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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung mit einem stromleitenden Element, das in einem von einem Schmiermittel durchströmbaren ringförmige Zwischenraum angeordnet ist, wobei der Zwischenraum von einem äu-ßeren Zylinderbauteil und einem in dem äußeren Zylinderbauteil aufgenommenen inneren Zylinderbauteil definiert ist, und die Hydraulikanordnung ferner eine elektrisch leitfähige ringförmige Abdeckscheibe und einen an der Abdeckscheibe angeordnetes sowie im Stromfluss zwischen inneren Zylinderbauteil und äußerem Zylinderbauteil liegendes ringförmiges Kontaktierungselement, welches die Abdeckscheibe mit dem inneren Zylinderbauteil oder dem äußeren Zylinderbauteil elektrisch verbindet, umfasst, wobei das Kontaktierungselement einen Anlageabschnitt aufweist, der das äußere oder innere Zylinderbauteil kontaktiert. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine und einen Antriebsstrang.
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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 infolgedessen 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 stromisolierte Wälzlager bekannt, die schädliche Lagerströme unterbinden sollen. So werden beispielsweise Wälzlager mit einer Keramikisolierung am Außen- oder Innenring eingesetzt. Strom isolierte Wälzlager sind jedoch vergleichsweise teuer und werden daher nicht allzu häufig eingesetzt.
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Besondere Herausforderungen stellen dabei von einem Hydraulikfluid durchströmbare Hydraulikanordnungen da, in welchen beispielsweise ein Wälzlager in einem Hydraulikpfad zur Lagerung eines Rotors im Nassbereich einer elektrischen Maschine angeordnet sind. Das Hydraulikfluid hat in der Regel einen positiven Einfluss auf eine Reibungsminimierung und eine Kühlung von Bauteilen in dem Hydraulikpfad, kann jedoch auch einen elektrischen Potentialausgleich zwischen Bauteilen negativ beeinflussen.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe der Erfindung, eine Hydraulikanordnung mit einem verbesserten Schutz vor schädlichen Lagerströmen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hydraulikanordnung mit einem stromleitenden Element, das in einem von einem Schmiermittel durchströmbaren ringförmige Zwischenraum angeordnet ist, wobei der Zwischenraum von einem äußeren Zylinderbauteil und einem +n dem äußeren Zylinderbauteil aufgenommenen inneren Zylinderbauteil definiert ist, und die Hydraulikanordnung ferner eine elektrisch leitfähige ringförmige Abdeckscheibe und einen an der Abdeckscheibe angeordnetes sowie im Stromfluss zwischen inneren Zylinderbauteil und äußerem Zylinderbauteil liegendes ringförmiges Kontaktierungselement, welches die Abdeckscheibe mit dem inneren Zylinderbauteil oder dem äußeren Zylinderbauteil elektrisch verbindet, umfasst, wobei das Kontaktierungselement einen Anlageabschnitt aufweist, der das äußere oder innere Zylinderbauteil kontaktiert wobei das Kontaktierungselement im Bereich des Anlageabschnitts eine Mehrzahl von mit dem Schmiermittel durchströmbaren Durchbrechungen aufweist, welche eine Mehrzahl von elastischen Zungen definieren, die an dem inneren Zylinderbauteil oder dem äußeren Zylinderbauteil anliegen.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine Hydraulikanordnung mit einem hohen Schutz vor schädlichen Lagerströmen bei gleichzeitig niedrigen Reibungsverlusten in einer nassen Betriebsumgebung bereitgestellt werden kann. Insbesondere bei einer Anwendung, die beispielsweise eine Ölschmierung und Ölzufluss vom Wälzlager her vorsieht, kann auch ein Teil des entsprechenden Ölvolumenstroms das Kontaktierungselement anströmen. Dieser auf das Kontaktierungselement einwirkende „Strömungsdruck“ kann den Kontakt des Kontaktierungselement zum Schleifring „abheben“, was zu einer unerwünschten Funktionsreduzierung oder gar einem vollständigen Funktionsverlust führen könnte. Mit den entsprechenden durchströmbaren Durchbrechungen des Kontaktierungselements kann ein Abheben des Kontaktierungselements vermieden und die Funktionssicherheit des stromleitenden Elements erhöht werden.
