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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Antriebsstranges eines elektrischen oder hybriden Kraftfahrzeugs, umfassend eine Drehwelle, ein Gehäuse, sowie ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn sowie der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring abwälzend gelagert sind, wobei der Innenring drehfest mit der Drehwelle und der Außenring drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die Wälzlageranordnung ferner ein Potentialausgleichswälzlager aufweist, welches den Außenring mit dem Innenring stromleitend verbindet, wobei das Potentialausgleichswälzlager einen Potentialausgleichswälzlagerinnenring, einen Potentialausgleichswälzlagerau-ßenring und Potentialausgleichswälzkörpern, welche abwälzend zwischen dem Potentialausgleichswälzlagerinnenring und dem Potentialausgleichswälzlageraußenring gelagert sind.
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Beim Einsatz von Wälzlagern z.B. in bzw. an elektrischen Maschinen oder innerhalb eines hybridisierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, kann es zu einem Stromdurchgang kommen. Die Schaltimpulse von Umrichtern führen beispielsweise zum Aufbau einer Spannung zwischen den Lagerringen von Wälzlagern. Diese Spannung wird durch Durchschläge immer wieder abgebaut. Unter ungünstigen Bedingungen kommt es infolge dessen zu Stromdurchgangsschäden an Laufbahnen und Wälzkörpern. Somit besteht die Gefahr eines vorzeitigen und unerwarteten Ausfalls des Lagers und damit der gesamten elektrischen Maschine. Neben dem erhöhten Wartungsaufwand entstehen durch den Stillstand der Maschine zusätzliche Kosten.
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Aus dem Stand der Technik sind ström isolierte Wälzlager bekannt, die schädliche Lagerströme unterbinden sollen. So werden beispielsweise Wälzlager mit einer Keramikisolierung am Außen- oder Innenring eingesetzt. Stromisolierte Wälzlager sind jedoch vergleichsweise teuer und werden daher nicht allzu häufig eingesetzt.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe der Erfindung eine Wälzlageranordnung mit einem verbesserten Schutz vor schädlichen Lagerströmen bereitzustellen. Es ist insbesondere auch die Aufgabe der Erfindung, eine Wälzlageranordnung bereitzustellen, die einen Schutz vor schädlichen Lagerströmen in einer nasslaufenden Wälzlageranordnung realisiert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Antriebsstranges eines elektrischen oder hybriden Kraftfahrzeugs, umfassend eine Drehwelle, ein Gehäuse, sowie ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn sowie der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring abwälzend gelagert sind, wobei der Innenring drehfest mit der Drehwelle und der Außenring drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die Wälzlageranordnung ferner ein Potentialausgleichswälzlager aufweist, welches den Außenring mit dem Innenring stromleitend verbindet, wobei das Potentialausgleichswälzlager einen Potentialausgleichswälzlagerinnenring, einen Potentialausgleichswälzlageraußenring und Potentialausgleichswälzkörpern, welche abwälzend zwischen dem Potentialausgleichswälzlagerinnenring und dem Potentialausgleichswälzlageraußenring gelagert sind, umfasst wobei der Potentialausgleichswälzlagerinnenring sich zumindest in axialer Richtung federelastisch und bevorzugt drehfest sowie vom Außenring des Wälzlagers beabstandet gegen das Gehäuse abstützt, während der Potentialausgleichswälzlageraußenring drehfest mit der Drehwelle und/oder dem Innenring des Wälzlagers verbunden ist oder der Potentialausgleichswälzlageraußenring sich zumindest in axialer Richtung federelastisch und bevorzugt drehfest sowie vom Außenring des Wälzlagers beabstandet gegen das Gehäuse abstützt, während der Potentialausgleichswälzlagerinnenring drehfest mit der Drehwelle und/oder dem Innenring des Wälzlagers verbunden ist
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Durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung kann eine hohe Sicherheit gegen unkontrollierte Stromübergänge in dem Wälzlager gewährleistet werden. Dadurch, dass das Potentialausgleichswälzlager nicht in dem Wälzlager angeordnet ist, eignet sich die vorgeschlagene Wälzlageranordnung insbesondere auch zum Nachrüsten bereits verbauter Wälzlager. Der federelastische Potentialausgleichswälzlagerinnenring hat darüber hinaus den Vorteil, dass selbst bei beispielsweise spiel- oder verschleißbedingten Bauteilverlagerungen innerhalb der Wälzlageranordnung, der Potentialausgleich zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers durch eine federkraftbedingte Nachstellwirkung erhalten bleibt. Durch den federelastischen Potentialausgleichswälzlagerinnenring ist es ebenfalls möglich, das Potentialausgleichswälzlager anzustellen.
