DE102021210011A1

DE102021210011A1 - Shaft grounding device for creating an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing

Info

Publication number: DE102021210011A1
Application number: DE102021210011.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Griesbach; Dominik Erny
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2022-12-08

Abstract

Wellenerdungseinrichtung (E) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer drehbaren Welle (W) und einem Gehäuse (GH), wobei die Wellenerdungseinrichtung (E) mechanisch und elektrisch mit dem Gehäuse (GH) verbunden ist und mehrere biege-elastische und elektrisch leitfähige Kontaktelemente (EK) aufweist, welche einen elektrisch leitenden Schleifkontakt (SK) zu einer Umfangsfläche (C) der Welle (W) oder einer auf die Welle (W) aufgebrachten Hülse bilden, wobei die Kontaktelemente (EK) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie aufgrund ihrer eigenen Biege-Elastizität eine Vorspannung des Schleifkontakts (SK) bewirken, wobei die Wellenerdungseinrichtung (E) zumindest ein Führungselement (EF) aufweist, welches dazu eingerichtet ist ein Umknicken von Kontaktelementen (EK) bei der Montage der Wellenerdungseinrichtung (E) auf die Welle (W) zu vermeiden; sowie Getriebe (G) oder elektrische Achsantriebs-Einheit (EA) für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wellenerdungseinrichtung (E); sowie elektrische Maschine (EM2) mit einer solchen Wellenerdungseinrichtung (E).Shaft grounding device (E) for establishing an electrically conductive connection between a rotatable shaft (W) and a housing (GH), the shaft grounding device (E) being mechanically and electrically connected to the housing (GH) and having a number of flexible and electrically conductive contact elements (EK) which form an electrically conductive sliding contact (SK) to a peripheral surface (C) of the shaft (W) or to a sleeve applied to the shaft (W), the contact elements (EK) being arranged and designed in such a way that they cause the sliding contact (SK) to be prestressed due to its own bending elasticity, with the shaft grounding device (E) having at least one guide element (EF) which is set up to prevent contact elements (EK) from buckling when the shaft grounding device (E) is mounted on the to avoid wave (W); and transmission (G) or electric axle drive unit (EA) for a motor vehicle with such a shaft grounding device (E); and electrical machine (EM2) with such a shaft grounding device (E).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenerdungseinrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse. Die Erfindung betrifft ferner ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wellenerdungseinrichtung, sowie eine elektrische Achsantriebs-Einheit für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wellenerdungseinrichtung, sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Wellenerdungseinrichtung.The invention relates to a shaft grounding device for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing. The invention also relates to a transmission for a motor vehicle with such a shaft grounding device, and an electric axle drive unit for a motor vehicle with such a shaft grounding device, and an electric machine with such a shaft grounding device.

Die DE 10 2016 010 926 A1 beschreibt einen Wellenerdungsring zur Ableitung induzierter Spannungen von einer Welle in ein Maschinenelement. Der Wellenerdungsring weist ein Gehäuse und mehrere am Gehäuse angeordnete Ableitelemente auf. Ein elastisch gebogener Randbereich jedes der Ableitelemente liegt an der Welle an, sodass ein elektrisch leitfähiger Schleifkontakt zur Welle gebildet wird.the DE 10 2016 010 926 A1 describes a shaft grounding ring for deriving induced voltages from a shaft into a machine element. The shaft grounding ring has a housing and several diverting elements arranged on the housing. An elastically curved edge area of each of the discharge elements rests against the shaft, so that an electrically conductive sliding contact is formed with the shaft.

Bei der Montage des Wellenerdungsrings auf die Welle kann es zum Abknicken von einzelnen Ableitelementen kommen. Dies kann die Vorspannkraft der Ableitelemente negativ beeinflussen, und somit die Lebensdauer des Wellenerdungsrings herabsetzen. Dies ist unerwünscht.When mounting the shaft grounding ring on the shaft, individual arresting elements may buckle. This can negatively affect the preload force of the discharge elements and thus reduce the service life of the shaft grounding ring. This is undesirable.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Wellenerdungseinrichtung bereitzustellen, welche eine Beschädigung der schleifkontaktführenden Elemente während der Montage verhindert.It is therefore the object of the invention to provide a shaft grounding device which prevents damage to the elements guiding the sliding contact during assembly.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.The object is achieved by the features of patent claim 1. Advantageous refinements result from the dependent patent claims, the description and the figures.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Wellenerdungseinrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse vorgeschlagen. Die Wellenerdungseinrichtung ist mechanisch und elektrisch mit dem Gehäuse verbunden, und weist mehrere biege-elastische und elektrisch leitfähige Kontaktelemente auf. Die Kontaktelemente können beispielsweise durch Bürsten oder durch PTFE-Elemente mit elektrisch leitfähigen Füllstoffen oder durch ein elektrisch leitfähiges Vlies gebildet sein. Die Kontaktelemente bilden einen elektrisch leitenden Schleifkontakt zu einer Umfangsfläche der Welle oder zu einer auf die Welle aufgebrachten Hülse. Die Kontaktelemente sind derart angeordnet und ausgestaltet, dass sie aufgrund ihrer eigenen Biege-Elastizität eine Vorspannung des Schleifkontakts bewirken.To solve the problem, a shaft grounding device is proposed for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing. The shaft grounding device is mechanically and electrically connected to the housing and has a number of flexible and electrically conductive contact elements. The contact elements can be formed, for example, by brushes or by PTFE elements with electrically conductive fillers or by an electrically conductive fleece. The contact elements form an electrically conductive sliding contact with a peripheral surface of the shaft or with a sleeve fitted to the shaft. The contact elements are arranged and designed in such a way that they bring about a prestressing of the sliding contact due to their own bending elasticity.

