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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Rotorwellenanordnung mit einer verschmutzungsgeschützten Kontaktvorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Rotorwellenabschnitts mit einem Gehäuseabschnitt mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit der Rotorwellenanordnung.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei Antriebsmodulen für Fahrzeuge werden Elektromotoren zur Erzeugung des Antriebsmoments eingesetzt. Durch sehr starke Spannungsflanken bei der Spannungsversorgung der Elektromotoren werden unerwünschte elektrische Ströme in dem Elektromotor generiert. Dabei fließen die elektrischen Ströme auch über die Rotorlager, welche dadurch neben dem mechanischen Verschleiß durch den Stromdurchgang geschädigt werden.
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Es ist bekannt, elektrisch parallel zu einem der Rotorlager eine Strombrücke zu bilden, so dass die elektrischen Ströme über die parallele Strombrücke fließen und der Stromdurchgang durch das Rotorlager unterbunden ist.
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Beispielsweise zeigt die Druckschrift
DE 10 2016 205 049 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, eine Ableitungseinrichtung für ein Wälzlager sowie ein Verfahren zur Ableitung elektrostatischer Ladung an einem Wälzlager mit einem biegeelastisch ausgebildeten Leiter, wobei der Leiter einen ersten Leiterabschnitt und einen zweiten Leiterabschnitt zur Ausbildung einer Kontaktanordnung an einem Wälzlager aufweist, wobei die Leiterabschnitte jeweils an einem Lagerring des Wälzlagers anliegen, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Lagerringen ausbildbar ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotorwellenanordnung mit einer Kontaktvorrichtung sowie einen elektrischen Antrieb mit der Rotorwellenanordnung vorzuschlagen, welche sich durch ein sicheres Funktionsverhalten auszeichnet.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Rotorwellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Rotorwellenanordnung, insbesondere für einen elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb ist insbesondere für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug, insbesondere als ein reines Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug, ausgebildet. Das Fahrzeug kann als ein einspurig oder zweispurig und/oder einachsig oder mehrachsiges, insbesondere zweiachsiges, Fahrzeug ausgebildet sein. Prinzipiell ist das Fahrzeug als ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Bus ausgebildet. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch als elektrisch betriebenes Fahrrad (Pedelec), Motorrad (Elektromotorrad), E-Scooter oder dergleichen ausgebildet sein. Der elektrische Antrieb dient insbesondere dazu, ein Traktionsmoment, insbesondere ein Haupttraktionsmoment, für das Fahrzeug zu erstellen und/oder bereitzustellen. Hierzu kann der elektrische Antrieb mit einer Energieeinrichtung, insbesondere mit einer Energiespeichereinrichtung, im Speziellen mit einer Batterie oder Akku, koppelbar oder gekoppelt sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten.
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Die Rotorwellenanordnung weist einen Rotor auf, wobei der Rotor einen Teil von einem Elektromotor bildet. Ferner weist die Rotorwellenanordnung einen Wellenabschnitt auf, wobei der Wellenabschnitt als eine rotierende Komponente ausgebildet ist. Der Wellenabschnitt ist elektrisch mit dem Rotor verbunden.
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Optional weist die Rotorwellenanordnung einen Rotorwellenabschnitt als den Wellenabschnitt auf, wobei der Rotorwellenabschnitt drehfest mit einem Rotor verbindbar und/oder verbunden ist.
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Ferner weist die Rotorwellenanordnung ein Gehäuseabschnitt auf, wobei der Gehäuseabschnitt einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Zu dem Gehäuseabschnitt können auch zusätzliche Gehäusebereiche oder auch Deckel etc. gezählt werden. Der Wellenabschnitt, insbesondere der Rotorwellenabschnitt, ist um eine Hauptachse drehbar relativ zu dem Gehäuseabschnitt gelagert. Der Wellenabschnitt, insbesondere der Rotorwellenabschnitt, kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Zu dem Wellenabschnitt, insbesondere Rotorwellenabschnitt, können auch zusätzliche rotierenden Komponenten, wie z.B. Aufsatzringe oder Lagerringe gezählt werden, die mit der Rotorwelle und/oder dem Rotor elektrisch verbunden sind. Vorzugsweise ist der Rotorwellenabschnitt in dem Gehäuseabschnitt, insbesondere über ein Rotorlager, im Speziellen ein Rotorwälzlager, drehbar gelagert. Insbesondere bildet der Gehäuseabschnitt ein B-Lagerschild für den Rotorwellenabschnitt. Alternativ hierzu kann der Gehäuseabschnitt bei dem A-Lagerschild und/oder bei einem dem Getriebeabschnitt zugewandten Rotorlager angeordnet sein. Der Gehäuseabschnitt kann auch an einem Endabschnitt der Rotorwelle auf der Getriebeseite oder auf der getriebeabgewandten Seite angeordnet sein. Ferner kann der Gehäuseabschnitt auf einer mit der Rotorwelle koaxial angeordneten und drehfest verbundenen Getriebewelle, die den Wellenabschnitt aufweist, angeordnet sein.
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Bei abgewandelten Ausführungsformen kann der Wellenabschnitt als Teil einer eine Vorgelegewelle, Zwischenwelle ausgebildet sein oder als Teil einer drehfest und koaxial mit der Rotorwelle verbundenen Getriebewelle ausgebildet sein. Die elektrische Verbindung zu dem Rotor kann über Zahneingriffe zwischen dem Wellenabschnitt zu dem Rotor umgesetzt werden.