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Die axiale Anstellung des Potentialausgleichswälzlagers hat gegenüber einer radialen Anstellung den Vorteil, dass sich üblicherweise alle Potentialausgleichswälzkörper im kontaktierendem Eingriff mit den entsprechenden Laufbahnen befinden. Darüber hinaus weist die axiale Anstellung den Vorteil auf, dass axial angestellte Wälzlager insbesondere bei hohen Drehzahlen ein besseres dynamisches Verhalten aufweisen, was u.a. auch durch den besseren Eingriff der Wälzkörper begründet ist. Hierdurch ergibt sich auch eine deutlich bessere Widerstandsfähigkeit gegen Stromdurchgangsschäden.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu ermöglichen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung und/oder Lagerung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen.
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Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers abrollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering.
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Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Bei einem Axialwälzlager übertragen die Wälzkörper die auf das Axialwälzlager wirkenden Kräfte zwischen den Laufscheiben. Rollenförmige Wälzkörper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet.
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Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen.
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Wälzkörper können in einem Käfig oder durch Wälzkörperdistanzstücke geführt und voneinander beabstandet sein. Es ist grundsätzlich auch denkbar, ein käfigloses Wälzlager auszubilden, welches auch als vollrolliges Wälzlager bezeichnet wird. Bei vollrolligen Wälzlagern können sich benachbarte Wälzkörper kontaktieren.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung ist insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Antriebsstranges eines elektrischen oder hybriden Kraftfahrzeugs geeignet und vorgesehen.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen. Ein Hybridelektrokraftfahrzeug, auch als Hybrid Electric Vehicle (HEV) bezeichnet, ist ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akku) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht.
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Im Sinne dieser Anmeldung werden unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.
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Elektrische Maschinen im Sinne dieser Anmeldung dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Die elektrische Maschine kann trocken- oder nasslaufend ausgeführt sein.
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Ein Potentialausgleichswälzlager hat die Funktion, einen stromleitenden Pfad zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers bereitzustellen. Ein Potentialausgleichswälzlager wird gelegentlich auch als Opferlager bezeichnet. Hierzu ist es nicht zwingend notwendig, dass ein Potentialausgleichswälzlager das Wälzlager direkt kontaktiert. Es können im Strompfad auch weitere elektrisch leitende Bauelemente, wie beispielsweise das Gehäuse in dem das Wälzlager angeordnet ist oder die Drehwelle, die das Wälzlager lagert, vorhanden sein.
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Hierzu sind zwischen einem Potentialausgleichswälzlagerinnenring und einem Potentialausgleichswälzlageraußenring des Potentialausgleichswälzlager abrollende Potentialausgleichswälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Potentialausgleichswälzlagerinnenring, Potentialausgleichswälzlageraußenring und den Potentialausgleichswälzkörpern tritt innerhalb des Potentialausgleichswälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Potentialausgleichswälzkörper im Potentialausgleichswälzlagerinnen- und -außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Potentialausgleichswälzlager relativ gering.
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Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Potentialausgleichswälzlager als ein Schrägkugellager ausgeführt ist. Es ist ganz besonders bevorzugt, dass das Schrägkugellager axial angestellt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Potentialausgleichswälzlagerinnenring eine Mehrzahl von radial verlaufenden Federzungen aufweist, welche sich federelastisch gegen das Gehäuse abstützen. Hierdurch kann eine konstruktiv einfache wie flexibel konstruktiv anpassbare federelastische Wirkung des Potentialausgleichswälzlagerinnenrings realisiert werden, wobei hierdurch insbesondere auch auf die Verwendung eines separaten Federelements verzichtet werden kann. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es jedoch auch möglich, dass das Potentialausgleichswälzlager ein separates Federelement aufweist, mittels dessen der Potentialausgleichswälzlagerinnenring zumindest in axialer Richtung gegen den Potentialausgleichswälzlageraußenring federkraftbeauflagt angeordnet ist. Die Verwendung eines separaten Federelements kann insbesondere dann notwendig sein, wenn die federelastische Wirkung des Potentialausgleichswälzlagerinnenrings allein nicht ausreichend ist. Das Federelement kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Biegefedern, hier insbesondere Blattfedern und/oder Drahtfedern, Torsionsfedern, hier insbesondere Stabfedern und/oder Schraubenfedern, Tellerfedern, Evolutfedern, Ringfedern, Membranfedern und/oder Gummifedern.