Erfindungsgemäß weist die Wellenerdungseinrichtung zumindest ein Führungselement auf. Das Führungselement ist dazu eingerichtet, ein Umknicken von Kontaktelementen bei der Montage der Wellenerdungseinrichtung auf die Welle zu vermeiden. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass eine Beschädigung der Kontaktelemente während der Montage auf die Welle häufig auf eine nicht-koaxiale Anordnung von Welle und Wellenerdungseinrichtung zurückzuführen ist. Durch das Führungselement kann genau dieser nicht-koaxiale Anordnungs-Zustand auf ein Maß begrenzt werden, welches für die Kontaktelemente unschädlich ist.According to the invention, the shaft grounding device has at least one guide element. The guide element is set up to prevent contact elements from buckling when the shaft grounding device is installed on the shaft. The invention is based on the finding that damage to the contact elements during assembly on the shaft is often due to a non-coaxial arrangement of the shaft and shaft grounding device. This non-coaxial arrangement state can be limited precisely to a level by the guide element which is not harmful to the contact elements.

Vorzugsweise sind die Kontaktelemente ringförmig angeordnet. In anderen Worten sind die Kontaktelemente entlang der Umfangsfläche der Welle oder der Hülse angeordnet, und bilden derart einen Ring. An zumindest drei Positionen entlang dieser ringförmigen Anordnung ist je ein Führungselement angeordnet, und zwar zwischen zwei benachbarten Kontaktelementen. Durch die drei Führungselemente kann die Wellenerdungseinrichtung bei der Montage auf die Welle entlang der Wellen-, bzw. Hülsenumfangsfläche zentriert werden, sodass ein Abknicken von Kontaktelementen während des Montagevorgangs verhindert wird.The contact elements are preferably arranged in a ring shape. In other words, the contact elements are arranged along the peripheral surface of the shaft or the sleeve and thus form a ring. A guide element is arranged at at least three positions along this ring-shaped arrangement, specifically between two adjacent contact elements. Due to the three guide elements, the shaft grounding device can be centered during assembly on the shaft along the shaft or sleeve peripheral surface, so that buckling of the contact elements is prevented during the assembly process.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das zumindest eine Führungselement ringförmig ausgebildet, sodass bei der Montage auf der Welle ein ringförmiger Spalt zwischen dem Außendurchmesser der Welle, bzw. der Hülse und dem Innendurchmesser des Führungselements gebildet wird. Die Kontaktelemente sind auch in dieser Ausgestaltung ringförmig angeordnet. Durch die ringförmige Ausbildung des Führungselements wird eine axiale Überlappung mit den inneren Enden der Kontaktelemente erreicht. Dadurch wird nicht nur das Abknicken von Kontaktelementen vermieden, sondern auch eine Biegebelastung der Kontaktelemente entgegen der vorgesehenen Biegerichtung begrenzt. Denn wird die Wellenerdungseinrichtung entgegen der Soll-Ausrichtung montiert, so können die Kontaktelemente aufgrund der axialen Überlappung nur so weit gebogen werden, bis diese am ringförmigen Führungselement anstehen.According to an alternative embodiment, the at least one guide element is ring-shaped, so that an annular gap is formed between the outside diameter of the shaft or the sleeve and the inside diameter of the guide element during assembly on the shaft. The contact elements are also arranged in a ring shape in this embodiment. Due to the ring-shaped design of the guide element, an axial overlap with the inner ends of the contact elements is achieved. This not only prevents contact elements from buckling, but also limits bending stress on the contact elements counter to the intended bending direction. If the shaft grounding device is installed in the opposite direction to the desired orientation, the contact elements can only be bent due to the axial overlapping until they are in contact with the annular guide element.

Vorzugsweise sind die Kontaktelemente zwischen einem Halteelement und einem Klemmelement befestigt. Das zumindest eine Führungselement ist bei einer derartigen Ausgestaltung am Halteelement oder am Klemmelement entweder unmittelbar ausgebildet oder daran befestigt. Die Befestigung der Kontaktelemente zwischen Halteelement und Klemmelement ist einfach und prozesssicher herstellbar. Die Ausbildung oder Befestigung des zumindest einen Führungselements an einem dieser Elemente ist einfach umzusetzen, sodass die Schutzwirkung der Kontaktelemente vor Umknicken mit nur geringem zusätzlichen Aufwand bereitgestellt werden kann.The contact elements are preferably fastened between a holding element and a clamping element. In such a configuration, the at least one guide element is either formed directly on the holding element or on the clamping element or is attached thereto. The fastening of the contact elements between the holding element and the clamping element can be produced in a simple and process-reliable manner. The formation or attachment of the at least one guide element to one of these elements is easy to implement, so that the protective effect of the contact elements against twisting can be provided with only little additional effort.