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Ein Zylinderbauteil besitzt eine zylinderförmige Grundform. Die Querschnittskontur eines Zylinderbauteils kann kreisförmig, ellipsenförmig oder auch polygon ausgeformt sein.
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Besonders bevorzugt kann die Hydraulikanordnung eine Wälzlageranordnung aufweisen insbesondere zur Verwendung in einer elektrischen Maschine eines Antriebsstrang eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend ein von dem Schmiermittel durchströmbares 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 wälzend gelagert sind. Höchst bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass zwischen dem Innenring und dem Außenring das stromleitende Element angeordnet ist, welches den Innenring mit dem Außenring stromleitend verbindet.
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Es kann ergänzend oder alternativ auch bevorzugt sein, dass das stromleitende Element von dem Wälzlager beabstandet angeordnet ist.
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Ferner ist es bevorzugt, dass das innere oder äußere Zylinderbauteil der Hydraulikanordnung ein Rotor einer elektrischen Maschine eines Antriebsstrangs eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs ist, wobei der Rotor mittels wenigstens einem von einem fließfähigen Öl durchströmbaren Wälzlager gelagert ist.
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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 Innenring kann einen Innenringeinstich aufweisen. In einem Innenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Innenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Innenring ausgebildet. 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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Der Außenring kann einen Außenringeinstich aufweisen. In einem Außenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Außenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Außenring ausgebildet.
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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.
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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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Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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Ein Wälzlager kann eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern. Hierzu können die eingesetzten Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen versehen sein, die an einem Bauteil des Wälzlagers anliegen können. Diese sind derart ausgelegt, dass sie zum einen möglichst über die gesamte Lebensdauer das Lager abdichten, andererseits die Reibung durch die anliegende Dichtung nicht zu hoch ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktierungselement aus einem elektrisch leitfähigen Faserwerkstoff geformt ist. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Kontaktierungselement aus einem Carbonfaser-Werkstoff geformt ist. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Faserwerkstoff überkreuz gewebte Fasern aufweist, wodurch ein besonders stabiler Faserverbund bereitstellbar ist. Ferner ist es denkbar, dass der Faserwerkstoff als Faserverbundwerkstoff ausgestaltet ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Kontaktierungselement insbesondere in seiner radialen Richtung flexibel, und insbesondere auch elastisch ausgebildet ist, wodurch sich eine besonders sichere elektrische Kontaktierung des jeweiligen Lagerrings bewirken lässt.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass im Stromfluss zwischen dem Kontaktierungselement und dem Innenring oder dem Au-ßenring ein Schleifring angeordnet ist, welcher eine Beschichtung mit einer höheren Leitfähigkeit als das Material des Innenrings oder Außenrings aufweist, wodurch sich die elektrische Kontaktierung und die Betriebssicherheit des Wälzlagers gegen unerwünschte Stromdurchgangsschäden weiter verbessern lässt.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Kontaktierungselement einen Anlageabschnitt aufweist, welcher sich unter einem Winkel aus der Radialebene des ringförmigen Kontaktierungselement heraus in Richtung des Innenrings oder Außenrings erstreckt, wodurch sich die elektrische Kontaktierung durch die entsprechend bewirkte radiale Federwirkung weiter optimieren lässt.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das stromleitende Element einen Haltering aufweist, wobei das Kontaktierungselement axial zwischen dem Haltering und der Abdeckscheibe aufgenommen ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass das Kontaktierungselement auf sichere und konstruktiv einfache Weise mit der Abdeckscheibe verbunden werden kann. Ferner kann das Kontaktierungselement zumindest abschnittsweise vor mechanischen oder chemischen Einflüssen geschützt werden.
