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Die Erfindung betrifft ein Getriebe umfassend eine Getriebewelle (1), ein Getriebegehäuse (2), zumindest ein Lager (3), zumindest eine Labyrinth-Dichtung (4,5,6) an der Getriebewelle mit mehreren Dichtspalten und zumindest ein Erdungskontaktelement (10), welches so angeordnet ist, dass das Getriebegehäuse (2) und die Getriebewelle (1) elektrisch leitend verbunden sind.
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Immer öfter wird für Getriebewellen, die mit einem Elektromotor verbunden sind, eine Erdung notwendig, um unerwünschte Lagerströme zu vermeiden und dadurch Lagerschäden zu verhindern.
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Bekannt sind Erdungsvorrichtungen für rotierende Wellen aus der Motorentechnik beispielsweise aus der
DE 102010039065 B4 . Darin wird eine Erdungsbürste beschrieben, die in Kontakt mit der rotierenden Welle gebracht wird. Um den dabei auftretenden Verschleiß zu reduzieren, wird vorgeschlagen, auf die Welle einen Zinkbelag in Form einer aufgeklebten Folie aufzubringen. Auch weitere Veröffentlichungen beschäftigen sich mit dem Verschleiß der Erdungskontaktelemente. So wird in der
DE 102018107206 A1 eine beweglich geführte Kugel in einer Hülse als Erdungskontaktelement beschrieben. Die Kugel, die über eine Feder angepresst wird, soll durch den Wälzkontakt eine gute Verbindung herstellen. In der
DE 102005045960 A1 wird ein verschleißfreies Erdungskontaktelement vorgeschlagen, das als Ring gefüllt mit Flüssigmetall ausgeführt ist.
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Darüber hinaus wurde in
DE 102016211616 A1 eine Erdungsanordnung beschrieben, bei der das Erdungskontaktelement an die Stirnseite der Welle angepresst wird und zwar möglichst nahe an der Drehachse. Somit soll die Relativgeschwindigkeit zwischen Erdungskontaktelement und Gegenfläche reduziert werden, um zu vermeiden, dass sich ein störender Ölfilm zwischen den Flächen aufbaut.
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Nachteilig an den Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass sie zusätzlichen Platz oft außerhalb vom Getriebe benötigen und entweder unzuverlässig oder kompliziert und aufwändig sind.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Getriebe mit einer einfachen, zuverlässigeren und platzsparenden Erdungsanordnung für die Getriebewelle zu entwickeln.
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Die Aufgabe wird durch ein Getriebe mit Erdungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich das Getriebe dadurch aus, dass das Erdungskontaktelement in die Labyrinth-Dichtung der Getriebewelle integriert ist, indem mindestens einer der Dichtspalte zwischen dem Erdungskontaktelement und dem Lager beziehungsweise dem Getriebeinnenraum und mindestens einer der Dichtspalte zwischen dem Erdungskontaktelement und der Umgebung vorhanden ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist, dass das Erdungskontaktelement sowohl geschützt vor Umgebungseinflüssen, wie Wasser oder Staub, als auch geschützt vor Öl aus dem Getriebeinnenraum angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird die Erdung der Getriebewelle zuverlässiger als bei bisherigen Lösungen im Stand der Technik gewährleistet. Zudem wird Platz genutzt, der in der Labyrinth-Dichtung beispielsweise in einer Wasserkammer oder einer der Ölkammern vorhanden ist oder nur unwesentlich vergrößert werden muss. Außerhalb des Getriebes wird kein weiterer Bauraum benötigt.
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Die Wasserkammer ist ein Bereich in der Labyrinth-Dichtung in dem von außen durch die äußeren Dichtspalte eindringendes Wasser gesammelt und abgeleitet werden kann. Die innere Ölkammer einer Labyrinth-Dichtung befindet sich auf der dem Lager zuwandten Seite und wird genutzt, um gezielt Öl dem Lager zuzuführen. Die äußere Ölkammer sammelt durch die inneren Dichtspalte ausgetretenes Öl und leitet dieses ab.