Vorzugsweise weisen zumindest einige der Kontaktelemente einen nach radial innen größer werdenden Querschnitt auf, sodass eine axiale Überdeckung von zumindest einem derartigen Kontaktelement und dem zumindest einen Führungselement besteht. Auch auf diese Weise kann eine Biegebelastung der Kontaktelemente entgegen der vorgesehenen Biegerichtung begrenzt werden. Denn wird die Wellenerdungseinrichtung entgegen der Soll-Ausrichtung montiert, so stehen die Kontaktelemente aufgrund ihres breiten Fuß-Querschnitts an dem zumindest einen Führungselement an.Preferably, at least some of the contact elements have a cross section that increases radially inward, so that there is an axial overlap of at least one such contact element and the at least one guide element. In this way too, a bending load on the contact elements can be limited counter to the intended bending direction. Because if the shaft grounding device is installed in the opposite direction to the desired orientation, the contact elements are in contact with the at least one guide element due to their wide base cross-section.

Vorzugsweise weist das Halteelement oder das Klemmelement eine Aussparung für eines der Kontaktelemente auf. Dadurch kann trotz der axialen Überdeckung zu dem zumindest einen Führungselement ein ausreichend großer Biegeradius der Kontaktelemente gewährleistet werden.The holding element or the clamping element preferably has a recess for one of the contact elements. As a result, a sufficiently large bending radius of the contact elements can be ensured despite the axial overlap with the at least one guide element.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umgreift zumindest eines der Kontaktelement das zumindest eine Führungselement. Dadurch weist das betroffene Kontaktelement trotz dem zumindest einen Führungselement eine breite Abstützbasis auf, sodass eine gleichmäßige Flächenpressung zur Umfangsfläche der Welle, bzw. der Hülse erreicht wird. Dies verbessert die Lebensdauer der Wellenerdungseinrichtung. Zudem wird durch eine solche Ausgestaltung ein Umknicken der Kontaktelemente bei fehlerhafter Montage vermieden.According to a preferred embodiment, at least one of the contact elements encompasses the at least one guide element. As a result, the affected contact element has a broad support base despite the at least one guide element, so that a uniform surface pressure on the peripheral surface of the shaft or the sleeve is achieved. This improves the lifetime of the shaft grounding device. In addition, such a design prevents the contact elements from buckling in the event of incorrect assembly.

Vorzugsweise weist zumindest jenes Kontaktelement, welches das zumindest eine Führungselement umgreift, eine Aussparung auf. Das zumindest eine Führungselement ist derart angeordnet, dass es durch die Aussparung hindurchführt. Eine solche Ausgestaltung verhindert nicht nur ein Umknicken der Kontaktelemente bei fehlerhafter Montage, sondern erleichtert auch den Zusammenbau der Wellenerdungseinrichtung. Zudem ist derart eine besonders steife Ausführung der Kontaktelemente möglich, sodass eine Überlastung des Kontaktelemente durch Drehrichtungswechsel der Welle ausgeschlossen werden kann.At least that contact element which encompasses the at least one guide element preferably has a recess. The at least one guide element is arranged in such a way that it leads through the recess. Such a configuration not only prevents the contact elements from buckling in the event of incorrect assembly, but also facilitates the assembly of the shaft grounding device. In addition, a particularly stiff design of the contact elements is possible in this way, so that overloading of the contact elements due to a change in the direction of rotation of the shaft can be ruled out.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine Führungselement derart ausgestaltet, dass es im montierten Zustand der Wellenerdungseinrichtung keinen Kontakt zur Umfangsfläche der Welle, bzw. der Hülse hat. Dadurch können unnötige Reibungsverluste vermieden werden.According to a preferred embodiment, the at least one guide element is designed in such a way that it has no contact with the peripheral surface of the shaft or the sleeve when the shaft grounding device is in the installed state. As a result, unnecessary friction losses can be avoided.

Die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung kann Bestandteil eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug sein, beispielsweise ein Automatikgetriebe oder ein automatisiertes Getriebe mit mehreren Gangstufen. Die entsprechend geerdete Welle des Getriebes ist in einem Gehäuse des Getriebes drehbar gelagert. Die Welle kann beispielsweise eine Abtriebswelle des Getriebes sein. Das Getriebe kann eine elektrische Maschine aufweisen, welche zum Antrieb der Welle eingerichtet ist.The proposed shaft grounding device can be part of a transmission for a motor vehicle, for example an automatic transmission or an automated transmission with multiple gears. The appropriately grounded shaft of the gearbox is rotatably mounted in a housing of the gearbox. The shaft can be, for example, an output shaft of the transmission. The transmission can have an electric machine, which is set up to drive the shaft.

Die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung kann Bestandteil einer elektrischen Achsantriebs-Einheit für ein Kraftahrzeug sein. Die entsprechend geerdete Welle der elektrischen Achsantriebs-Einheit ist in einem Gehäuse der elektrischen Achsantriebs-Einheit drehbar gelagert.The proposed shaft grounding device can be part of an electric axle drive unit for a motor vehicle. The correspondingly grounded shaft of the electric axle drive unit is rotatably mounted in a housing of the electric axle drive unit.