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Die Rotorwellenanordnung weist eine Kontaktvorrichtung zur Bildung eines Strompfads zwischen einem ersten Ableitpartner und einem zweiten Ableitpartner auf. Der Rotorwellenabschnitt bildet den ersten Ableitpartner, der Gehäuseabschnitt bildet den zweiten Ableitpartner. Insbesondere ist der Strompfad als ein ständig kontaktierender und/oder durchgehender Strompfad ausgebildet. Im Speziellen verläuft der Strompfad über eine leitende Verbindung.
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Die Kontaktvorrichtung weist ein Metallumformteil auf. Das Metallumformteil kann beispielsweise als ein Blechumformteil ausgebildet sein. In dieser Ausgestaltung wird das Metallumformteil ausgehend von einem Blechhalbzeug durch Trennen und Umformen gefertigt. Bei dem Umformen kann es sich um ein Zugdruckumformen und/oder Biegeumformen handeln. Insbesondere ist das Blechhalbzeug als ein flaches Blech ausgebildet. Alternativ kann das Metallumformteil als ein Draht ausgebildet sein, welcher zu dem Metallumformteil gebogen ist. Alternativ ist das Metallumformteil als eine Scheibe mit einer mittigen Kontaktspitze ausgebildet. Insbesondere kann das Metallumformteil scheibenförmig mit Spitze am Wellenende anliegend ausgebildet sein.
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Das Metallumformteil ist in dem einen Ableitpartner, vorzugsweise in dem Gehäuseabschnitt, stationär angeordnet. Es bildet mindestens einen Teil des Strompfads zwischen dem Gehäuseabschnitt und dem Rotorwellenabschnitt oder in Gegenrichtung. Beispielsweise kann das Metallumformteil in dem Gehäuseabschnitt unmittelbar festgelegt sein. Es ist möglich, dass das Metallumformteil an dem Deckel oder an einer anderen Komponente des Gehäuseabschnitts festgelegt ist. Im Speziellen ist das Metallumformteil rotationsfest angeordnet.
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Das Metallumformteil weist mindestens oder genau eine Kontaktstelle für den Strompfad in Richtung des anderen Ableitpartners, insbesondere des Rotorwellenabschnitts auf. Die Kontaktstelle kann unmittelbar kontaktierend an dem anderen Ableitpartner, insbesondere an dem Rotorwellenabschnitt anliegen, alternativ kann mindestens oder genau ein Zwischenelement zwischen der Kontaktstelle und dem anderen Ableitpartner, insbesondere dem Rotorwellenabschnitt angeordnet sein. Die genau eine Kontaktstelle kann als ein zusammenhängender Bereich ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann die Kontaktstelle auch als mehrere Einzelbereiche ausgebildet sein.
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Insbesondere liegt die mindestens eine Kontaktstelle vorgespannt an, wobei die Vorspannung durch eine Federelastizität des Metallumformteils umgesetzt ist. Insbesondere ist das Metallumformteil als ein Federteil und/oder aus Federstahl ausgebildet.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kontaktvorrichtung eine Schutzeinrichtung aus Kunststoff aufweist, wobei die Schutzeinrichtung die Kontaktstelle gegen Fremdstoffe schützt. Bei den Fremdstoffen kann es sich um Fremdpartikel, wie zum Beispiel Abriebpartikel, handeln. Alternativ hierzu kann es sich auch fließfähige Fremdstoffe, wie z.B. Öle, insbesondere das eigene Getriebeöl, oder Fette, handeln. Die Schutzeinrichtung ist zwischen dem Metallumformteil und dem anderen Ableitpartner, insbesondere dem Rotorwellenabschnitt, insbesondere derart angeordnet, dass dieses sowohl das Metallumformteil als auch den anderen Ableitpartner, insbesondere den Rotorwellenabschnitt kontaktiert. Prinzipiell kann die Schutzeinrichtung als eine separate Komponente ausgebildet sein oder mit dem anderen Ableitpartner, insbesondere dem Rotorwellenabschnitt verbunden sein. Besonders bevorzugt ist die Schutzeinrichtung jedoch an dem Metallumformteil befestigt. Damit kann die Schutzeinrichtung gemeinsam mit dem Metallumformteil eingesetzt werden. Beispielsweise ist die Schutzeinrichtung auf dem Metallumformteil stoffschlüssig befestigt, insbesondere aufvulkanisiert. Soweit das Metallumformteil, insbesondere in einem Endbereich, mit einer Federkraft gegen den anderen Ableitpartner, insbesondere den Rotorwellenabschnitt beaufschlagt ist, wird auch die Schutzeinrichtung mit der gleichen Federkraft beaufschlagt.
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Vorzugsweise wird der eine Ableitpartner durch den Gehäuseabschnitt und der andere Ableitpartner durch den Rotorwellenabschnitt gebildet. Alternativ hierzu kann der eine Ableitpartner durch den Rotorwellenabschnitt und der andere Ableitpartner durch den Gehäuseabschnitt gebildet sein.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass zum einen die Fremdstoffe zu einer Verschmutzung der Kontaktstelle führen können, die zu einer Verschlechterung des Strompfads führen. Auf der anderen Seite ist es möglich, dass die Kontaktstelle aufgrund von fließfähigen Fremdstoffen, wie zum Beispiel Öle oder Fette, im Betrieb aufgrund der Rotation des Rotorwellenabschnitts aufschwimmt und so der Strompfad verschlechtert wird. Durch den Einsatz einer Schutzeinrichtung zum Schutz der Kontaktstelle gegen die genannten Fremdstoffe wird einer möglichen Verschlechterung des Strompfads entgegengewirkt, so dass das Funktionsverhalten der Kontaktvorrichtung und damit der Rotorwellenanordnung verbessert ist.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schutzeinrichtung die mindestens eine Kontaktstelle durch ein Abstreifen der Fremdstoffe schützt. Diese Abstreiffunktion wird insbesondere umgesetzt, indem die Schutzeinrichtung mindestens einen Schutzabschnitt aufweist, wobei der Schutzabschnitt im Betrieb der Rotorwellenanordnung vorlaufend zu der mindestens einen Kontaktstelle angeordnet ist. Die Funktionsweise ist ähnlich zu einem Scheibenwischer. Im Speziellen ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Schutzabschnitt eine Kontaktfläche des Rotorwellenabschnitts zum Kontakt der Kontaktstelle vorlaufend durch ein Abstreifen reinigt. Auf diese Weise ist ein Schutz der Kontaktstelle gegen Fremdstoffe umgesetzt.
