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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Potentialausgleichsanordnung, insbesondere zur Verwendung in einer elektrischen Maschine eines Antriebsstrang eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit einem stromleitenden Element, das in oder an einem von einem Schmiermittel durchströmbaren ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, wobei der Zwischenraum von einem äußeren Zylinderbauteil und einem in dem äußeren Zylinderbauteil aufgenommenen inneren Zylinderbauteil definiert ist, und das stromleitende Element das äußere Zylinderbauteil mit dem inneren Zylinderbauteil stromleitend verbindet. Die Erfindung betrifft ferner eine Wälzlageranordnung.
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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 Potentialausgleichsanordnungen 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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In DE 10 2014 2024719 A1 wird beispielsweise zum Potentialausgleich eine den elektrischen Strom leitende Scheibe vorgesehen, deren äußerer Rand in einer Nut im äußeren Lagerring eines Wälzlagers festgelegt ist und so eine leitfähige Verbindung zwischen äußerem Lagerring und der Scheibe herstellt. Der andere Rand der Scheibe ist mit einer leitfähigen Bürste versehen, welche während des Betriebs des Wälzlagers am inneren Lagerring anläuft.
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Ähnlich ist es auch bei
KR 20180103802 A. Dort wird allerdings eine Klammer verwendet, deren erster Kontaktabschnitt mit der als Kontaktbereich dienenden inneren Mantelfläche des äußeren Lagerrings und deren zweiter Kontaktabschnitt mit der ebenfalls als Kontaktabschnitt dienenden äußeren Mantelfläche des inneren Lagerrings in einer den Strom leitenden Verbindung stehen, indem ein schrägverlaufender Mittelabschnitt die beiden Kontaktabschnitte auch elektrisch verbindet. Ist der innere Lagerring dieser Anordnung der drehende Lagerring, kann während des Betriebs dieses Wälzlagers nicht ausgeschlossen werden, dass sich der innere Lagerring relativ zum äußeren, stehenden Lagerring bewegt, indem sich der innere Lagerring in der Lastzone des Wälzlagers dem äußeren Lagerring nähert und sich gegenüber der Lastzone vom äußeren Lagerring leicht entfernt. Liegt die Klammer zwischen den beiden Lagerringen, verändert sich -wie leicht nachzuvollziehen ist- durch die betriebsbedingten Relativbewegungen des inneren Lagerrings gegenüber dem äußeren Lagerring auch die Vorspannung der Klammer zwischen den beiden Lagerringen und mit ihr auch die Reibung zwischen den Lagerringen. Diese Reibungsveränderung hat zur Folge, dass sich der Energieeinsatz zum Betrieb derartiger Wälzlager leicht erhöht ist.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe der Erfindung, eine Potentialausgleichsanordnung mit einem verbesserten Schutz vor schädlichen Lagerströmen bei möglichst geringer Reibung bereitzustellen. Es ist insbesondere auch die Aufgabe der Erfindung, eine Wälzlageranordnung bereitzustellen, die einen Schutz vor schädlichen Lagerströmen insbesondere in einer nass laufenden Wälzlageranordnung realisiert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Potentialausgleichsanordnung, insbesondere zur Verwendung in einer elektrischen Maschine eines Antriebsstrang eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit einem stromleitenden Element, das in oder an einem von einem Schmiermittel durchströmbaren ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, wobei der Zwischenraum von einem äußeren Zylinderbauteil und einem in dem äußeren Zylinderbauteil aufgenommenen inneren Zylinderbauteil definiert ist, und das stromleitende Element das äußere Zylinderbauteil mit dem inneren Zylinderbauteil stromleitend verbindet, wobei das stromleitende Element eine elektrisch nicht leitfähige Abdeckscheibe und einen an und/oder in der Abdeckscheibe angeordnetes sowie im Stromfluss zwischen innerem Zylinderbauteil und äußerem Zylinderbauteil liegendes aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Fäden gebildetes Kontaktierungselement umfasst, wobei wenigstens ein erster elektrisch leitender Kontaktbereich zwischen der sich relativ zueinander drehenden Abdeckscheibe und dem äußeren Zylinderbauteil und/oder dem inneren Zylinderbauteil vorhanden ist, an dem wenigstens einer der Fäden des Kontaktierungselements im Wesentlichen tangential zwischen zwei Stützstellen an dem inneren Zylinderbauteil oder äußeren Zylinderbauteil anliegt.