Die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung kann Bestandteil einer elektrischen Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor sein. Der Rotor ist mit einer Rotorwelle gekoppelt. Die Rotorwelle ist durch die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung gegenüber einem Gehäuse der elektrischen Maschine geerdet.The proposed shaft grounding device can be part of an electrical machine with a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor. The rotor is coupled to a rotor shaft. The rotor shaft is grounded with respect to a housing of the electrical machine by the proposed shaft grounding device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 und 2 je einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs;
3 eine elektrische Maschine;
4 eine Detail-Ansicht einer aus einem Gehäuse hervorragenden Welle;
5 eine Draufsicht einer Wellenerdungseinrichtung;
6 und 7 je eine Detailansicht einer Wellenerdungseinrichtung;
8 eine Detail-Schnittansicht einer Wellenerdungseinrichtung zusammen mit einer Welle und einem Gehäuse; sowie
9 und 10 je eine Detailansicht einer Wellenerdungseinrichtung.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the figures. Show it:

1 and 2 one drive train each of a motor vehicle;
3 an electric machine;
4 a detailed view of a shaft protruding from a housing;
5 a plan view of a shaft grounding device;
6 and 7 a detailed view of a shaft grounding device;
8th a detailed sectional view of a shaft grounding device together with a shaft and a housing; such as
9 and 10 a detailed view of a shaft grounding device.

1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM auf, dessen Ausgang mit einer Eingangswelle GW1 eines Getriebes G verbunden ist. Eine Abtriebswelle GW2 des Getriebes G ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden. Das Differentialgetriebe AG ist dazu eingerichtet, die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs zu verteilen. Das Getriebe G weist einen Radsatz RS auf, welcher zusammen mit in 1 nicht dargestellten Schaltelementen dazu eingerichtet ist verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 bereitzustellen. Der Radsatz RS ist von einem Gehäuse GG umschlossen, welches auch eine mit der Eingangswelle GW1 verbundene elektrische Maschine EM beherbergt. Die elektrische Maschine EM ist dazu eingerichtet die Eingangswelle GW1 anzutreiben. Am Gehäuse GG ist ein Umrichter INV befestigt. Der Umrichter INV ist einerseits mit der elektrischen Maschine EM und andererseits mit einer Batterie BAT verbunden. Der Umrichter INV dient zur Wandlung des Gleichstroms der Batterie BAT in einen zum Betrieb der elektrischen Maschine EM geeigneten Wechselstrom, und weist dazu mehrere Leistungshalbleiter auf. Die Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom erfolgt durch einen gesteuerten pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter. 1 shows schematically a drive train for a motor vehicle. The drive train has an internal combustion engine VM whose output is connected to an input shaft of a transmission G GW1. An output shaft GW2 of the gear G is connected to a differential gear AG. The differential gear AG is set up to distribute the power present at the output shaft GW2 to the drive wheels DW of the motor vehicle. The transmission G has a wheel set RS, which together with in 1 Switching elements not shown is set up to provide different transmission ratios between the input shaft GW1 and the output shaft GW2. The wheelset RS is enclosed by a housing GG, which also accommodates an electrical machine EM connected to the input shaft GW1. The electric machine EM is set up to drive the input shaft GW1. On the housing GG is a converter INV fastened. The converter INV is connected on the one hand to the electrical machine EM and on the other hand to a battery BAT. The converter INV is used to convert the direct current from the battery BAT into an alternating current that is suitable for operating the electrical machine EM and has a number of power semiconductors for this purpose. The conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.

2 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welcher im Gegensatz zur in 1 dargestellten Ausführung ein rein elektrischer Antriebsstrang ist. Der Antriebsstrang weist eine elektrische Achsantriebs-Einheit EX auf. Die elektrische Achsantriebs-Einheit EX umfasst eine elektrische Maschine EM, deren Leistung über einen Reduktionsradsatz RS2 und ein Differentialgetriebe AG auf Antriebsräder DW eines Kraftfahrzeugs übertragen werden. Ausgangswellen DS1, DS2 des Differentialgetriebes AG sind mit den Antriebsrädern DW verbunden. Die elektrische Maschine EM, der Reduktionsradsatz RS2 und das Differentialgetriebe AG sind von einem Gehäuse GA umschlossen. Am Gehäuse GA ist ein Umrichter INV befestigt. Der Umrichter INV ist einerseits mit der elektrischen Maschine EM und andererseits mit einer Batterie BAT verbunden. Der Umrichter INV dient zur Wandlung des Gleichstroms der Batterie BAT in einen zum Betrieb der elektrischen Maschine EM geeigneten Wechselstrom, und weist dazu mehrere Leistungshalbleiter auf. Die Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom erfolgt durch einen gesteuerten pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter. 2 shows schematically a drive train for a motor vehicle, which, in contrast to in 1 illustrated embodiment is a purely electric drive train. The drive train has an electric axle drive unit EX. The electric axle drive unit EX comprises an electric machine EM, the power of which is transmitted to drive wheels DW of a motor vehicle via a reduction gear set RS2 and a differential gear AG. Output shafts DS1, DS2 of the differential gear AG are connected to the drive wheels DW. The electric machine EM, the reduction gear set RS2 and the differential gear AG are enclosed by a housing GA. An inverter INV is attached to the housing GA. The converter INV is connected on the one hand to the electrical machine EM and on the other hand to a battery BAT. The converter INV is used to convert the direct current from the battery BAT into an alternating current that is suitable for operating the electrical machine EM and has a number of power semiconductors for this purpose. The conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.