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Alternativ oder ergänzend dichtet die Schutzeinrichtung die mindestens eine Kontaktstelle umlaufend um die Kontaktstelle geschlossen ab. In diesem Fall liegt die Schutzeinrichtung auf dem Rotorwellenabschnitt auf und umschließt in Umlaufrichtung die Kontaktstelle des Metallumformteils und die Kontaktfläche des Rotorwellenabschnitts. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schutzeinrichtung sowohl die Abstreiffunktion als auch die Abdichtfunktion umsetzt.
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Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung liegt die Kontaktstelle des Metallumformteils als in axialer Richtung zu der Hauptachse an dem Rotorwellenabschnitt unmittelbar oder mittelbar über mindestens oder genau ein Zwischenelement an. Insbesondere liegt die Kontaktstelle vorgespannt an.
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Bei einer ersten Alternative ist die mindestens eine Kontaktstelle konzentrisch zu der Hauptachse angeordnet. Bei dieser Alternative ist es besonders bevorzugt, wenn die Schutzeinrichtung die mindestens eine Kontaktstelle umlaufend geschlossen abdichtet. Beispielsweise kann die Schutzeinrichtung einen Schutzring aus Kunststoff aufweisen, welcher die Kontaktstelle umlaufend geschlossen abdichtet. Der Schutzring liegt in axialer Richtung an dem Metallumformteil umlaufend zu der Kontaktstelle an oder ist mit dieser stoffschlüssig verbunden. In axialer Gegenrichtung liegt der Schutzring abdichtend an dem Rotorwellenabschnitt, insbesondere an einer Stirnseite des Rotorwellenabschnitts an, so dass in einem Raum, welcher einerseits durch das Metallumformteil andererseits durch den Rotorwellenabschnitt und radial durch die Schutzeinrichtung, insbesondere den Schutzring, abgedichtet ist, die mindestens eine Kontaktstelle geschützt angeordnet ist.
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Bei einer zweiten Alternative ist die mindestens eine Kontaktstelle exzentrisch zu der Hauptachse angeordnet. An dem Rotorwellenabschnitt ist mindestens eine Ringfläche vorgesehen, wobei die mindestens eine Kontaktstelle in Umlaufrichtung an der Ringfläche vorgespannt abläuft. Bei dieser Alternative kann es zum einen möglich sein, dass die Schutzeinrichtung einen oder sogar zwei Schutzabschnitte aufweist, wobei der oder die Schutzabschnitte in Umlaufrichtung bei zwei Schutzabschnitten auch in Gegenumlaufrichtung vorlaufend angeordnet ist bzw. sind, um die Abstreiffunktion in Umlaufrichtung und optional ergänzend in Gegenumlaufrichtung umzusetzen. Fertigungstechnisch betrachtet kann vorgesehen sein, dass die zwei Schutzabschnitte in einen gemeinsamen Schutzabschnitt umgesetzt sind. Zum anderen kann es möglich sein, dass die Schutzeinrichtung einen Schutzring aufweist, wobei der Schutzring einerseits auf der Ringfläche aufliegt und die mindestens eine Kontaktstelle geschlossen umläuft, so dass die Abdichtfunktion und ergänzend die Abstreiffunktion umgesetzt ist.
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Bei einer weiteren möglichen konstruktiven Ausgestaltung liegt die mindestens eine Kontaktstelle des Metallumformteils in radialer Richtung zu der Hauptachse an dem Rotorwellenabschnitt an. Die Kontaktfläche des Rotorwellenabschnitts ist als eine Zylinderfläche ausgebildet. Dabei kann das Metallumformteil genau eine Kontaktstelle oder auch zwei oder mehr Kontaktstellen aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kann es zum einen möglich sein, dass die Schutzeinrichtung einen oder sogar zwei Schutzabschnitte aufweist, wobei der oder die Schutzabschnitte in Umlaufrichtung bei zwei Schutzabschnitten auch in Gegenumlaufrichtung vorlaufend angeordnet ist bzw. sind, um die Abstreiffunktion in Umlaufrichtung und optional ergänzend in Gegenumlaufrichtung umzusetzen. Fertigungstechnisch betrachtet kann vorgesehen sein, dass die zwei Schutzabschnitte in einen gemeinsamen Schutzabschnitt umgesetzt sind. Zum anderen kann es möglich sein, dass die Schutzeinrichtung einen Schutzring aufweist, wobei der Schutzring einerseits auf der Zylinderfläche aufliegt und die mindestens eine Kontaktstelle geschlossen umläuft, so dass die Abdichtfunktion und ergänzend die Abstreiffunktion umgesetzt ist.