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Die Potentialausgleichsanordnung kann so besonders reibungsarm und betriebssicher ausgebildet werden. Auch hat sich eine hohe Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Potentialausgleichsanordnung in einem Nassraum gezeigt. Auch kann das stromleitende Element der Potentialausgleichsanordnung kostengünstig und einfach hergestellt werden.
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Die Abdeckscheibe des stromleitenden Elements ist bevorzugt aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff hergestellt. Auch denkbar sind elektrisch nicht leitende Keramikwerkstoffe. Bevorzugt weist die Abdeckscheibe eine kreisringscheibenartige Raumform auf. Ebenfalls bevorzugt ist es, dass die äußere oder innere Mantelfläche der Abdeckscheibe drehfest mit dem äußeren oder inneren Zylinderbauteil verbunden ist. Hierbei kann die drehfeste Verbindung formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig hergestellt sein.
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Beispielsweise kann die äußere Mantelfläche der Abdeckscheibe eine Steckverzahnung aufweisen, welche mit einer korrespondierenden Steckverzahnung, die beispielsweise an der inneren Mantelfläche des äußeren Zylinderbauteils angeordnet ist, getrieblich in Eingriff stehen. Ferner kann es alternativ oder ergänzend vorteilhaft sein, eine Presspassung zwischen der Abdeckscheibe und einem der Zylinderbauteile vorzusehen.
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Ein Faden ist ein aus Fasern zusammengesetztes, biegeschlaffes Gebilde, das eine dominierende eindimensionale Erstreckung und eine Gleichmäßigkeit in der Längsrichtung aufweist. Die Fasern können aus einer Gruppe im Wesentlichen gleicher Fasern oder aus mehreren Gruppen von verschiedenen Fasern gebildet sein. Die verschiedenen Fasern können sich insbesondere hinsichtlich ihres Materials voneinander unterscheiden. Beispielsweise wäre es möglich Fasern mit einer geeigneten Elastizität und Fasern mit einer besonders hohen elektrischen Leitfähigkeit miteinander in einem Faden zu verwenden.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, einen Faden zwischen zwei Stützstellen so zu konfigurieren, dass er eine Vorspannung aufweist, was zu einem definierteren Anliegen des Fadens im ersten elektrisch leitenden Kontaktbereich führt.
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Der Faden kann aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist es zur Verbesserung der Leitfähigkeit des Fadens im Kontaktbereich, eine Beschichtung vorzusehen, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als der Faden. Beispielsweise wären hierzu Goldbeschichtungen, Silberbeschichtungen oder Platinbeschichtungen geeignet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein zweiter elektrisch leitender Kontaktbereich zwischen der sich relativ zueinander feststehenden Abdeckscheibe und dem äußeren Zylinderbauteil und/oder dem inneren Zylinderbauteil vorhanden ist, an dem wenigstens einer der Fäden des Kontaktierungselements im Wesentlichen radial aus der Abdeckscheibe hervorsteht und an dem inneren Zylinderbauteil oder äußeren Zylinderbauteil anliegt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass hierdurch auf sehr einfache Weise eine elektrische Kontaktierung zwischen der Abdeckscheibe und einem Zylinderbauteil ausgebildet werden kann.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Fäden eine im Querschnitt geschlossene Kontur ausbildet. Ganz besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn eine Mehrzahl von im Querschnitt eine geschlossene Kontur ausbildenden Fäden umfänglich verteilt in und/oder an der Abdeckscheibe angeordnet sind. Dies hat u.a. den Vorteil, dass selbst bei Ausfall eines eine geschlossene Kontur bildenden Fadens, die stromleitende Funktion der Abdeckscheibe erhalten werden kann. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktbereichen, über den inneren und äußeren Umfang der Abdeckscheibe verteilt angeordnet ist, was ebenfalls zu einer verbesserten Redundanz und Ausfallsicherheit der Abdeckscheibe führt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste elektrische Kontaktbereich aus der Abdeckscheibe und dem inneren Zylinderbauteil oder dem äußeren Zylinderbauteil gebildet wird, bei der wenigstens ein Kontaktabschnitt einer der Fäden des Kontaktierungselements in einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 90° zur Rotationsachse des inneren Zylinderbauteils oder äußeren Zylinderbauteils frei in der Abdeckscheibe angeordnet ist, und der Kontaktabschnitt an dem inneren Zylinderbauteil oder äußeren Zylinderbauteil anliegt.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Fäden des Kontaktierungselements, außer die mit den elektrischen Kontaktbereichen, in Verbindung stehenden Abschnitte, in der Abdeckscheibe aufgenommen sind, was einen besonders guten Schutz vor mechanischen oder chemischen Einflüssen auf das Kontaktierungselement gewährleistet.