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Besonders bevorzugt kann die Abdeckscheibe mit dem Innenring oder Außenring eine Labyrinthdichtung ausbilden. Eine Labyrinthdichtung, welche auch gelegentlich als Spaltdichtung bezeichnet wird, gehört zu der Gruppe der berührungsfreien Dichtungen. Bei einer Labyrinthdichtung beruht die Dichtwirkung auf der Verlängerung des Strömungsweges eines Schmiermittels von innerhalb des Wälzlagers oder von Fluiden und/oder Partikeln von außerhalb in das Wälzlager hinein durch den abzudichtenden Spalt, wodurch der Strömungswiderstand wesentlich erhöht wird. Die Wegverlängerung wird in der Regel durch ein Ineinandergreifen, was auch als Kämmung bezeichnet wird, von Formelementen der Labyrinthdichtung erzielt. Durch die Ausbildung einer Labyrinthdichtung kann ein kontrollierter Schmiermittelfluss durch die Öffnungen der Abdeckscheibe und/oder des Kontaktierungselements bereitgestellt werden, da Leckageströmungen außerhalb der Öffnung minimiert oder vollständig verhindert sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schmiermittel ein fließfähiges Öl ist, was sich sowohl strömungstechnisch als auch rheologisch als günstig erwiesen hat.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Durchbrechungen äquidistant über den Umfang des Kontaktierungselements verteilt sind. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass eine über den Umfang gleichmäße Anströmung und Schmiermittelverteilung realisiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Durchbrechungen im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, was ebenfalls eine vergleichmäßigte Verteilung des Schmiermittels über dem Umfang des Kontaktierungselements begünstigt.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Durchbrechnungen eine im Wesentlichen rechteckige Kontur aufweisen, was sich ebenfalls als strömungs- sowie fertigungstechnisch günstig herausgestellt hat.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Durchbrechungen zwischen 5-25% des Anströmquerschnitts des Kontaktierungselements freigeben, wodurch ein Abheben des Kontaktierungselements sicher verhindert werden kann.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Abdeckscheibe an ihrem radial inneren Durchmesser einen im Querschnitt zig-zag-förmigen Abschnitt mit einem radial oberhalb dessen ersten radialen Abschnitt besitzt, wobei in dem ersten radialen Abschnitt die Öffnungen ausgebildet sind. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass die Abdeckscheibe eine besonders hohe Stabilität aufweist und gleichzeitig als Teil einer Labyrinthdichtung verwendet werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine umfassend einen Rotor, welcher mittels einer Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1-8 drehbar gegenüber einem Stator der elektrischen Maschine gelagert ist und eine Hydraulikanordnung nach einem der Ansprüche 1-8 umfasst.
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Elektrische Maschinen 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.
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Der Rotor kann einen Rotorkörper und eine Rotorwelle umfassen. Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Der Rotorkörper setzt sich demnach insbesondere zusammen aus dem Rotorblechpaket sowie den in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachten oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierten Magnetelementen sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der Taschen. Der Rotor kann bevorzugt eine Rotorwelle umfassen und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt.
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Die elektrische Maschine kann ferner einen hydraulischen Kühlkreislauf aufweisen. Besonders bevorzugt wird der hydraulische Kühlkreislauf mit einem fließfähigem Öl betrieben. Ganz besonders bevorzugt ist der, insbesondere geschlossene, hydraulische Kühlkreislauf so ausgebildet, dass das fließfähige Öl zur Schmierung einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung zur Lagerung des Rotors der elektrischen Maschine verwendet wird. Hierzu wird das Öl des hydraulischen Kühlkreislaufs bevorzugt durch das Wälzlager hindurchgeführt.
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Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch einen Antriebsstrang eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine nach Anspruch 9.