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Bevorzugt werden zwei oder drei oder mehrere Erdungskontaktelemente über den Umfang verteilt um die Getriebewelle herum angeordnet. Dadurch ist eine größere Kontaktfläche und eine zuverlässigere Erdung vorhanden, ohne das in axiale Richtung mehr Platz benötigt wird. Bevorzugt werden dabei gleichartige Erdungskontaktelemente verwendet, um die Fertigungskosten und die Ersatzteilhaltung zu minimieren.
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Um die leitende Verbindung zwischen Getriebegehäuse und Getriebewelle herzustellen werden das oder die Erdungskontaktelemente mit einer Halterung an einem nicht-rotierenden Teil der Labyrinth-Dichtung, beispielsweise an einem Labyrinth-Deckel befestigt, wobei die Halterung zumindest teilweise leitfähig sein muss. Das Erdungskontaktelement ist im Kontakt mit einer rotierenden Gegenfläche. Die Gegenfläche für das Erdungskontaktelement kann die Oberfläche der Getriebewelle sein oder es kann eine Fläche auf einem mit der Getriebewelle verbundenen Ring sein, insbesondere zum Beispiel ein Labyrinth-Ring der Labyrinth-Dichtung.
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Bei mehreren Erdungskontaktelementen können diese insbesondere mit einer gemeinsamen Halterung an einem Teil der Labyrinth-Dichtung befestigt sein.
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Besonders bevorzugt ist die Halterung so ausgeführt, dass das oder die Erdungskontaktelemente mit einem zur Getriebewelle konzentrischen Ring verbunden sind. Das bietet den Vorteil, dass die Erdungskontaktelemente einfach montiert und bei Verschleiß auch einfach ausgetauscht werden können.
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Ebenso erfindungsgemäß ist es, wenn mehrere Halterungen für die Erdungskontaktelemente vorhanden sind.
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Die Befestigung der Halterung kann beispielsweise über Verschraubungen, Formschluss oder Klemmung erfolgen. Es ist nur wichtig, dass eine leitfähige Verbindung gewährleistet ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das oder die Erdungskontaktelemente mit einer Halterung an einem nicht-rotierenden Teil der Labyrinth-Dichtung befestigt sind und diese Halterung ein Federelement aufweist, welches das oder die Erdungskontaktelemente an eine Gegenfläche, die mit der Getriebewelle rotiert, anpresst. Das oder die Federelemente in der Halterung sorgen dafür, dass immer guter Kontakt zwischen den Erdungskontaktelementen und der Gegenfläche besteht. Und weiterhin kann dadurch ein gewisser Verschleiß kompensiert werden.
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Das oder die Federelemente können bevorzugt als Blattfeder oder Spiralfeder ausgebildet sein. Insbesondere kann die Halterung selbst als Federelement ausgeführt sein, zum Beispiel als Blattfeder oder als Spiralfeder.
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Die Anpressung des Erdungskontaktelements an eine Gegenfläche erfolgt bevorzugt in radialer Richtung bezogen auf die Getriebewelle. Ebenso erfindungsgemäß kann die Anpressung in axialer Richtung erfolgen. Gegebenenfalls kann für die Erdungskontaktelemente eine Führung vorhanden sein.
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Um einen noch besseren Schutz der Erdungskontakte vor zu viel Öl zu erreichen, welches den Kontakt zwischen den Flächen beeinträchtigt, ist es von Vorteil, wenn mindestens zwei Dichtspalte der Labyrinth-Dichtung zwischen dem Lager und dem oder den Erdungskontaktelementen vorhanden sind.
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Weiterhin ist es bevorzugt, mindestens zwei Dichtspalte der Labyrinth-Dichtung zwischen der Umgebung und dem oder den Erdungskontaktelementen vorzusehen, um die Erdungskontakte vor Schmutz zu schützen, der den Verschleiß erhöhen kann.
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Besonders gut geeignet sind Erdungskontaktelemente, die bürstenartig ausgebildet sind, insbesondere mit Graphit- oder Kohlenstofffaser-Bürsten. Dadurch ist eine besonders gute Zuverlässigkeit über längere Zeit erreichbar, vor allem in Kombination mit einer Halterung, die Federelemente zum Anpressen des Erdungskontaktelements aufweist.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die bei den verschiedenen Ausführung beschriebenen besonderen Merkmale können nicht nur in der gezeigten Kombination, sondern auch jeweils einzeln zur Verbesserung der erfindungsgemäßen Ausführung genutzt werden.