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Abdeckscheibe aus einem Kunststoff geformt ist. Ganz besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass die Abdeckscheibe mittels eines Kunststoffspritzverfahrens hergestellt wurde. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die Abdeckscheibe mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise einen 3D-Druck, zu fertigen.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das innere Zylinderbauteil ein Innenring eines Wälzlagers und/oder das äußere Zylinderbauteil ein Außenring eines Wälzlagers ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren läßt ist, dass sich das stromleitende Element so direkt in ein Wälzlager integrieren lässt.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Potentialausgleichsanordnung ein Wälzlager umfasst, bei dem das stromleitende Element beabstandet von dem Wälzlager angeordnet ist, was beispielsweise die Verwendung von Standardwälzlagern ermöglicht.
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Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch eine Wälzlageranordnung, insbesondere zur Verwendung in einer elektrischen Maschine eines Antriebsstrang eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend 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 wälzend gelagert sind, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring ein stromleitendes Element angeordnet ist, welches den Innenring mit dem Außenring stromleitend verbindet, wobei das stromleitende Element eine elektrisch nicht leitfähige Abdeckscheibe und einen an und/oder in der Abdeckscheibe angeordnetes sowie im Stromfluss zwischen Innenring und Außenring liegendes aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Fäden gebildetes Kontaktierungselement umfasst, wobei wenigstens ein erster elektrisch leitender Kontaktbereich zwischen der sich relativ zueinander drehenden Abdeckscheibe und dem Außenring und/oder dem Innenring vorhanden ist, an dem wenigstens einer der Fäden des Kontaktierungselements im Wesentlichen tangential zwischen zwei Stützstellen an dem Innenring oder Außenring anliegt.
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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.
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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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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. 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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Eine erfindungsgemäße Potentialausgleichsanordnung und/oder eine erfindungsgemäße Wälzlageranordnung kann insbesondere in einem elektrisch oder hybrid betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Potentialausgleichsanordnung und/oder eine erfindungsgemäße Wälzlageranordnung in einer elektrischen Maschine verwendet.
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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. Der Rotor kann einen Rotorkörper und eine Rotorwelle umfassen. Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Höchst bevorzugt ist es die Lagerung des Rotors mittels einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung und/oder Potentialausgleichsanordnung zu realisieren.
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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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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 eine 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. 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 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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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsform einer Potentialausgleichsanordnung in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 2 eine erste Ausführungsform einer Potentialausgleichsanordnung in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 3 eine dritte Ausführungsform einer Potentialausgleichsanordnung in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 4 eine erste Ausführungsform eines stromleitenden Elements in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 5 eine zweite Ausführungsform eines stromleitenden Elements in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 6 eine dritte Ausführungsform eines stromleitenden Elements in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 7 eine vierte Ausführungsform eines stromleitenden Elements in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 8 eine vierte Ausführungsform einer Potentialausgleichsanordnung in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 9 eine vierte Ausführungsform eines stromleitenden Elements in einer schematischen Axialschnittansicht, einer Aufsicht auf die äußere Mantelfläche und einer, Aufsicht auf die innere Mantelfläche.
