß der Erfindung sind die als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente als Drallrippenelemente ausgeführt, welche vorhandenen Dreck, Flugrost, Staub etc. auf der Welle von der Lauffläche der Welle bei Drehbewegung der Welle entfernen und zur Seite ableiten.
Bevorzugter Weise sind die Drallrippenelemente der Wellenerdungsvorrichtung radial leicht vorgespannt auf der Welle angeordnet. Da die Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Wellenerdungsvorrichtung eine größere Auflagefläche auf der Welle benötigen, radial auf der Welle vorgespannt sind, um Vibrationen der Welle auszugleichen und in der Regel umlaufend angeordnet sind, sollen die Auflageflächen für die elektrische Kontaktierung dabei unverändert bleiben.
Durch den Linienkontakt zur Wellenoberfläche und somit durch die geringe Kontaktfläche der Drallrippenelemente entsteht eine höhere Pressung auf der Lauffläche, welche in vorteilhaftere Weise den zu erzielenden Reinigungseffekt der Lauffläche begünstigt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Drallrippenelemente der Wellenerdungsvorrichtung über den Umfang verteilt segmentartig zwischen Mitteln zur elektrischen Kontaktierung anzuordnen, wobei unterschiedliche Anordnungen und Ausführungsformen der Drallrippenelemente möglich sind. Die Drallrippenelemente sind vorzugsweise äquidistant über den Umfang verteilt angeordnet.
Ferner wird vorgeschlagen, die Drallrippenelemente der Wellenerdungsvorrichtung derart anzuordnen, dass zwischen den Drallrippenelementen und der drehenden Welle ein Winkel entsteht, um vorhandenen Dreck, Flugrost, Staub etc. in axialer Richtung abzutransportieren.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente als Drallrippen ausgeführt, die eine helikale bzw. Helixform aufweisen und sich über den gesamten Umfang der Welle erstrecken.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: Eine schematische Schnittansicht eines Teiles einer gemäß der Erfindung ausgeführten Wellenerdungsvorrichtung und einer Welle im montierten Zustand;
2: Eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer gemäß der Erfindung ausgeführten Wellenerdungsvorrichtung und einer Welle im montierten Zustand; und
3: Schematische Ansichten möglicher Anordnungen der Drallrippenelemente und der Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Welle bezogen auf die Umfangsrichtung der Welle und möglicher Anordnungen der als Drallrippen aufweisend eine Helixform und als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführten Reinigungselemente.