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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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Insbesondere kann die elektrische Maschine Bestandteil eines Hybridmoduls sein. In einem Hybridmodul können Bau- und Funktionselemente eines hybridisierten Antriebsstrangs räumlich und/oder baulich zusammengefasst und vorkonfiguriert sein, so dass ein Hybridmodul in einer besonders einfachen Weise in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integrierbar ist. Insbesondere können ein Elektromotor und ein Kupplungssystem, insbesondere mit einer Trennkupplung zum Einkuppeln des Elektromotors in und/oder Auskuppeln des Elektromotors aus dem Antriebsstrang, in einem Hybridmodul vorhanden sein.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein.
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Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
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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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Ein vollelektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst bevorzugt eine elektrische Maschine und ein Getriebe, wobei die elektrische Maschine und das Getriebe eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein stromleitendes Element zur Anordnung zwischen einem äußeren Zylinderbauteil und einem koaxial in dem äußeren Zylinderbauteil aufgenommenen inneren Zylinderbauteil, wobei der durch diese definierte zylinderringförmige Zwischenraum von einem Schmiermittel durchströmbar ist, umfassend eine elektrisch leitfähige kreisringförmige Abdeckscheibe und einen an der Abdeckscheibe angeordnetes sowie im Stromfluss zwischen inneren Zylinderbauteil und äußerem Zylinderbauteil liegendes kreisringförmiges Kontaktierungselement, welches die Abdeckscheibe mit dem inneren Zylinderbauteil oder dem äußeren Zylinderbauteil elektrisch verbindet, wobei die Abdeckscheibe und/oder das Kontaktierungselement eine Mehrzahl von Öffnungen aufweisen, die von dem Schmiermittel durchströmbar sind.
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Es versteht sich, dass alle Merkmale der Abdeckscheibe und des Kontaktierungselements, wie sie im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung genannt wurden, frei und in beliebiger Kombination auf ein ebenfalls erfindungsgemäßes stromleitendes Element übertragbar sind. Somit können die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung aufgeführten Vorteile auch auf ein stromleitendes Element übertragen werden, welches Beispielsweise in bauraumnähe zu einem Wälzlager angeordnet sein kann, jedoch mit diesem keine bauliche Einheit bildet. Beispielsweise wäre es so auch möglich ein stromleitendes Element zwischen einem feststehenden Gehäusebauteil und einer drehenden Welle anzuordnen, wie beispielsweise zwischen einer Rotorwelle eines Rotors und eines Maschinengehäuses einer elektrischen Maschine.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine Wälzlageranordnung in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 2 eine Auf- und zwei Querschnittsansichten einer Abdeckscheibe,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Kontaktierungselements,
- 4 eine elektrische Maschine mit einer Wälzlageranordnung in einer schematischen Axialschnittansicht, und
- 5 einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Die 1 zeigt eine Hydraulikanordnung mit einer Wälzlageranordnung 1 zur Verwendung in einer elektrischen Maschine 50 eines Antriebsstrangs 52 eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 53, wie es exemplarisch in der 5 dargestellt wird.
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Die Hydraulikanordnung besitzt ein stromleitendes Element 8, das in einem von einem Schmiermittel 30 durchströmbaren ringförmige Zwischenraum angeordnet ist. Der Zwischenraum ist von einem äußeren Zylinderbauteil 4 und einem in dem äußeren Zylinderbauteil 4 aufgenommenen inneren Zylinderbauteil 3 definiert. In dem Ausführungsbeispiel bilden der Innenring des Wälzlagers 2 das innere Zylinderbauteil 3 und der Außenring des Wälzlagers 2 das äußere Zylinderbauteil 4.