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Zum einen kann vorgesehen sein, dass das Metallumformteil mit einem Befestigungsabschnitt mit dem Gehäuseabschnitt fest verbunden ist. Diese Ausgestaltung des besonders vorteilhaft, wenn das Metallumformteil mit einem einzigen Endbereich dem Gehäuseabschnitt verbunden ist.
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Alternativ hierzu kann das Metallumformteil mit dem Gehäuseabschnitt formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sein. Bei dieser Ausgestaltung kann das Metallumformteil zum Beispiel in dem Gehäuseabschnitt eingeschnappt sein.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird durch einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gebildet. Der elektrische Antrieb weist die Rotorwellenanordnung auf, wie diese zuvor beschrieben wurde.
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Vorzugsweise ist der elektrische Antrieb für ein Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet. Das Fahrzeug ist vorzugsweise als ein Personenkraftwagen, Bus oder Lastkraftwagen ausgebildet. Der elektrische Antrieb weist einen Elektromotorabschnitt auf. In dem Elektromotorabschnitt ist ein Elektromotor, auch als elektrische Maschine zu bezeichnen, angeordnet. Der Elektromotor ist vorzugsweise als ein Asynchronelektromotor, Permanentsynchronmotor oder als ein anderer Motor ausgebildet. Vorzugsweise definiert der Elektromotor die Hauptachse. Der Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf, welche konzentrisch und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Ferner weist der Elektromotorabschnitt eine Rotorwelle auf, wobei die Rotorwelle mit dem Rotor drehfest verbunden ist und wobei die Rotorwelle den Rotorwellenabschnitt aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass die Rotorwelle mit dem Rotor elektrisch verbunden ist. Dies führt dazu, dass bei einem Potenzialunterschied zwischen dem Rotor und einer Umgebungskonstruktion der gleiche Potentialunterschied zwischen der Rotorwelle und der Umgebungskonstruktion vorliegt. Der elektrische Antrieb weist einen Getriebeabschnitt auf, wobei in dem Getriebeabschnitt eine Getriebeeinrichtung angeordnet ist. Die Getriebeeinrichtung kann als eine Kupplungseinrichtung und/oder als eine Schalteinrichtung und/oder als eine Übersetzungseinrichtung ausgebildet sein. Die Rotorwelle ist mit der Getriebeeinrichtung getriebetechnisch verbunden, insbesondere bildet die Rotorwelle eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. sowie aus den beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung mit einer Rotorwellenanordnung als eine Ausführung der Erfindung;
- 2 eine Längsschnittdarstellung der Rotorwellenanordnung aus der 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine Längsschnittdarstellung der Rotorwellenanordnung aus der 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine Längsschnittdarstellung der Rotorwellenanordnung aus der 1 als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine Längsschnittdarstellung der Rotorwellenanordnung aus der 1 als ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 a, b eine axiale Draufsicht und eine Längsschnittdarstellung der Rotorwellenanordnung aus der 1 als ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 7a - e eine axiale Draufsicht der Rotorwellenanordnung aus der 1 als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen elektrischen Antrieb 1 für ein Fahrzeug, nicht dargestellt, als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann das Fahrzeug als ein ein- oder mehrspuriges und/oder als ein ein- oder mehrachsiges Fahrzeug ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Fahrzeug ein reines Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen, Bus oder Lastkraftwagen ausgebildet sein. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch beispielsweise als ein Fahrrad (Pedelec), Motorrad (Elektromotorrad) oder E-Scooter ausgebildet sein.
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Die elektrische Antrieb 1 dient zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines Traktionsmoments, insbesondere eines Haupttraktionsmoments, für das Fahrzeug. Hierzu weist der elektrische Antrieb 1 einen Elektromotorabschnitt 2 auf, welcher einen Elektromotor 3 zur Erzeugung des Traktionsmoments und eine Rotorwelle 4 zur Übertragung des Traktionsmoments aufweist. Der Elektromotor 3 kann mit einer Energieeinrichtung, z.B. eine Batterie oder ein Akku, elektrisch verbunden sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten. Der Elektromotor 3 kann beispielsweise als ein Gleichstrom-, Synchron- oder Asynchronmotor ausgebildet sein.
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Der Elektromotor 3 weist einen Stator 5 und einen Rotor 6 auf. Der Rotor 6 ist mit der Rotorwelle 4 drehfest verbunden. Die Rotorwelle 4 definiert mit ihrer Rotationsachse eine Hauptachse H, wobei der Stator 5 und der Rotor 6 in Bezug auf die Hauptachse H koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind.
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Ferner weist die elektrische Antriebsanordnung 1 einen Getriebeabschnitt 7 auf, welcher zur Übertragung und/oder Übersetzung und/oder Verteilung des Traktionsmoments des Elektromotors 3 dient. Hierzu ist in dem Getriebeabschnitt 7 eine Getriebeeinrichtung 8, nur schematisch angedeutet, angeordnet, wobei die Getriebeeinrichtung 8 eine Kupplungseinrichtung, z.B. eine form- oder reinschlüssige Kupplung, und/oder eine Schalteinrichtung, z.B. ein elektrisch und/ oder hydraulisch betätigbarer Schaltzylinder, und/oder eine Übersetzungseinrichtung, z.B. ein Planeten- und/oder Stufenradgetriebe, umfassen kann. Der Elektromotorabschnitt 2 und der Getriebeabschnitt 7 sind über die Rotorwelle 4 getriebetechnisch miteinander verbunden, wobei die Rotorwelle 4 eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung 8 bildet. Über eine Ausgangswelle 9 kann das Traktionsmoment beispielsweise an ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs weitergegeben werden.