Die in 1 und 2 dargestellten Antriebsstränge sind nur beispielhaft anzusehen.In the 1 and 2 illustrated drive trains are only to be regarded as examples.

Durch den pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter können elektromagnetische Störsignale entstehen, die beispielsweise im Antriebsstrang gemäß 1 in die Abtriebswelle GW2 oder im Antriebsstrang gemäß 2 in die Ausgangswellen DS1, DS2 eingekoppelt werden. Durch die in 1 und 2 nicht dargestellte Lagerung der Abtriebswelle GW2, bzw. der Ausgangswellen DS1, DS2 sind diese jedoch gegenüber dem Gehäuse GG, bzw. dem Gehäuse GA elektrisch isoliert, da das Schmieröl im Inneren der Gehäuse GG, GA elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Somit können in die Abtriebswelle GW2, bzw. in die Ausgangswellen DS1, DS2 eingekoppelte Störsignale nicht auf kurzem Weg in das Gehäuse GG, bzw. Gehäuse GA fließen, welches mit einer elektrischen Masse des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Stattdessen gelangen die Störsignale durch elektromagnetische Abstrahlung zurück zur elektrischen Masse, wodurch andere elektronische Komponenten des Kraftfahrzeugs gestört werden können. Die aus dem Gehäuse GG, bzw. Gehäuse GA hervortretende Abtriebswelle GW2, bzw. Ausgangswellen DS1, DS2 können dabei eine Antenne bilden, welche die elektromagnetische Abstrahlung der Störsignale begünstigt.Due to the pulsed operation of the power semiconductors, electromagnetic interference signals can arise, for example in the drive train according to 1 in the output shaft GW2 or in the drive train 2 be coupled into the output shafts DS1, DS2. through the in 1 and 2 Not shown storage of the output shaft GW2, or the output shafts DS1, DS2, these are electrically isolated from the housing GG, or the housing GA, since the lubricating oil inside the housing GG, GA has electrically insulating properties. Thus, interference signals coupled into the output shaft GW2 or into the output shafts DS1, DS2 cannot flow directly into the housing GG or housing GA, which is connected to an electrical ground of the motor vehicle. Instead, the interference signals get back to the electrical ground through electromagnetic radiation, as a result of which other electronic components of the motor vehicle can be disturbed. The output shaft GW2 or output shafts DS1, DS2 protruding from the housing GG or housing GA can form an antenna which promotes the electromagnetic radiation of the interference signals.

3 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine EM2. Die elektrische Maschine EM2 weist ein Gehäuse GE auf, welches einen Stator S und einen Rotor R aufnimmt. Der Stator S ist drehfest im Gehäuse GE fixiert. Der Rotor R ist mit einer Rotorwelle RW gekoppelt, wobei die Rotorwelle RW über zwei am Gehäuse GE abgestützte Wälzlager WL1, WL2 drehbar gelagert ist. Ein Ende der Rotorwelle RW ragt aus dem Gehäuse GE hervor. An einem freiliegenden Abschnitt der Rotorwelle RW ist eine Wellenerdungseinrichtung E vorgesehen. Zwischen dem Wälzlager WL2 und der Wellenerdungseinrichtung ist ein Dichtring DR2 vorgesehen. Die Wellenerdungseinrichtung E stellt einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Gehäuse GE und der Rotorwelle RW her. Die Wellenerdungseinrichtung E weist dazu Bürsten oder andere elektrisch leitfähige Kontaktelemente auf, welche auf einer Oberfläche der Rotorwelle RW schleifen. Über die Wellenerdungseinrichtung E kann ein Potentialunterschied zwischen dem Gehäuse GE und der Rotorwelle E abgebaut werden. Die Wälzlager WL1, WL2 werden dadurch vor einem unkontrollierten Potentialausgleich über die Wälzkörper der Wälzlager WL1, WL2 geschützt. 3 shows a schematic view of an electrical machine EM2. The electrical machine EM2 has a housing GE, which accommodates a stator S and a rotor R. The stator S is rotatably fixed in the housing GE. The rotor R is coupled to a rotor shaft RW, the rotor shaft RW being rotatably mounted via two roller bearings WL1, WL2 supported on the housing GE. One end of the rotor shaft RW protrudes from the housing GE. A shaft grounding device E is provided at an exposed portion of the rotor shaft RW. A sealing ring DR2 is provided between the roller bearing WL2 and the shaft grounding device. The shaft grounding device E establishes an electrically conductive contact between the housing GE and the rotor shaft RW. For this purpose, the shaft grounding device E has brushes or other electrically conductive contact elements which rub on a surface of the rotor shaft RW. A potential difference between the housing GE and the rotor shaft E can be reduced via the shaft grounding device E. The roller bearings WL1, WL2 are thereby protected against uncontrolled potential equalization via the roller bodies of the roller bearings WL1, WL2.