- 10 ein hybrid und ein vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
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Die 1 zeigt eine Potentialausgleichsanordnung 20 zur Verwendung in einer elektrischen Maschine 21 eines Antriebsstrang 22 eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 23, wie es exemplarisch in der 10 gezeigt ist. Die Potentialausgleichsanordnung 20 umfasst ein stromleitendes Element 8, das in oder an einem von einem Schmiermittel 30 durchströmbaren ringförmigen Zwischenraum 31 angeordnet ist. Das Schmiermittel 30 kann beispielsweise ein Hydrauliköl oder aber auch Kühlwasser sein.
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Der Zwischenraum 31 ist von einem äußeren Zylinderbauteil 4 und einem in dem äußeren Zylinderbauteil 4 aufgenommenen inneren Zylinderbauteil 3 definiert. Hierzu besitzt das äußere Zylinderbauteil 4 eine im Wesentlichen zylinderförmige innere Mantelfläche auf, während das innere Zylinderbauteil 3 eine im Wesentlichen zylinderförmige äußere Mantelfläche besitzt. Diese Mantelflächen sind koaxial zur Drehachse 17 des inneren Zylinderbauteils 3, das beispielsweise ein Rotor 24 einer elektrischen Maschine 21 ist, angeordnet. Die Rotationsachse 17 des Rotors 24 ist in der Figur durch die Strich-Punkt-Linie angedeutet. Die äußere Mantelfläche des feststehenden äußeren Bauteils 4 kann eine beliebige Form aufweisen.
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Insbesondere kann das äußere Zylinderbauteil 4 ein Gehäusebestandteil, beispielsweise einer elektrischen Maschine 21, sein.
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Das stromleitende Element 8 verbindet das äußere, feststehende Zylinderbauteil 4 mit dem inneren, rotierenden Zylinderbauteil 3 stromleitend. Das stromleitende Element 8 ist als eine elektrisch nicht leitfähige Abdeckscheibe 9 mit einem an und/oder in der Abdeckscheibe 9 angeordneten sowie im Stromfluss zwischen innerem Zylinderbauteil 3 und äußerem Zylinderbauteil 4 liegenden aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Fäden 11 gebildeten Kontaktierungselement 10 ausgebildet. Dabei kann das Schmiermittel 30 die Abdeckscheibe 9 insbesondere an dem ersten elektrisch leitenden Kontaktbereich 12 durchströmen, was nachfolgend noch erläutert wird. Die Abdeckscheibe 9 ist hierzu drehfest mit dem äußeren, feststehenden Zylinderbauteil 4 verbunden, beispielsweise über einen Presssitz.
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In der Potentialausgleichsanordnung 20 ist ein erster elektrisch leitender Kontaktbereich 12 zwischen der sich relativ zueinander drehenden Abdeckscheibe 9 und dem inneren Zylinderbauteil 3 vorhanden, an dem wenigstens einer der Fäden 11 des Kontaktierungselements 10 im Wesentlichen tangential zwischen zwei Stützstellen 18 an dem inneren Zylinderbauteil 3 anliegt. Dies geht auch insbesondere gut aus den Querschnittsdarstellungen des stromleitenden Elements 8 in den 4-7 hervor.
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Wie sich auch aus den 4-7 erkennen lässt, ist ein zweiter elektrisch leitender Kontaktbereich 13 zwischen der sich relativ zueinander feststehenden Abdeckscheibe 9 und dem äußeren Zylinderbauteil 4 vorhanden, an dem wenigstens einer der Fäden 11 des Kontaktierungselements 10 im Wesentlichen radial aus der Abdeckscheibe 9 hervorsteht und an dem äußeren Zylinderbauteil 4 anliegt. Die Abdeckscheibe 9 ist in der gezeigten Konfiguration der 4 drehfest mit dem äußeren Zylinderbauteil 4 verbunden, beispielsweise über einen Presssitz.