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Des Weiteren weist die elektrische Antriebsanordnung 1 einen Trennabschnitt 10 auf, welcher einen Motorraum des Elektromotorabschnitts 2 von einem angrenzenden Getrieberaum des Getriebeabschnitts 7 trennt. Der Trennabschnitt 10 ist hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen dem Elektromotorabschnitt 2 und dem Getriebeabschnitt 7 angeordnet. Beispielsweise kann der Motorraum ein Trockenbereich und der angrenzende Getrieberaum ein weiterer Trockenbereich oder ein Ölbereich sein, wobei der Trennabschnitt 10 eine schmutzdichte und gegebenenfalls eine öldichte Abtrennung zwischen dem Elektromotorabschnitt 2 und dem Getriebeabschnitt 7 bildet. Es ist auch möglich, dass der Motorraum ein Nassraum ist.
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Der Elektromotor 3 bzw. der elektrische Antrieb 1 weist ein Gehäuse 11 auf, wobei der Stator 5 und der Rotor 6 in dem Gehäuse 11 angeordnet sind. Optional ergänzend ist die Getriebeeinrichtung 8 bzw. der Getriebeabschnitt 7 ebenfalls in dem Gehäuse 11 angeordnet. Das Gehäuse 11 ist auf einer getriebeabgewandten Seite mit einer Gehäuseabschnitt 12 abgeschlossen, so dass der Gehäuseabschnitt 12 einen Gehäuseinnenraum des Gehäuses 11 begrenzt. Der Gehäuseabschnitt 12 kann einen Deckel und/oder ein Lagerschild aufweisen.
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Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 4 weist der Elektromotorabschnitt 2 eine Lagereinrichtung 13 und eine weitere Lagereinrichtung 14 auf, wobei die Rotorwelle 4 über die Lagereinrichtungen 13, 14 in radialer Richtung abgestützt sind. Die Lagereinrichtungen 13, 14 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als ein Kugellager, insbesondere als ein Rillenkugellager ausgebildet.
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Die Lagereinrichtung 13 ist in dem Gehäuseabschnitt 12 angeordnet, wobei der Gehäuseabschnitt lösbar oder unlösbar an dem Gehäuse 11 befestigt ist.
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In einem Motorbetrieb des Elektromotors 3 können Entladungsströme verursacht werden, welche sich über die Lagereinrichtungen 13, 14 entladen und die Lagereinrichtungen 13, 14 beschädigen können. Zur Ableitung weist die elektrische Antriebsanordnung 1 eine Kontaktvorrichtung 15 auf, welche zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder elektrischen Spannung ausgehend von dem Rotor 6 über die Rotorwelle 4 als ein erster Ableitpartner zu einem zweiten Ableitpartner dient.
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Der zweite Ableitpartner bildet gegenüber dem ersten Ableitpartner, also der Rotorwelle 4, einen stationären Ableitpartner. Der zweite Ableitpartner ist durch den Gehäuseabschnitt 12 gebildet. Die Kontaktvorrichtung 15 bildet damit eine elektrische Verbindung zwischen der Rotorwelle 4 und dem Gehäuse 11. Dabei ist das Gehäuse 11 mit Masse verbunden und/oder geerdet, sodass die Rotorwelle 4 über die Kontaktvorrichtung 15 geerdet wird.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ableitvorrichtung 15 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H an einem Rotorwellenabschnitt 16 am freien Ende der Rotorwelle 4 angeordnet. Somit ist die Kontaktvorrichtung 15 in Bezug auf die Lagereinrichtung 13 auf der getriebeabgewandten Seite angeordnet. Die Kontaktvorrichtung 15 ist ein Teil von einem Strompfad S, der von dem Rotorwellenabschnitt 16 zu dem Gehäuseabschnitt 12 führt und eine leitende Verbindung bildet.
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Die 2 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Rotorwellenanordnung 17, ausgebildet als ein Teilbereich des elektrischen Antriebs 1 der vorhergehenden Figur. Die Rotorwellenanordnung 17 umfasst den Rotorwellenabschnitt 16, den Gehäuseabschnitt 12 sowie die Kontaktvorrichtung 15 und ist in dem elektrischen Antrieb 1 integriert. Es sind wieder der Elektromotor 3 mit dem Stator 5 und dem Rotor 6 sowie das Gehäuse 11 zu erkennen. Genauer dargestellt ist der Gehäuseabschnitt 12, welcher als ein Lagerschild ausgebildet ist, welches axial auf dem Gehäuse 11 sitzt. Der Gehäuseabschnitt 12 weist einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme der Lagereinrichtung 13 auf. Bevorzugt wird die Lagereinrichtung 13 als eine Loslagerung gehalten. Ferner weist der Gehäuseabschnitt 12 einen Verbindungsabschnitt auf, wobei der Verbindungsabschnitt zur leitenden Verbindung mit dem Gehäuse 11 dient. Bei alternativen Ausgestaltungen ist der Gehäuseabschnitt für die Kontaktvorrichtung 15 an der weiteren Lagereinrichtung 14 oder an dem gegenüberliegenden Ende der Rotorwelle 4 angeordnet.