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Der Potentialausgleichswälzlagerinnenring stützt sich bevorzugt und in vorteilhafter Weise drehfest gegen das Lagergehäuse ab, so dass es zu keinem Verschleiß und/oder Wärmeentwicklung zwischen dem Potentialausgleichswälzlagerinnenring und dem Lagergehäuse aufgrund einer relativen Drehbewegung dieser Bauteile zueinander kommt. Grundsätzlich wäre es aber auch denkbar, dass sich der Potentialausgleichswälzlagerinnenring drehbar gegenüber dem Lagergehäuse an diesem abstützt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass zumindest die miteinander in Kontakt stehenden Abschnitte von Potentialausgleichswälzlagerinnenring und Lagergehäuse gehärtet oder mit einer Beschichtung versehen sind, die die Reibung und den Verschleiß zwischen den sich bewegenden Bauteilen reduzieren.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass die Drehwelle als Rotor einer elektrischen Maschine ausgebildet ist.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der Potentialausgleichswälzlageraußenring monolithisch mit dem Innenring des Wälzlagers ausgebildet ist. Hierdurch kann auf die Verwendung eines separaten Potentialausgleichswälzlageraußenring verzichtet werden, wodurch sich ein besonders kostengünstiger Aufbau des Potentialausgleichswälzlagers ergibt. Ferner lässt sich hierdurch ein in radialer Richtung betrachtet besonders kompakter Aufbau der Wälzlageranordnung realisieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass die Drehwelle als Hohlwelle ausgebildet und der Potentialausgleichswälzlageraußenring innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Drehwelle angeordnet ist, wodurch sich ein in axialer Richtung sehr kompakter Aufbau der Wälzlageranordnung ausbilden lässt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Potentialausgleichswälzlageraußenring eine Laufbahn für die Potentialausgleichswälzkörper aufweist, welche in radialer Richtung unterhalb der Innenringlaufbahn des Wälzlagers angeordnet ist. Durch den kleineren Lagerdurchmesser des Potentialausgleichswälzlager sind u.a. auch die Schmierfilmdicken zwischen den sich bewegenden Bauteilen des Potentialausgleichswälzlagers kleiner, als die in dem Wälzlager (Hauptlager). Daher ist beispielsweise auch eine Schmierung des Potentialausgleichswälzlagers mit demselben Schmieröl der nass laufenden elektrischen Maschine denkbar.
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Es kann des Weiteren daher vorteilhaft sein, dass das Potentialausgleichswälzlager zumindest zeitweise nasslaufend ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Lagerwelle als Rotor einer nasslaufenden elektrischen Maschine ausgeführt ist und Potentialausgleichswälzlager dem entsprechenden hydraulischen Schmier- und/oder Kühlmedium ausgesetzt ist. Bei dem hydraulischen Schnier. Und/oder Kühlmedium kann es sich beispielsweise um ein Getriebeöl oder einen Kühlschmierstoff auf Ölbasis, Wasserbasis oder um eine Emulsion handeln.
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Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass das Potentialausgleichswälzlager ein Schmierfett aufweist, dass zwischen dem Potentialausgleichswälzlagerinnenring und dem Potentialausgleichswälzlageraußenring zur Schmierung der entsprechenden Laufbahnen angeordnet ist.
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Auch wenn in den Ausführungsbeispielen nicht explizit gezeigt, so ist es natürlich auch denkbar, dass das Potentialausgleichswälzlager über Dichtungen verfügen kann, um das Innere des Potentialausgleichswälzlagers vor Eintritt von Schmutz und/oder Schmierstoffen zu schützen und/oder vor dem Austritt von Schmiermittel/Schmierfett aus dem Inneren des Potentialausgleichswälzlagers.
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Bevorzugt ist ein Schmierfett für das Potentialausgleichswälzlager elektrisch leitend ausgebildet.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass das Wälzlager einen ersten Teilkreisdurchmesser TKD1 und das Potentialausgleichswälzlager einen zweiten Teilkreisdurchmesser TKD2 aufweist, wobei das Verhältnis von TKD1/TKD2 zwischen 1,5-5, bevorzugt zwischen 1,8-3, insbesondere bevorzugt zwischen 2-2,5 gewählt ist. Innerhalb dieser Parameterbereiche stellt sich ein besonders günstiger und betriebssicherer Potentialabbau zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers ein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 einer erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht
- 2 einer zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht
- 3 einer dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 4 eine Detailansicht eines Potentialausgleichswälzlagerinnenrings, und
- 5 einer vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht.