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In der 4 besitzt das Kontaktierungselement 10 einen aus einem Faden 11 gebildetes Achteck, von dessen Ecken sich jeweils ein Faden 11 in radialer Richtung nach außen erstreckt. Diese Verbindung zwischen dem das Achteck bildenden Faden 11 und den sich in radialer Richtung erstreckenden Fäden 11 kann beispielsweise durch ein Verknüpfe, Verknoten, Verschweißen, Verkleben oder ähnliches bewirkt sein.
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Die Ecken des aus dem Faden 11 gebildeten Achtecks bilden die Stützstellen 18, zwischen denen jeweils ein Fadenabschnitt des Fadens 11 des Achtecks tangential an dem inneren Zylinderbauteil 3 anliegt. Wie man an der 4 gut erkennt, sind die Fadenabschnitte zwischen den Stützstellen 18 so konfiguriert, dass sie in radialer Richtung vorgespannt an der äußeren Zylindermantelfläche des inneren Zylinderbauteils 3 anliegen, wodurch sie einen guten und sicheren elektrischen Kontakt realisieren können. Ferner kann diese Vorspannung in gewissem Maße auch Fertigungstoleranzen oder verschleißbedingte, anwachsende Toleranzen kompensieren.
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Der erste elektrisch leitende Kontaktbereich 12 ist so hydraulisch permeable und kann von dem Schmiermittel 30 durchströmt werden.
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Eine Abwandlung des aus der 4 bereits bekannten Abdeckscheibe 9 ist in der 5 gezeigt. Hierbei wurde das durch einen Faden 11 gebildete umlaufend geschlossene Achteck durch vier über den Umfang der Abdeckscheibe 9 verteilt angeordneter U-förmiger Fäden 11 ersetzt. Durch die verringerte Anzahl an ersten elektrisch leitenden Kontaktbereichen 12 gegenüber der Ausführung in der 4, kann eine Reibungsreduzierung bewirkt werden.
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Die 6-7 zeigen Ausführungsformen des stromleitenden Elements 8 bei denen wenigstens einer der Fäden 11 eine im Querschnitt geschlossene Kontur 14 ausbildet.
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Wie in der 6 dargestellt, ist, kann eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktbereichen 12,13 über den inneren und äußeren Umfang der Abdeckscheibe 9 verteilt angeordnet werden. Diese Ausführungsform stellt eine Abwandlung der aus der 5 bekannten Abdeckscheibe 9 dar.
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7 zeigt erneut eine Ausführungsform einer Abdeckscheibe 9, bei der lediglich ein Faden 11 eine umlaufend geschlossene Kontur 14 ausbildet, die dann insgesamt vier erste elektrisch leitende Kontaktbereiche 12 und vier zweite elektrisch leitende Kontaktbereiche 13 aufweist, die jeweils um etwa 90° versetzt zueinander über den Umfang der Abdeckscheibe 9 verteilt angeordnet sind.
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Die 8-9 zeigen des Weiteren eine Ausführungsform eines stromleitenden Elements 8, bei dem der erste elektrische Kontaktbereich 12 aus der Abdeckscheibe 9 und dem inneren Zylinderbauteil 3 oder dem äußeren Zylinderbauteil 4 gebildet wird, bei der wenigstens ein Kontaktabschnitt 16 einer der Fäden 11 des Kontaktierungselements 12 in einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 90° zur Rotationsachse 17 des inneren Zylinderbauteils 3 oder äußeren Zylinderbauteils 4 frei in der Abdeckscheibe 9 angeordnet ist, und der Kontaktabschnitt 16 an dem inneren Zylinderbauteil 3 oder äußeren Zylinderbauteil 4 anliegt. Die Fäden 11 des Kontaktierungselements 12 sind dabei, außer die mit den elektrischen Kontaktbereichen 12,13 in Verbindung stehenden Abschnitte, in der Abdeckscheibe 9 aufgenommen. Die Abdeckscheibe 9, wie sie in den 1-9 gezeigt ist, ist aus einem Kunststoff geformt.