- 1 Ausführung einer Erdung schematisch dargestellt an einem Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Getriebes
- 2 weitere Ausführung einer Erdung
- 3 noch eine Ausführung einer Erdung
- 4 noch eine weitere Ausführung einer Erdung
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Getriebes, in dem eine Ausführung der Erdung, integriert in die Labyrinth-Dichtung, schematisch gezeigt ist. Die Getriebewelle 1 ist über das Lager 3 im Getriebegehäuse 2 gelagert. Die Labyrinth-Dichtung an der Getriebewelle 1 umfasst den Labyrinth-Ring 5, den Labyrinth-Deckel 4 und die Scheibe 6, welche zusammen mehrere Dichtspalte bilden, die zum einen verhindern, dass Wasser und Schmutz von außen eindringen kann, und zum anderen, dass Öl vom Lager und vom Getriebeinnenraum austreten kann. In dieser Ausführung ist die Scheibe 6 beispielsweise über die Verschraubung 8 mit dem Labyrinth-Deckel 4 verbunden, welcher über die Verschraubung 7 am Getriebegehäuse 2 befestigt ist. Die Scheibe 6 bildet zusammen mit dem Labyrinth-Ring 5 den ersten Dichtspalt 21 vom Lager aus gesehen. Dieser verhindert, dass zu viel Öl von der inneren Ölkammer 11 nach außen gelangen kann. Das Öl, das dennoch durch diesen Dichtspalt 21 gelangt, kommt in die äußere Ölkammer 12 und wird da zunächst gesammelt. Der Dichtspalt 20 ist der erste Dichtspalt von außen gesehen und weist Schmutz und Wasser aus der Umgebung ab. Dennoch hindurchtretendes Wasser wird in der Wasserkammer 13 gesammelt. Weitere Dichtspalte zwischen Labyrinth-Deckel 4 und Labyrinth-Ring 5 verhindern, dass das Öl noch weiter nach außen oder Wasser noch weiter nach innen gelangt. Nicht dargestellt sind eventuell vorhandene Entlastungsöffnungen, die eine Öl- oder Wasserableitung aus den jeweiligen Kammern der Labyrinth-Dichtung ermöglichen.
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Das Erdungskontaktelement 10 ist über die Halterung 9 mit dem Labyrinth-Deckel verbunden und hat Kontakt zur Gegenfläche auf dem Labyrinth-Ring 5. So wird als Erdung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Getriebegehäuse 2 und der Getriebewelle 1 hergestellt oder alternativ zwischen dem Labyrinth-Deckel 4 und der Getriebewelle 1. Das Getriebegehäuse 2 oder der Labyrinth-Deckel sind mit einem entsprechenden Erdungskabel verbunden. Dadurch ist sichergestellt, dass keine schädlichen Ströme über das Lager 3 fließen, die dessen Lebensdauer reduzieren würden.
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Erfindungsgemäß ist das Erdungskontaktelement 10 in die Labyrinth-Dichtung integriert und so angeordnet, dass jeweils ein Dichtspalt zwischen Umgebung und Erdungskontaktelement 10 (Dichtspalt 20) und ein Dichtspalt zwischen Lager 3 und Erdungskontaktelement 10 (Dichtspalt 21) vorhanden ist. In diesem Beispiel sind auch noch weitere Dichtspalte zwischen Umgebung und Erdungskontaktelement 10 vorgesehen. So ist das Erdungskontaktelement 10 sowohl vor Schmutz und Wasser aus der Umgebung, als auch vor Öl aus dem Getriebeinneren geschützt. Dadurch wird eine zuverlässige und langlebige Erdung erreicht. Außerdem benötigt die Erdung keinen zusätzlichen Bauraum außerhalb des Getriebes.