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Die Kontaktvorrichtung 15 weist ein Metallumformteil 18 auf, wobei das Metallumformteil 18 stationär relativ zu dem Gehäuseabschnitt 12 festgelegt ist. Das Metallumformteil 18 ist als ein Metallbiegeteil aus einem Blechhalbzeug gefertigt und ist mit einem freien Endabschnitt 19 a einseitig an dem Gehäuseabschnitt 12 außermittig befestigt. Insbesondere ist das Metallumformteil 18 als eine Federzunge ausgebildet. An dem anderen freien Endabschnitt 19b weist das Metallumformteil 18 eine Kontaktstelle 20 auf, wobei der Strompfad S von dem Gehäuseabschnitt 12 über das Metallumformteil 18, über die Kontaktstelle 20 in Richtung des Rotorwellenabschnitts 16 geführt ist. Eine Kugel 21 bildet ein Zwischenelement und ist koaxial auf dem Rotorwellenabschnitt 16 angeordnet und durch eine axiale Bohrung 22 formschlüssig in radialer Richtung zu der Hauptachse H festgelegt. Die Kugel 21 kann wahlweise der Kontaktvorrichtung 15 oder dem Rotorwellenabschnitt 16 zugeordnet werden. Die Kontaktstelle 20 ist konzentrisch zu der Hauptachse H angeordnet und kontaktiert die Kugel 21 elektrisch, so dass der Strompfad S von dem Metallumformteil 18 über die Kugel 21 zu dem Rotorwellenabschnitt 16 geleitet wird. Statt der Kugel 21 kann auch ein anderes Zwischenelement verwendet werden. Das Metallumformteil 18 ist elastisch und/oder federnd gegen den Rotorwellenabschnitt 16 und damit gegen die Kugel 21 vorgespannt, so dass diese in axialer Richtung kraftschlüssig und/oder formschlüssig fixiert ist.
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Die Kontaktvorrichtung 15 weist eine Schutzeinrichtung 23 auf, welche einen Schutzring 24 umfasst, welcher aus Kunststoff ausgebildet ist. Der Schutzring 24 ist an dem Metallumformteil 18 stoffschlüssig befestigt und koaxial und/oder konzentrisch zu der Kontaktstelle 20 und/oder zu der Kugel 21 angeordnet. Der Schutzring 24 liegt dichtend auf einer axialen Stirnfläche des Rotorwellenabschnitts 16 auf, so dass ein Raum abgedichtet ist, in dem der Kontaktbereich zwischen der Kontaktstelle 20 und der Kugel 21 angeordnet ist. Damit setzt die Schutzeinrichtung 21 eine Schutzfunktion, ausgebildet als Abdichtfunktion für die Kontaktstelle 20 um, so dass keine Fremdstoffe zu der Kontaktstelle 20 gelangen können.
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Die 3 zeigt in der gleichen Darstellung wie die 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. Für die übereinstimmenden Merkmale wird auf die Beschreibung der vorhergehenden Figur verwiesen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auf die Kugel 21 (und damit auch auf die Bohrung 22) verzichtet, wobei das Metallumformteil 18 abweichend ausgebildet ist. Das Metallumformteil 18 ist mit dem freien Endabschnitt 19a an dem Gehäuseabschnitt 12 einseitig und außermittig befestigt und bildet eine Federzunge. Die Kontaktstelle 20 liegt konzentrisch und/oder koaxial, unmittelbar auf einer axialen Stirnseite des Rotorwellenabschnitts 16 kontaktierend auf, so dass der Strompfad S von dem Gehäuseabschnitt 12 über das Metallumformteil 18 unmittelbar zu dem Rotorwellenabschnitt 16 geführt ist.
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Die Schutzeinrichtung 23 weist den Schutzring 24 auf, welcher koaxial zu der Kontaktstelle 20 angeordnet und mit dem Metallumformteil 18 zum Beispiel stoffschlüssig verbunden ist. Der Schutzring 24 liegt dichtend auf der axialen Stirnfläche des Rotorwellenabschnitts 16 auf, so dass ein Raum abgedichtet ist, in dem der Kontaktbereich zwischen der Kontaktstelle 20 und dem Rotorwellenabschnitt 16 angeordnet ist. Damit setzt die Schutzeinrichtung 21 eine Schutzfunktion, ausgebildet als Abdichtfunktion für die Kontaktstelle 20 um, so dass keine Fremdstoffe zu der Kontaktstelle 20 gelangen können.
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Die 4 zeigt in der gleichen Darstellung wie die 2 und 3 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. Für die übereinstimmenden Merkmale wird auf die Beschreibung der vorhergehenden Figuren verwiesen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Metallumformteil 18 als eine Federklammer ausgebildet, welche einseitig über den einen Endabschnitt 19 a an dem Gehäuseabschnitt 12 mittig befestigt ist. Der andere Endabschnitt 19 b weist die Kontaktstelle 20 auf, welche unmittelbar auf der axialen Stirnseite des Rotorwellenabschnitts 16 kontaktierend und koaxial und/oder konzentrisch aufliegt. Der Strompfad S ist von dem Gehäuseabschnitt 12 über das Metallumformteil 18 unmittelbar zu dem Rotorwellenabschnitt 16 geführt.
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Die Schutzeinrichtung 23 weist den Schutzring 24 auf, welcher koaxial zu der Kontaktstelle 20 angeordnet und mit dem Metallumformteil 18 zum Beispiel stoffschlüssig verbunden ist. Der Schutzring 24 liegt dichtend auf der axialen Stirnfläche des Rotorwellenabschnitts 16 auf, so dass ein Raum abgedichtet ist, in dem der Kontaktbereich zwischen der Kontaktstelle 20 und dem Rotorwellenabschnitt 16 angeordnet ist. Damit setzt die Schutzeinrichtung 21 eine Schutzfunktion, ausgebildet als Abdichtfunktion für die Kontaktstelle 20 um, so dass keine Fremdstoffe zu der Kontaktstelle 20 gelangen können.