4 zeigt eine Detail-Ansicht einer aus einem Gehäuse GH hervorragenden Welle W gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die in 4 dargestellte Welle W könnte beispielsweise die Abtriebswelle GW2 gemäß 1, oder eine der Ausgangswellen DS1, DS2 gemäß 2, oder die Rotorwelle RW gemäß 3 sein. Das Gehäuse GH könnte beispielsweise das Gehäuse GG gemäß 1, das Gehäuse GA gemäß 2 oder das Gehäuse GE gemäß 3 sein. Zur Erdung der Welle W gegenüber dem Gehäuse GH ist eine Wellenerdungseinrichtung E vorgesehen. Die Wellenerdungseinrichtung E weist einen ringförmigen Aufbau auf, welcher eine Umfangsfläche C der Welle W umgibt. Die Wellenerdungseinrichtung E weist ein Halteelement EH auf, an dem drei Befestigungslaschen EB ausgebildet sind. Über die Befestigungslaschen EB ist die Wellenerdungseinrichtung E mit dem Gehäuse GH verschraubt, sodass die Wellenerdungseinrichtung E gegenüber dem Gehäuse GH fixiert ist. Durch die Verschraubung mit dem Gehäuse GH wird auch ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen dem Halteelement EH und dem Gehäuse GH hergestellt. 4 shows a detailed view of a shaft W protruding from a housing GH according to a first exemplary embodiment. In the 4 represented shaft W could, for example, the output shaft GW2 according to 1 , or one of the output shafts DS1, DS2 according to 2 , or the rotor shaft RW according to 3 be. The housing GH could, for example, the housing GG according to 1 , according to the housing GA 2 or the housing according to GE 3 be. A shaft grounding device E is provided for grounding the shaft W with respect to the housing GH. The shaft grounding device E has an annular structure which surrounds a peripheral surface C of the shaft W. The shaft grounding device E has a holding element EH on which three fastening lugs EB are formed. The shaft grounding device E is screwed to the housing GH via the fastening lugs EB, so that the shaft grounding device E is fixed relative to the housing GH. The screw connection to the housing GH also creates an electrically conductive contact between the holding element EH and the housing GH.

Die Wellenerdungseinrichtung E weist um die Umfangsfläche C der Welle W herum angeordnete Kontaktelemente EK auf. Die Kontaktelemente EK sind zwischen dem Halteelement EH und einem Klemmelement EZ geklemmt, und dadurch in Position gehalten. Die radial inneren Enden der Kontaktelemente EK schleifen an der Umfangsfläche C der Welle W, sodass ein elektrisch leitfähiger Schleifkontakt SK gebildet wird. Die Kontaktelemente EK sind aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt, und sind elektrisch leitfähig mit dem Halteelement EH verbunden. Der Schleifkontakt SK kann unmittelbar zur Welle W bestehen, oder alternativ dazu zu einer auf die Welle W aufgebrachten Hülse.The shaft grounding device E has contact elements EK arranged around the peripheral surface C of the shaft W. The contact elements EK are between the holding element EH and a Clamping element EZ clamped and thus held in position. The radially inner ends of the contact elements EK slide on the peripheral surface C of the shaft W, so that an electrically conductive sliding contact SK is formed. The contact elements EK are made from an electrically conductive material and are electrically conductively connected to the holding element EH. The sliding contact SK can be directly to the shaft W, or alternatively to a sleeve applied to the shaft W.

Zur Montage wird die Wellenerdungseinrichtung E in axialer Richtung auf die Umgangsfläche C der Welle W aufgeschoben. Bei einer nicht-koaxialen Ausrichtung von Welle W und Wellenerdungseinrichtung E kann es dabei zum Umknicken von einzelnen Kontaktelementen EK kommen. Um dies zu verhindern sind Führungselemente EF vorgesehen, welche am Klemmelement EZ ausgebildet sind. Die Führungselemente EF sind im Ausführungsbeispiel gemäß 4 an drei Positionen entlang der Umfangsfläche C verteilt, und jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktelementen EK angeordnet. Durch die Führungselemente EF wird ein Achsversatz zwischen Wellenerdungseinrichtung E und Welle W begrenzt, sodass ein Umknicken der Kontaktelemente EK bei der Montage der Wellenerdungseinrichtung E verhindert wird.For assembly, the shaft grounding device E is pushed onto the peripheral surface C of the shaft W in the axial direction. If the shaft W and the shaft grounding device E are not aligned coaxially, individual contact elements EK may buckle. In order to prevent this, guide elements EF are provided, which are formed on the clamping element EZ. The guide elements EF are in accordance with the embodiment 4 distributed at three positions along the peripheral surface C, and each arranged between two adjacent contact elements EK. The guide elements EF limit an axial offset between the shaft grounding device E and the shaft W, so that the contact elements EK are prevented from buckling when the shaft grounding device E is installed.

5 zeigt eine Draufsicht auf die Wellenerdungseinrichtung E. In dieser Ansicht sind die drei Positionen der Führungselemente EF sowie die ringförmige Anordnung der Kontaktelemente EK gut erkennbar. 5 shows a top view of the shaft grounding device E. In this view, the three positions of the guide elements EF and the ring-shaped arrangement of the contact elements EK are clearly visible.