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Die 1 zeigt eine erste Wälzlageranordnung 1, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Antriebsstranges eines elektrisch oder hybriden Kraftfahrzeugs. Die Wälzlageranordnung 1 umfasst eine Drehwelle 2, ein Gehäuse 3, sowie ein in dem Gehäuse 4 angeordneten Wälzlager 4.
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Das Wälzlager 4 besitzt einen Innenring 5, einen Außenring 6 und Wälzkörper 7. Der Innenring 5 weist eine Innenringlaufbahn 8 sowie der Außenring 6 eine Außenringlaufbahn 9 auf. Die als Lagerkugeln ausgeformten Wälzkörper 7 sind zwischen Innenring 5 und Außenring 6 abwälzend gelagert. Der Innenring 5 ist drehfest mit der Drehwelle 2 und der Außenring 6 drehfest mit dem Gehäuse 3 verbunden, so dass die Drehwelle 2 innerhalb des Wälzlagers 4 drehbar gegenüber dem Gehäuse 3 gelagert ist. In dem gezeigten Beispiel ist das Wälzlager 4 als ein Rillenkugellager ausgestaltet.
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Die Wälzlageranordnung 1 weist ferner ein Potentialausgleichswälzlager 10 auf, welches den Außenring 6 mit dem Innenring 5 stromleitend verbindet. Hierzu überbrückt das Potentialausgleichswälzlager 10 den Strompfad zwischen der Drehwelle 2 und dem Gehäuse 3. Es versteht sich, dass die Bauelemente längs dieses Strompfades elektrisch leitfähig sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 weist das Potentialausgleichswälzlager 10 daher keinen direkten Kontakt mit dem Wälzlager 4 auf.
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Das Potentialausgleichswälzlager 10 ist gebildet aus einem Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11, einem Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 und Potentialausgleichswälzkörpern 13, welche abwälzend zwischen wobei dem Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 und dem Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 gelagert sind. Der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 besitzt eine Laufbahn für die Potentialausgleichswälzkörper 13, welche sich in radialer Richtung unterhalb der Laufbahn 18 des Potentialausgleichswälzlageraußenrings 12 befindet. Die Laufbahn des Potentialausgleichswälzlagerinnenrings 11 wird in dem gezeigten Beispiel durch einen abgewinkelten Ringabschnitt gebildet. Dieser abgewinkelte Ringabschnitt an dem lagerseitigen distalen Ende des Potentialausgleichswälzlagerinnenrings 11 ist so ausgestaltet, dass die Laufbahn in etwa orthogonal zu der Federkraftnormalen verläuft, die der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 auf die Potentialausgleichswälzkörper 13 ausübt.
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Der als tellerfederartig ausgestaltete Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 stützt sich in axialer Richtung federelastisch und drehfest sowie vom Außenring 6 des Wälzlagers 4 beabstandet gegen das Gehäuse 3 ab, während der Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 drehfest mit der Drehwelle 2 verbunden ist. Das Gehäuse 3 besitzt hierzu einen in einer Radialebene verlaufenden Abschnitt, an dem der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 verspannt anliegt. Der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 kontaktiert das Gehäuse 6 in radialer Richtung oberhalb des radial äußeren Umfangs des Potentialausgleichswälzlageraußenrings 12 als auch oberhalb des radial inneren Umfangs des Innenrings 5.
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Der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 ist in der gezeigten Ausführung als Tellerfeder ausgestaltet und besitzt eine flache kegelstumpfartige Raumform. Die beiden distalen Enden des Potentialausgleichswälzlagerinnenrings 11 sind axial wie radial zueinander versetzt angeordnet.
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Der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 kann eine Mehrzahl von radial verlaufenden Federzungen 14 aufweisen, welche sich federelastisch gegen das Gehäuse 3 abstützen. Dies wird insbesondere aus der Zusammenschau mit der 4 deutlich.
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Die Drehwelle 2 ist im Ausführungsbeispiel als Rotor 16 einer elektrischen Maschine 17 ausgebildet, wie sie beispielsweise in einem Antriebsstrang eines elektrischen oder hybriden Kraftfahrzeugs vorhanden sein kann. Die elektrische Maschine 17 und das Wälzlager 4 sind axial unmittelbar zueinander angrenzend angeordnet.