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Die Hydraulikanordnung umfasst ferner eine elektrisch leitfähige ringförmige Abdeckscheibe 9 und einen an der Abdeckscheibe 9 angeordnetes sowie im Stromfluss zwischen inneren Zylinderbauteil 3 und äußerem Zylinderbauteil 4 liegendes ringförmiges Kontaktierungselement 10, welches die Abdeckscheibe 9 mit dem inneren Zylinderbauteil 3 oder dem äußeren Zylinderbauteil 4 elektrisch verbindet. Das Kontaktierungselement 10 besitzt einen Anlageabschnitt 12, der innere Zylinderbauteil 3 kontaktiert. Das Kontaktierungselement 10 weist im Bereich des Anlageabschnitts 12 eine Mehrzahl von mit dem Schmiermittel 30 durchströmbaren Durchbrechungen 16 auf, welche eine Mehrzahl von elastischen Zungen 17 definieren, die an dem inneren Zylinderbauteil 3 anliegen, was sich gut aus der Zusammenschau von 1 mit 3 erschließt.
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Die in 1 gezeigte Wälzlageranordnung 1 umfasst ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4 und Wälzkörpern 5, wobei der Innenring 3 eine Innenringlaufbahn 6 sowie der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 7 aufweist, und die Wälzkörper 5 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert sind.
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Zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 ist das stromleitende Element 8 angeordnet, welches den Innenring 3 mit dem Außenring 4 stromleitend verbindet. Das stromleitende Element 8 umfasst eine elektrisch leitfähige kreisringförmige Abdeckscheibe 9 und einen an der Abdeckscheibe 9 angeordnetes sowie im Stromfluss zwischen Innenring 3 und Außenring 4 liegendes kreisringförmiges Kontaktierungselement 10, welches die Abdeckscheibe 9 mit dem Innenring 3 elektrisch verbindet. Die Abdeckscheibe 9 bildet mit dem Innenring 3 eine Labyrinthdichtung 18 aus.
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Die Abdeckscheibe 9 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 40 auf, die von dem Schmiermittel 30 durchströmbar sind. Das Schmiermittel 30 ist in dem gezeigten Beispiel ein fließfähiges Öl 31.
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Wie aus der 2 ersichtlich, sind die Öffnungen 40 äquidistant über den Umfang der Abdeckscheibe 9 verteilt angeordnet und im Wesentlichen identisch ausgebildet. Die Öffnungen 40 besitzen eine im Wesentlichen rechteckige Kontur. Die Abdeckscheibe 9 weist an ihrem radial inneren Durchmesser einen im Querschnitt zig-zag-förmigen Abschnitt mit einem radial oberhalb dessen ersten radialen Abschnitt 21 auf, wobei in dem ersten radialen Abschnitt 21 die Öffnungen 40 ausgebildet sind.
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Die der zig-zag-förmige Abschnitt der Abdeckscheibe 9 bildet mit dem Innenring 3 eine Labyrinthdichtung 18 aus. Hierzu besitzt - was in der 2 gezeigt ist - die Abdeckscheibe 9 an ihrem radial inneren Durchmesser einen im Querschnitt zig-zag-förmigen Abschnitt, der aus dem ersten radialen Abschnitt 21, an dem sich der erste axiale Abschnitt 22 anschließt, von welchem sich dann ein zweiter radialer Abschnitt 23 erstreckt an welchem dann der zweite axiale Abschnitt 24 angeformt ist, von dem aus dann schließlich der dritte radiale Abschnitt 25 abgeht. Korrespondierend zu dieser Ausbildung der Abdeckscheibe 9 ist die Querschnittskontur des Innenrings 3 mit dem Innenringfreistich 26 ausgeformt. Wie aus der 1 gut zu erkennen ist, bilden der zig-zag-förmige Abschnitt der Abdeckscheibe 9 und der Innenringfreistich 26 so die Labyrinthdichtung 18 aus. An dem radial äußeren Durchmesser ist die Abdeckscheibe 9 in dem Außenringfreistich 19 des Außenrings 4 fixiert.