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Bevorzugt sind über den Umfang verteilt mehrere Erdungskontaktelemente 10 angeordnet. Weiterhin bevorzugt weist die Halterung 9 einen Ring auf an dem die Erdungskontaktelemente 10 befestigt sind. Das bietet den Vorteil, dass die Erdung sehr einfach als ein Bauteil montiert und bei Bedarf auch ausgetauscht werden kann.
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Die Halterung 9 kann am Labyrinth-Deckel 4 beispielsweise verschraubt oder geklemmt oder mit diesem formschlüssig verbunden sein.
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Besonders bevorzugt ist die Halterung 9 so ausgeführt, dass sie eines oder mehrere Federelemente, insbesondere für jedes Erdungskontaktelement 10 ein Federelement, aufweist. Dadurch werden die Erdungskontaktelemente 10 an die Gegenfläche auf dem Labyrinth-Ring gedrückt. So wird ein guter Kontakt gewährleistet und bis zu einem gewissen Grad auch Verschleiß kompensiert. Die Federelemente sind bevorzugt als Blattfeder oder als Spiralfeder ausgebildet und insbesondere in einen Ring der Halterung 9 integriert.
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In einer besonders bevorzugten Variante ist das Erdungskontaktelement 10 bürstenartig ausgeführt, insbesondere mit Graphit- oder Kohlenstofffasern. Diese sorgen für guten Kontakt und sind langlebig.
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Zudem können der Labyrinth-Deckel 4 und/oder der Labyrinth-Ring 5 auch mehrteilig ausgeführt sein.
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2 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführung wiederum als Ausschnitt. Hier besteht die Labyrinth-Dichtung aus dem Labyrinth-Deckel 4 und dem Labyrinth-Ring 5, die sowohl den Dichtspalt 21 zum Lager 3 als auch den Dichtspalt 20 zur Umgebung, sowie weitere Dichtspalte zwischen Umgebung und Erdungskontaktelement 10 bilden.
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Der Ausschnitt in 3 zeigt noch eine weitere erfindungsgemäße Ausführung. Hier umfasst die Labyrinth-Dichtung neben dem Labyrinth-Deckel 4 zwei Labyrinth-Ringe 5, 5.1 und zwei Scheiben 6, 6.1. Das Erdungskontaktelement 10 befindet sich hier in der Wasserkammer 13. Geschützt durch den Dichtspalt 20 vor Umgebungseinfluss und durch mehrere Dichtspalte (unter anderem Dichtspalt 21) vor Öl aus dem Getriebeinneren.
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In 4 ist eine Variante dargestellt, bei der das Erdungskontaktelement 10 direkt auf der Oberfläche der Getriebewelle 1 anliegt oder an diese gedrückt wird. Das Erdungskontaktelement 10 befindet sich in der Wasserkammer 13 und der Dichtspalt 20 zur Umgebung wird vom Labyrinth-Deckel 4 und der Oberfläche der Getriebewelle 1 gebildet. Zum Lager 3 hin sind mehrere Dichtspalte zwischen Labyrinth-Deckel 4 / Scheibe 6 und dem Labyrinth-Ring 5 vorhanden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Scheibe 6 direkt mit dem Getriebegehäuse 2 verschraubt (8).
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Wie zuvor bereits erwähnt, können die speziellen Ausführungsmerkmale die bei der ersten Ausführung beschrieben sind, auch bei den weiteren Ausführungsvarianten vorhanden sein, um die erfindungsgemäße Lösung noch weiter zu verbessern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebewelle
- 2
- Getriebegehäuse
- 3
- Lager
- 4
- Labyrinth-Deckel
- 5, 5.1
- Labyrinth-Ring
- 6, 6.1
- Scheibe
- 7
- Verschraubung
- 8
- Verschraubung
- 9
- Halterung
- 10
- Erdungskontaktelement
- 11
- innere Ölkammer
- 12
- äußere Ölkammer
- 13
- Wasserkammer
- 20
- erster Dichtspalt von außen
- 21
- erster Dichtspalt vom Lager aus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010039065 B4 [0003]
- DE 102018107206 A1 [0003]
- DE 102005045960 A1 [0003]
- DE 102016211616 A1 [0004]