6 zeigt eine Detailansicht der Wellenerdungseinrichtung E gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zum in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Kontaktelemente EK im Kontaktbereich zur Welle W einen breiteren Querschnitt auf als im Kontaktbereich zum Halteelement EH, bzw. zum Klemmelement EZ. Unmittelbar neben dem Kontaktbereich der Kontaktelemente EK zum Halteelement EH sind Führungselemente EF angeordnet, welche im gegebenen Ausführungsbeispiel am Halteelement EH ausgebildet sind. Die Führungselemente EF sind als nach radial innen ausgerichtete Vorsprünge ausgebildet. Würde die Wellenerdungseinrichtung E bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 entgegen der Soll-Ausrichtung auf die Welle W aufgeschoben werden, so würde eine Durchbiegen der Kontaktelemente EK begrenzt werden. Denn die Kontaktelemente EK könnten nur so weit gebogen werden, bis diese an den Führungselementen EF anstehen. 6 shows a detailed view of the shaft grounding device E according to a further exemplary embodiment. Compared to the in 4 and 5 The exemplary embodiment shown has the contact elements EK in the contact area with the shaft W on a wider cross-section than in the contact area with the holding element EH or the clamping element EZ. Directly next to the contact area of the contact elements EK to the holding element EH are arranged guide elements EF, which are formed in the given exemplary embodiment on the holding element EH. The guide elements EF are designed as projections oriented radially inwards. If the shaft grounding device E in accordance with the embodiment 6 are slid onto the shaft W contrary to the target alignment, bending of the contact elements EK would be limited. Because the contact elements EK could only be bent so far until they are present on the guide elements EF.

7 zeigt eine Detailansicht der Wellenerdungseinrichtung E gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei nur ein Abschnitt des Halteelements EH der Wellenerdungseinrichtung E dargestellt ist. Anstelle der nach radial innen ausgerichteten Vorsprünge gemäß dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Führungselement EF ringförmig ausgebildet. Im Halteelement EH sind Aussparungen EG vorgesehen, um einen ausreichend großen Freiraum für die Kontaktelemente EK bereitzustellen. 7 shows a detailed view of the shaft grounding device E according to a further exemplary embodiment, only a section of the holding element EH of the shaft grounding device E being shown. Instead of the radially inwardly aligned projections according to 6 illustrated embodiment, the guide element EF is annular. Recesses EG are provided in the holding element EH in order to provide a sufficiently large free space for the contact elements EK.

8 zeigt eine Detail-Schnittansicht der Wellenerdungseinrichtung E zusammen mit der Welle W und dem Gehäuse GH. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Wellenerdungseinrichtung E axial direkt neben einem Radialwellendichtring DR angeordnet, welcher einen Nassraum NR gegenüber einer Umgebung U abdichtet. Die Wellenerdungseinrichtung ist auf der Umgebungsseite des Radialwellendichtrings DR angeordnet. Das Halteelement EH ist nur abschnittsweise dargestellt; die Befestigungslaschen EB sind in 8 nicht sichtbar. In der Darstellung gemäß 8 ist der Schleifkontakt SK zwischen den Kontaktelementen EK und der Umfangsfläche C der Welle W gut sichtbar. Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist das Führungselement EF Bestandteil des Halteelements EH. Zwischen dem Innendurchmesser des Führungselements EF und der Umfangsfläche C besteht ein Spalt, sodass das Führungselement EF nicht an der Welle W schleift. 8th shows a detailed sectional view of the shaft grounding device E together with the shaft W and the housing GH. In the present exemplary embodiment, the shaft grounding device E is arranged axially directly next to a radial shaft sealing ring DR, which seals off a wet space NR from an environment U. The shaft grounding device is arranged on the side surrounding the radial shaft seal DR. The holding element EH is only partially shown; the fastening lugs EB are in 8th not visible. In the representation according to 8th the sliding contact SK between the contact elements EK and the peripheral surface C of the shaft W is clearly visible. In the embodiment according to 8th the guide element EF is part of the holding element EH. There is a gap between the inner diameter of the guide element EF and the peripheral surface C, so that the guide element EF does not rub against the shaft W.

9 zeigt eine Detailansicht der Wellenerdungseinrichtung E, welche ein ringförmiges Führungselement EF aufweist, welches am Halteelement EH ausgebildet ist. Im Halteelement EH sind Aussparungen EG vorgesehen, um einen ausreichenden Freigang für den elastischen Biegebereich der Kontaktelemente EK zu gewährleisten. 9 shows a detailed view of the shaft grounding device E, which has an annular guide element EF, which is formed on the holding element EH. Recesses EG are provided in the holding element EH in order to ensure sufficient clearance for the elastic bending area of the contact elements EK.

10 zeigt eine Detailansicht der Wellenerdungseinrichtung E gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Kontaktelemente EK jeweils zwei Biegeabschnitte auf, an denen die Kontaktelemente EK mit dem Halteelement EH verbunden sind. Zwischen diesen Biegeabschnitten weisen die Kontaktelemente EK eine Aussparung EN auf. Die Kontaktelemente EK umgreifen dabei jeweils eines der Führungselemente EF, welche im Bereich der Aussparungen EN angeordnet sind. Die Führungselemente EF sind in diesem Ausführungsbeispiel als radial nach innen gerichtet Vorsprünge ausgebildet, welche am Halteelement EH angeordnet sind. 10 shows a detailed view of the shaft grounding device E according to a further exemplary embodiment. In this exemplary embodiment, the contact elements EK each have two bending sections, at which the contact elements EK are connected to the holding element EH. The contact elements EK have a recess EN between these bending sections. The contact elements EK each encompass one of the guide elements EF, which are arranged in the area of the recesses EN. In this exemplary embodiment, the guide elements EF are designed as projections directed radially inwards, which are arranged on the holding element EH.