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Das Kontaktierungselement 10, welches in einer Detailansicht der 3 zu entnehmen ist, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Carbonfaser-Werkstoff mit überkreuz gewebten Fasern geformt. Das Kontaktierungselement 10 ist in seiner radialen Richtung flexibel und elastisch ausgebildet. Im Stromfluss zwischen dem Kontaktierungselement 10 und dem Innenring 3 ist ein Schleifring 11 an dem Innenring 3 angeordnet, welcher eine Beschichtung mit einer höheren Leitfähigkeit als das Material des Innenrings 3 aufweist. Das Kontaktierungselement 10 besitzt einen Anlageabschnitt 12, welcher sich unter einem Winkel 13 aus der Radialebene 14 des ringförmigen Kontaktierungselement heraus in Richtung des Innenrings 3 erstreckt und welcher an dem Schleifring 11 anliegt.
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Anhand der 3 ist auch ersichtlich, dass das Kontaktierungselement 10 entlang seiner Umfangsrichtung Durchbrechungen 16 aufweist, so dass es hydraulisch permeabel ist. Diese Durchbrechungen 16 entsprechen funktional den Öffnungen 9. Der Anlageabschnitt 12 weist eine Vielzahl von Zungen 17 auf, welche voneinander in Umfangsrichtung beabstandet ausgebildet sind.
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Das stromleitende Element 8 weist ferner einen Haltering 15 auf, wobei das Kontaktierungselement 10 axial zwischen dem Haltering 15 und der Abdeckscheibe 9 aufgenommen ist, was wiederum gut der 1 zu entnehmen ist. Hierzu besitzt die Abdeckscheibe 9 sich in Umfangsrichtung auf einer Kreisbahn erstreckende ringsegmentartige Durchgriffsöffnungen 20, welche von laschenartigen Abschnitten des Halterings 15 durchgriffen und auf der dem Kontaktierungselement 10 abgewandten Seite der Abdeckscheibe 9 in radialer Richtung verformt sind, so dass der Haltering 15 verliersicher an der Abdeckscheibe 9 fixiert ist. Der Haltering 15, das Kontaktierungselement 10 sowie die Abdeckscheibe 9 bilden so als stromleitendes Element 8 eine bauliche Einheit, welche in einem gemeinsamen Montagevorgang in die Wälzlageranordnung eingesetzt werden kann.
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4 zeigt eine elektrische Maschine 50 umfassend einen Rotor 51, welcher mittels einer Wälzlageranordnung 1, wie sie aus der 1 bekannt ist, gegenüber einem Stator 52 der elektrischen Maschine 50 gelagert ist. Der 4 ist auch gut entnehmbar, dass die Wälzlageranordnung 1 einen Rotor 51 einer elektrischen Maschine 50 eines Antriebsstrangs 52 eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 53 umfasst, wobei der Rotor 51 mittels wenigstens einem von einem fließfähigen Öl 31 durchströmbaren Wälzlager 2 gelagert ist. Das Öl 31 ist hierbei innerhalb eines hydraulischen Kühlkreislaufs durch den Stator 54 geführt.
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Die 5 zeigt die aus der 4 bekannte elektrische Maschine 50 innerhalb eines Antriebsstrang 52 eines hybriden (Abbildung oben) oder vollelektrisch (Abbildung unten) betriebenen Kraftfahrzeugs 53.
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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
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Innenringlaufbahn
- 7
- Außenringlaufbahn
- 8
- stromleitendes Element
- 9
- Abdeckscheibe
- 10
- Kontaktierungselement
- 11
- Schleifring
- 12
- Anlageabschnitt
- 13
- Winkel
- 14
- Radialebene
- 15
- Haltering
- 16
- Durchbrechungen
- 17
- Zungen
- 18
- Labyrinthdichtung
- 19
- Außenringfreistich
- 20
- Durchgriffsöffnungen
- 21
- erster radialer Abschnitt
- 22
- erster axialer Abschnitt
- 23
- zweiter radiale Abschnitt
- 24
- dritter axialer Abschnitt
- 25
- dritter radialer Abschnitt
- 26
- Innenringfreistich
- 30
- Schmiermittel
- 31
- Öl
- 40
- Öffnungen
- 50
- elektrische Maschine
- 51
- Rotor
- 52
- Antriebsstrang
- 53
- Kraftfahrzeug