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In der 5 ist in der gleichen Darstellung wie in den 2 bis 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Für die übereinstimmenden Merkmale wird auf die Beschreibung der vorhergehenden Figuren verwiesen. Das Metallumformteil 18 ist beispielsweise als eine Federzunge ausgebildet und mit beiden freien Endabschnitt 19 a, b jeweils außermittig an dem Gehäuseabschnitt 12 entweder befestigt oder formschlüssig gehalten. Beispielsweise kann das Metallumformteil 18 in den Gehäuseabschnitt 12 eingeschnappt sein. Die Kontaktstelle 20 befindet sich in einem Mittelabschnitt 19 c des Metallumformteils und ist koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptachse H angeordnet. Der Strompfad S läuft vom Gehäuseabschnitt 12 über das Metallumformteil 18 zu dem Rotorwellenabschnitt 16. Das Metallumformteil 18 ist wie in den vorhergehenden Figuren elastisch und/oder federnd gegen den Rotorwellenabschnitt 16 vorgespannt.
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Die Schutzeinrichtung 23 weist den Schutzring 24 auf, welcher koaxial zu der Kontaktstelle 20 angeordnet und mit dem Metallumformteil 18 zum Beispiel stoffschlüssig verbunden ist. Der Schutzring 24 liegt dichtend auf der axialen Stirnfläche des Rotorwellenabschnitts 16 auf, so dass ein Raum abgedichtet ist, in dem der Kontaktbereich zwischen der Kontaktstelle 20 und dem Rotorwellenabschnitt 16 angeordnet ist. Damit setzt die Schutzeinrichtung 21 eine Schutzfunktion, ausgebildet als Abdichtfunktion für die Kontaktstelle 20 um, so dass keine Fremdstoffe zu der Kontaktstelle 20 gelangen können.
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Die 6a, b zeigen eine axiale Draufsicht bzw. einen schematischen Längsschnitt durch die Rotorwellenanordnung 17 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Darstellung ist der Rotorwellenabschnitt 16 gezeigt, auf dem ein Wellenabsatz 25 angeformt ist. Der Gehäuseabschnitt 12 weist einen Ringabschnitt 26, wobei der Wellenabsatz 25 und der Ringabschnitt 26 koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind, so dass sich zwischen diesen ein Ringspalt 27 ergibt. Auf einer axialen Stirnseite des Ringabschnitts 26 ist das Metallumformteil 18 einseitig mit seinem freien Endabschnitt 19 a außermittig befestigt. Das Metallumformteil 18 erstreckt sich in radialer Richtung nach innen und liegt mit seinem anderen freien Endabschnitt 19 b kontaktierend an dem Wellenabsatz 25 mit seiner Kontaktstelle 20 an. Das Metallumformteil 18 ist als eine Federzunge ausgebildet, so dass das Metallumformteil 18, insbesondere die Kontaktstelle 20, mit Federspannung an dem Wellenabsatz 25 anliegt. Damit verläuft der Strompfad S von dem Gehäuseabschnitt 12 über den Ringabschnitt 26, über das Metallumformteil 18, über die Kontaktstelle 20 auf den Wellenabsatz 25 zu dem Rotorwellenabschnitt 16.
Die Kontaktvorrichtung 15 weist eine Schutzeinrichtung 23 auf, wobei die Schutzeinrichtung 23 durch zwei Schutzabschnitte 28 a, b gebildet ist. Die Schutzabschnitte 28 a, b sind jeweils aus Kunststoff und sind an dem Metallumformteil 18 befestigt. Einer der Schutzabschnitte 28 a liegt in Umlaufrichtung, der andere Schutzabschnitt 28 b liegt in Gegenumlaufrichtung vorlaufend zu der Kontaktstelle 20 auf einer axialen Stirnfläche, in diesem Fall auf der axialen Stirnfläche vom Wellenabsatz 25 auf. Die Schutzabschnitte 28 a, b nehmen eine Abstreiffunktion ein, so dass der Schutzabschnitt 28 a vorlaufend in Umlaufrichtung die axiale Stirnfläche abstreift und dadurch reinigt und so dass der Schutzabschnitt 28 b vorlaufend in Gegenumlaufrichtung die axiale Stirnfläche abstreift und dadurch reinigt. Dadurch setzt die Schutzeinrichtung 23 eine Abstreiffunktion sogar in beide Umlaufrichtungen um, so dass keine Fremdstoffe zu der Kontaktstelle 20 gelangen können. Bei abgewandelten Ausführungsbeispielen können die zwei Schutzabschnitte 28 a, b miteinander verbunden sein, so dass diese mechanisch stabiler sind. Bei wieder anderen abgewandelten Ausführungsbeispielen können statt der Schutzabschnitte 28 a, b ein Schutzring 24 vorgesehen sein, so dass sowohl eine Abstreiffunktion als auch eine Dichtfunktion umgesetzt ist.
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Die 7a bis 7e zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei die Rotorwellenanordnung 17 in gleicher Weise dargestellt ist wie in der 6a. Somit wird auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen. In den genannten Figuren ist das Metallumformteil 18 als eine Federklammer ausgebildet, welche in dem Ringspalt 27 angeordnet ist und sich in radialer Richtung zum einen gegen den Ringabschnitt 26 und damit den Gehäuseabschnitt 12 und zum anderen gegen den Wellenabsatz 25 und damit den Rotorwellenabschnitt 16 abstützt. Das Metallumformteil 18 kann an dem Gehäuseabschnitt 12 befestigt sein, oftmals ist es jedoch ausreichend, nur eine formschlüssige Fixierung des Metallumformteils 18 in Umlaufrichtung in dem Gehäuseabschnitt 12 einzubringen. Das Metallumformteil 18 wird als Federklammer in einfacher Weise eingeschnappt.