BezugszeichenlisteReference List

VMVM: Verbrennungsmotorcombustion engine
EXEX: Elektrische Achsantriebs-EinheitElectric final drive unit
GG: Getriebetransmission
GW1GW1: Eingangswelleinput shaft
GW2GW2: Abtriebswelleoutput shaft
RSRS: Radsatzwheelset
RS2RS2: Reduktionsradsatzreduction gear set
EMEM: Elektrische Maschineelectrical machine
INVINV: Umrichterconverter
BATBAT: Batteriebattery
AGInc: Differentialgetriebedifferential gear
DS1DS1: Ausgangswelleoutput shaft
DS2DS2: Ausgangswelleoutput shaft
DWDW: Antriebsraddrive wheel
GAGA: GehäuseHousing
EM2EM2: Elektrische Maschineelectrical machine
SS: Statorstator
RR: Rotorrotor
RWRW: Rotorwellerotor shaft
WL1WL1: Lagerwarehouse
WL2WL2: Lagerwarehouse
DR2DR2: Dichtringsealing ring
GEGE: GehäuseHousing
EE: Wellenerdungseinrichtungshaft grounding device
SKSK: Schleifkontaktsliding contact
EHeh: Halteelementholding element
EGground floor: Aussparungrecess
ENEN: Aussparungrecess
EBEB: Befestigungslaschefastening tab
EZsingle: Klemmelementclamping element
EKEK: Kontaktelementcontact element
EFEF: Führungselementguide element
WW: WelleWave
CC: Umfangsflächeperipheral surface
DRDR: RadialwellendichtringRadial shaft seal
Uu: Umgebungvicinity
NRNO: Nassraumwet room
GHGH: GehäuseHousing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102016010926 A1 [0002]

Claims

Shaft grounding device (E) for establishing an electrically conductive connection between a rotatable shaft (W) and a housing (GH), the shaft grounding device (E) being mechanically and electrically connected to the housing (GH) and having a plurality of flexible and electrically conductive contact elements (EK) which form an electrically conductive sliding contact (SK) to a peripheral surface (C) of the shaft (W) or to a sleeve applied to the shaft (W), the contact elements (EK) being arranged and designed in such a way that they bring about a prestressing of the sliding contact (SK) due to their own bending elasticity, characterized in that the shaft grounding device (E) has at least one guide element (EF), which is set up to prevent contact elements (EK) from buckling during assembly of the shaft grounding device (E ) on the shaft (W) to avoid.

shaft grounding device (E). claim 1 , characterized in that the contact elements (EK) are arranged in a ring, with a guide element (EF) being arranged between two adjacent contact elements (EK) in at least three positions.

shaft grounding device (E). claim 1 , characterized in that the contact elements (EK) are arranged in a ring, wherein the at least one guide element (EF) is ring-shaped.

Shaft grounding device (E) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the contact elements (EK) are fastened between a holding element (EH) and a clamping element (EZ), the at least one guide element (EF) being formed on the holding element (EH) or on the clamping element (EZ) or being fastened thereto is.

Shaft grounding device (E) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that at least a selection of the contact elements (EK) have a radially inwardly increasing cross-section, so that there is an axial overlap of at least one such contact element (EK) and the at least one guide element (EF).

shaft grounding device (E). claim 4 and claim 5 , characterized in that the holding element (EH) or the clamping element (EZ) has at least one recess (EG) for at least one of the contact elements (EK).

Shaft grounding device (E) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that at least one of the contact elements (EK) surrounds the at least one guide element (EF).

shaft grounding device (E). claim 7 , characterized in that that contact element (EK) which encompasses the at least one guide element (EF) has a recess (EN), the at least one guide element (EF) being arranged to pass through the recess (EN).

Shaft grounding device (E) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the at least one guide element (EF) is designed in such a way that it has no contact with the peripheral surface (C) when the shaft grounding device (E) is installed.

Transmission (G) for a motor vehicle, characterized by a shaft grounding device (E) according to one of Claims 1 until 9 for grounding a shaft (GW2) mounted in a housing (GG) of the gearbox (G).

gear (G) after claim 10 , characterized in that the shaft (GW2) forms an output shaft of the gear (G).

gear (G) after claim 10 or claim 11 , characterized in that the transmission (G) has an electrical machine (EM) which is set up to drive the shaft (GW2).

Electrical axle drive unit (EX) for a motor vehicle, characterized by a shaft grounding device (E) according to one of Claims 1 until 9 for grounding a shaft (DS1, DS2) mounted in a housing (GA) of the final drive unit (EA).

Electrical machine (EM2) with a non-rotatable stator (S) and a rotatable rotor (R), the rotor (R) being coupled to a rotor shaft (RW), the rotor shaft (RW) being in a housing (GE) of the electrical machine (EM2) is mounted, characterized by a shaft grounding device (E) according to one of Claims 1 until 9 for grounding the rotor shaft (RW).