In den beigefügten 1 und 2 ist eine Welle 1 dargestellt, welche über als Schleifmittel ausgeführte Mittel 3 zur elektrischen Kontaktierung mit einer Wellenerdungsvorrichtung 2 elektrisch leitend verbunden ist.
Gemäß der Erfindung sind in die Wellenerdungsvorrichtung 2 als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente mit Linienkontakt zur Wellenoberfläche integriert, die bei dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel als Drallrippenelemente 4 ausgeführt und über den Umfang der Welle 1 verteilt segmentartig zwischen den Mitteln 3 zur elektrischen Kontaktierung angeordnet sind.
Hierbei sind unterschiedliche Anordnungen der Drallrippenelemente 4 möglich, wobei in 3a, 3b, 3c und 3d einige Anordnungsmöglichkeiten veranschaulicht sind. Hierbei wird nur ein Teil der Mittel 3 zur elektrischen Kontaktierung und der Drallrippenelemente 4 dargestellt. Vorzugsweise sind bei den in 3a, 3b, 3c und 3d gezeigten Beispielen die Drallrippenelemente 4 äquidistant über den Umfang verteilt angeordnet.
Bei dem in 3a gezeigten Beispiel sind in Wellenumfangsrichtung betrachtet zwischen als Schleifmittel ausgeführten segmentförmig ausgeführten Mitteln 3 zur elektrischen Kontaktierung Drallrippenelemente 4 angeordnet, wobei die Drallrippenelemente 4 parallel zueinander angeordnet sind, wodurch sich ein gerichteter Drall ergibt, der in nur einer Drehrichtung der Welle 1 wirksam ist. 3b zeigt eine Anordnung, bei der sich ein gerichteter Drall ergibt, der in die andere Drehrichtung der Welle 1 wirksam ist.
Es ist jedoch möglich, benachbarte Drallrippenelemente 4 jeweils V-förmig zueinander anzuordnen, wodurch sich ein Wechseldrall ergibt; die Drallrippenelemente 4 sind in beiden Drehrichtungen der Welle 1 wirksam. Eine derartige Konstellation ist Gegenstand der 3c.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3d entspricht hinsichtlich der Drallwirkung dem Ausführungsbeispiel nach 1a, wobei die Mittel 3 zur elektrischen Kontaktierung und die Drallrippenelemente 4 auf einer umlaufenden Fläche angeordnet sind; die Rippen der Drallrippenelemente 4 erstrecken sich hierbei über Teilbereiche der umlaufenden Fläche und sind nicht als separate Segmente ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung und bezugnehmend auf 3e und 3f sind die als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführten Reinigungselemente als Drallrippen 5 ausgeführt, die eine helikale bzw. Helixform aufweisen und sich über den gesamten Umfang der Welle 1 erstrecken. Hierbei ergibt sich bei dem Beispiel nach 3e ein gerichteter Drall, der in nur einer Drehrichtung der Welle 1 wirksam ist. Bei der Ausgestaltung nach 3f ergibt sich dahingegen ein Drall, der in die andere Drehrichtung der Welle 1 wirksam ist.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Wellenerdungsvorrichtung
3: Mittel zur elektrischen Kontaktierung
4: Drallrippenelement
5: Drallrippen aufweisend eine helikale Form

Claims

Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend als Schleifmittel ausgeführte Mittel (3) zur elektrischen Kontaktierung der Welle (1), wobei in die Wellenerdungsvorrichtung (2) als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente (4) mit Linienkontakt zur Wellenoberfläche integriert sind, welche die Lauffläche zwischen den Mitteln (3) zur elektrischen Kontaktierung der Welle (1) und der Welle (1) vor Umwelteinflüssen schützen, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente als Drallrippenelemente (4) ausgeführt sind, welche vorhandenen Dreck, Flugrost, Staub etc. auf der Welle (1) von der Lauffläche der Welle (1) bei Drehbewegung der Welle (1) entfernen und zur Seite ableiten.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallrippenelemente (4) der Wellenerdungsvorrichtung (2) radial leicht vorgespannt auf der Welle (1) angeordnet sind.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallrippenelemente (4) der Wellenerdungsvorrichtung (2) über den Umfang verteilt segmentartig zwischen Mitteln (3) zur elektrischen Kontaktierung angeordnet sind.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zur elektrischen Kontaktierung und die Drallrippenelemente (4) auf einer umlaufenden Fläche angeordnet sind, wobei sich die Rippen der Drallrippenelemente (4) über Teilbereiche der umlaufenden Fläche erstrecken.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallrippenelemente (4) der Wellenerdungsvorrichtung (2) äquidistant über den Umfang verteilt angeordnet sind.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallrippenelemente (4) der Wellenerdungsvorrichtung (2) derart angeordnet sind, dass zwischen den Drallrippenelementen (4) und der drehenden Welle (1) ein Winkel entsteht.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallrippenelemente (4) parallel zueinander angeordnet sind, wodurch sich ein gerichteter Drall ergibt, der in nur einer Drehrichtung der Welle (1) wirksam ist.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Drallrippenelemente (4) jeweils V-förmig zueinander angeordnet sind, wodurch sich ein Wechseldrall ergibt.
Wellenerdungsvorrichtung (2) einer Welle (1) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schleifelemente zur Wellenoberfläche ausgeführte Reinigungselemente als Drallrippen (5) ausgeführt sind, die eine helikale bzw. Helixform aufweisen und sich über den gesamten Umfang der Welle erstrecken.