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In der 7a stützt sich das Metallumformteil 18 mit den beiden freien Endabschnitten 19 a, b gegen den Rotorwellenabschnitt 16 und/oder den Wellenabsatz 25, so dass zwei Kontaktstellen 20 vorhanden sind. Das Metallumformteil 18 ist in der gezeigten axialen Draufsicht V-förmig ausgebildet. Ein Zwischenwinkel zwischen den 2 Kontaktstellen 20 beträgt zwischen 20° und 45°.
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In der 7 b ist das gleiche Metallumformteil 18 gezeigt.
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In der 7c stützt sich das Metallumformteil 18 in gleicher Weise wie in der 7a, b ab, jedoch beträgt der Zwischenwinkel 180°. In der 7d sind zwei Metallumformteile 18 wie in der 7c, jedoch um 180° versetzt angeordnet.
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In der 7 e liegen die freien Endabschnitte 19 a, b in radialer Richtung an dem Ringabschnitt 26 an, so dass nur eine Kontaktstelle 20 in dem Mittelabschnitt 19 c vorhanden ist, welche an dem Rotorwellenabschnitt 16 kontaktierend anliegt.
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Jede der Kontaktvorrichtung in 15 in den 7a bis 7d weist eine Schutzeinrichtung 23 zum Schutz der Kontaktstelle 20 gegen Fremdstoffe auf. Bei möglichen Ausführungsbeispielen weisen die Schutzeinrichtungen 23 für jede Kontaktstelle 20 einen Schutzring 24 auf, welcher gleitend auf dem Wellenabsatz 25 auf liegen und mit dem jeweiligen Metallumformteil 18 stoffschlüssig verbunden sind, so dass sich ein abgeschlossener Raum für die Kontaktstelle 20 bildet. Die Schutzeinrichtung 23 nimmt damit eine Dichtfunktion und zugleich eine Abstreiffunktion ein. Es ist auch denkbar, dass - wie es in der 7b gezeigt ist - der Schutzring 24 beide Kontaktstellen 20 einschließt. Es ist möglich, dass bei sämtlich genannten Ausführungsbeispielen der Schutzring 24 kreisrund ausgebildet ist, alternativ hierzu weist dieser eine Freiform auf, welche umlaufend geschlossen ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass für jede der Kontaktstellen 20 mindestens ein Schutzabschnitt 28a, b vorgesehen ist, welcher vorlaufend zu der jeweiligen Kontaktstelle 20 angeordnet ist und eine Abstreiffunktion einnimmt.
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Der elektrische Antrieb 1 weist einen Elektromotor 3 als eine E-Maschine auf, welche z.B. über einen Wechselrichter betrieben wird, z.B. eine PSM oder ASM, bestehend aus Stator 5 und Rotor 6. Der Stator 5 ist in ein Gehäuse 11 integriert. Im Gehäuse 11 befinden sich Lager 13,14, welche die Rotorwelle 4, auf der sich der Rotor 6 befindet halten. Das Stromleitelement ausgebildet als Metallumformteil 18 ist, wie in den Figuren gezeigt, im System so integriert, dass es parasitäre Strömen vom Gehäuse 11 oder von einem mit dem Gehäuse 11 in Berührung stehendem Element (z.B. Flansch, Deckel, Außenring Lager) auf die Rotorwelle 4 bzw. einem mit der Rotorwelle 4 in Berührung stehendem Element (Innenring Lager) ableitet. Das Metallumformteil 18 bildet damit ein Stromleitelement um dessen Kontaktstelle 20 sich als Schutzeinrichtung 23 ein Stoff mit einer dichtenden und/oder abstreifenden Wirkung verkörpert als Schutzabschnitt 28 a, b oder Schutzring 24 befindet. Der entsprechende Dichtstoff kann fest mit dem Stromleitelement verbunden, zum Beispiel aufvulkanisiert sein. Der Dichtstoff ist so ausgeformt, dass er in eine oder beide Umfangsrichtungen eine mögliche, sich auf dem Rotorwellenabschnitt 16 befindliche Flüssigkeit abstreift. Der Dichtstoff befindet sich mindestens teil- bis vollumfänglich um die Kontaktstelle 20, so dass dieser abstreifend und gegebenenfalls abdichtend wirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Antrieb
- 2
- Elektromotorabschnitt
- 3
- Elektromotor
- 4
- Rotorwelle
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Getriebeabschnitt
- 8
- Getriebeeinrichtung
- 9
- Ausgangswelle
- 10
- Trennabschnitt
- 11
- Gehäuse
- 12
- Gehäuseabschnitt
- 13
- Lagereinrichtung
- 14
- weitere Lagereinrichtung
- 15
- Kontaktvorrichtung
- 16
- Rotorwellenabschnitt
- 17
- Rotorwellenanordnung
- 18
- Metallumformteil
- 19a, b
- Endabschnitte
- 19c
- Mittelabschnitt
- 20
- Kontaktstelle
- 21
- Kugel
- 22
- Bohrung
- 23
- Schutzeinrichtung
- 24
- Schutzring
- 25
- Wellenabsatz
- 26
- Ringabschnitt
- 27
- Ringspalt
- 28a, b
- Schutzabschnitte
- H
- Hauptachse
- S
- Strompfad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016205049 A1 [0004]