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Die Drehwelle 2 ist als Hohlwelle ausgebildet und der Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 ist innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Drehwelle 2 angeordnet und stützt sich in axialer Richtung an einer in der Hohlwelle ausgebildeten, umlaufenden Schulter ab. Der Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 besitzt daher eine Laufbahn 18 für die Potentialausgleichswälzkörper 13, welche in radialer Richtung unterhalb der Innenringlaufbahn 8 des Wälzlagers 4 angeordnet ist.
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Man erkennt hieran gut einen wesentlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung. Es ist insbesondere möglich, bei einer vorhandenen Wälzlagerkonfiguration und Lagerung der Drehwelle 2, das Potentialausgleichswälzlager 10 in einer bereits vorhandenen Bauraumsituation nachzurüsten, ohne das Wälzlager 4 verändern zu müssen.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Wälzlageranordnung 1, bei der, anders als aus der aus 1 bekannten Wälzlageranordnung 1, das Potentialausgleichswälzlager 10 ein von dem Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 separates Federelement 15 aufweist, mittels dessen der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 in axialer Richtung gegen den Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 federkraftbeauflagt angeordnet ist. Das Federelement 15 stützt sich einerseits federelastisch vorgespannt gegen das Gehäuse 3 und andererseits gegen Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 ab und ist axial zwischen dem Gehäuse 3 und dem Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 angeordnet. Man erkennt durch den Vergleich mit der in 1 gezeigten Ausführungsform, dass die Ausführung der 2 eine weitere axiale Bauraumoptimierung erlaubt oder - anders ausgedrückt - besonders bei axial limitierten Bauraumverhältnissen in einer Wälzlageranordnung 1 vorteilhaft verwendet werden kann.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Wälzlageranordnung 1, bei der der Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 nicht als ein separates Bauteil ausgeführt, sondern monolithisch mit dem Innenring 5 des Wälzlagers 4 ausgebildet ist. Der Innenring 5 des Wälzlagers 4 kann hierzu eine profilierte Laufbahn 18 zur Führung der Potentialausgleichswälzkörper 13 aufweisen.
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In den Figure 1-3 wurden verschiedene Konfigurationen bzw. Anordnungen des Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 gezeigt. Es versteht sich, dass die einzelnen Konfigurationen des Potentialausgleichswälzlageraußenrings 12 auch frei mit den in den 1-3 gezeigten Merkmalen der Wälzlageranordnung 1 kombinierbar sind. So wäre es beispielsweise natürlich auch möglich, den Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 monolithisch mit der Drehwelle 2 auszubilden oder einen separaten Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 in den Innenring 5 des Wälzlagers 4 einzupassen.
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Die 4 zeigt eine Detailansicht eines Potentialausgleichswälzlagerinnenrings 11 mit einer Mehrzahl von radial verlaufenden Federzungen 14, welche sich federelastisch gegen das Gehäuse 3 abstützen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 vier im Wesentlichen identische Federzungen 14 auf, welche um jeweils ca. 90° versetzt entlang des Umfangs des Potentialausgleichswälzlagerinnenrings 11 angeordnet sind. Die gestrichelte Kreislinie deutet die Laufbahn der Potentialausgleichswälzkörper 13 auf dem des Potentialausgleichswälzlagerinnenring 11 an.
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In der 5 findet sich eine weitere Ausführungsform einer Wälzlageranordnung 1, welche sich von den aus den 1-3 gezeigten Ausführungsbeispielen darin unterscheidet, dass in der 5 gezeigten Ausführungsform, der Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 axial federkraftbeauflagt ist. Der Potentialausgleichswälzlageraußenring 12 stützt sich zumindest in axialer Richtung federelastisch und drehfest sowie vom Außenring 6 des Wälzlagers 4 beabstandet gegen das Gehäuse 3 ab. Der Potentialausgleichswälzlagerinnenring 12 ist in der gezeigten Ausführungsform drehfest mit der Drehwelle 2 verbunden.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Drehwelle
- 3
- Gehäuse
- 4
- Wälzlager
- 5
- Innenring
- 6
- Außenring
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Innenringlaufbahn
- 9
- Außenringlaufbahn
- 10
- Potentialausgleichswälzlager
- 11
- Potentialausgleichswälzlagerinnenring
- 12
- Potentialausgleichswälzlageraußenring
- 13
- Potentialausgleichswälzkörper
- 14
- Federzunge
- 15
- Federelement
- 16
- Rotor
- 17
- elektrischen Maschine
- 18
- Laufbahn