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Wie man aus der 8 erkennt, weist die Abdeckscheibe 9 zwei axial benachbarte Zylinderringabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf, so dass sich an der dem äußerem Zylinderbauteil 4 zugewandten Mantelfläche der Abdeckscheibe 9 eine Stufe ausbildet. Diese Stufe wird von einem Faden 11 in einem Winkel von ca. 45° überspannt. Das äußere, um die Rotationsachse 17 rotierende Zylinderbauteil 4 besitzt im Bereich des ersten elektrisch leitenden Kontaktbereichs 12 eine Fase, die an dem Faden 11 anliegt. An der radial inneren Mantelfläche der Abdeckscheibe 9 ist der Faden 11 in Umfangsrichtung zig-zagförmig bzw. sägezahnartig geführt, was den Kontaktfläche bzw. -länge des Kontaktbereichs 12 vergrößert. Die wird gut aus der oberen Abbildung der 9 ersichtlich, die eine Aufsicht auf die innere Mantelfläche der Abdeckscheibe 9 zeigt. Die untere Abbildung der 9 zeigt eine Aufsicht auf die äußere Mantelfläche der Abdeckscheibe 9, die drehfest mit dem inneren Zylinderbauteil 3 verbunden ist. Man erkennt insbesondere gut den punktförmigen, tangentialen Austritt der Fäden 11 an den zweiten elektrisch leitenden Kontaktbereichen 13.
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11 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung eines stromleitenden Elements 8, welches über zwei parallel zueinander an und/oder durch die Abdeckscheibe 9 verlaufende Fäden 11 aufweist. Die Fäden 11 verlaufen im Wesentlichen gradlinig durch die ringscheibenförmige Abdeckscheibe 9 und treten an den elektrisch leitenden Kontaktbereich 12 abschnittsweise zwischen zwei Stützstellen 18 aus der Abdeckscheibe 9 aus. Auch wenn in der 11 zwei parallele Fäden 11 gezeigt sind, so versteht es sich, dass die Abdeckscheibe 9 auch lediglich einen Faden 11 aufweisen kann.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform einer Potentialausgleichsanordnung 20, die ausgehend von der Ausführungsform der 1 nun auch ein Wälzlager 2 umfasst, wobei das stromleitende Element 8 axial beabstandet von dem Wälzlager 2 in dem zylinderringförmigen Zwischenraum 31 angeordnet ist.
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In der 2 ist eine Ausführungsform einer Potentialausgleichsanordnung wiedergegeben, bei der das innere Zylinderbauteil 3 ein Innenring eines Wälzlagers 2 und das äußere Zylinderbauteil 4 ein Außenring eines Wälzlagers 2 ist. 2 zeigt somit eine Wälzlageranordnung 1, insbesondere zur Verwendung in einer elektrischen Maschine 21 eines Antriebsstrang 22 eines hybriden oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 23, umfassend 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. Zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 ist ein stromleitendes Element 8 angeordnet, wie es insbesondere aus den 4-9 bekannt ist. Das stromleitende Element 8 verbindet den Innenring 3 mit dem Außenring 4 stromleitend. Der Innenring 3 ist drehfest mit dem Rotor 24 einer elektrischen Maschine 21 und der Außenring 4 drehfest mit einem Gehäuse 25.
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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
- inneres Zylinderbauteil / Innenring
- 4
- äußeres Zylinderbauteil / Außenring
- 5
- Wälzkörpern
- 6
- Innenringlaufbahn
- 7
- Außenringlaufbahn
- 8
- stromleitendes Element
- 9
- Abdeckscheibe
- 10
- Kontaktierungselement
- 11
- Fäden
- 12
- Kontaktbereich
- 13
- Kontaktbereich
- 14
- Kontur
- 16
- Kontaktabschnitt
- 17
- Rotationsachse
- 18
- Stützstellen
- 20
- Potentialausgleichsanordnung
- 21
- elektrische Maschine
- 22
- Antriebsstrang
- 23
- Kraftfahrzeug
- 24
- Rotor
- 25
- Gehäuse
- 30
- Schmiermittel
- 31
- Zwischenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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