DE102021210013A1 - Shaft grounding device for creating an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing - Google Patents

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Abstract

Wellenerdungseinrichtung (E) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Welle (W) und einem Gehäuse (GH), wobei die Wellenerdungseinrichtung (E) mehrere biege-elastische Kontaktelemente (EK) aufweist, welche einen Schleifkontakt (K1) zu einer Umfangsfläche der Welle (W) oder einer auf die Welle (W) aufgebrachten Hülse (H) bilden, wobei die Kontaktelemente (EK) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie aufgrund ihrer eigenen Biege-Elastizität eine Vorspannung des Schleifkontakts (K1) bewirken, wobei die freien Enden (EKE) der Schleifkontakte (EK), welche den Schleifkontakt (K1) zur Welle (W) oder zur Hülse (H) bilden, im Neuzustand der Wellenerdungseinrichtung (E) derart abgeschrägt sind, dass eine wirksame Fläche des Schleifkontakts (K1) vergrößert ist; 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 producing an electrically conductive connection between a shaft (W) and a housing (GH), the shaft grounding device (E) having a plurality of flexible contact elements (EK) which have a sliding contact (K1) with a peripheral surface of the shaft (W) or a sleeve (H) applied to the shaft (W), the contact elements (EK) being arranged and designed in such a way that they cause a preload on the sliding contact (K1) due to their own bending elasticity, the free Ends (EKE) of the sliding contacts (EK), which form the sliding contact (K1) to the shaft (W) or to the sleeve (H), when the shaft grounding device (E) is new are beveled in such a way that an effective surface of the sliding contact (K1) is enlarged is; 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. Der Schleifkontakt soll in Form eines Flächenkontakts zwischen den Ableitelementen und der Welle vorliegen, um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zu gewährleisten.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. The sliding contact should be in the form of a surface contact between the discharge elements and the shaft in order to ensure reliable electrical contact.

Während des Betriebs des Wellenerdungsrings kommt es zu einem Verschleiß der Kontaktelemente, sodass die Kontaktelemente mit fortschreitender Betriebsdauer kürzer werden. Dadurch sinkt die Vorspannung des Schleifkontakts. Um über die Lebensdauer einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zu gewährleisten, muss die initiale Vorspannung der Kontaktelemente entsprechend hoch gewählt werden.During operation of the shaft grounding ring, the contact elements wear out, so that the contact elements become shorter as the service life progresses. This reduces the preload of the sliding contact. In order to ensure reliable electrical contact over the service life, the initial preload of the contact elements must be chosen to be correspondingly high.

Werden die Kontaktelemente nun mit erhöhter Biegesteifigkeit ausgeführt, so verkleinert sich die Kontaktfläche im Neuzustand der Wellenerdungseinrichtung. Denn je steifer die Kontaktelemente sind, desto schlechter können sich die Kontaktelemente an die Welle anschmiegen. In der ersten Betriebsphase des Wellenerdungsrings tritt nun ein erhöhter Verschleiß auf, da die hohe Vorspannung auf eine relativ kleine Kontaktfläche wirkt. Dies ist unerwünscht, da der hohe Initialverschleiß die Lebensdauer der Kontaktelemente reduziert. Zudem nimmt die Vorspannung der Kontaktelemente in der ersten Betriebsphase stark ab. Die dadurch hervorgerufene NichtLinearität der Kontaktelement-Vorspannung kann die dauerhafte Zuverlässigkeit der elektrischen Kontaktierung beeinträchtigen.If the contact elements are designed with increased flexural rigidity, the contact surface is reduced when the shaft grounding device is new. Because the stiffer the contact elements are, the more difficult it is for the contact elements to cling to the shaft. In the first operating phase of the shaft grounding ring, increased wear occurs because the high preload acts on a relatively small contact area. This is undesirable since the high level of initial wear reduces the service life of the contact elements. In addition, the prestressing of the contact elements decreases greatly in the first phase of operation. The resulting non-linearity of the contact element bias can impair the long-term reliability of the electrical contact.

Die erhöhte Biegesteifigkeit der Kontaktelemente erschwert zudem das Abziehen der Wellenerdungseinrichtung von der Welle. Denn muss die Wellenerdungseinrichtung nach der Erstmontage wieder von der Welle abgenommen werden, so können sich die Kontaktelemente auf der Wellenoberfläche verkeilen. Dabei können die Kontaktelemente beschädigt werden.The increased flexural rigidity of the contact elements also makes it more difficult to remove the shaft grounding device from the shaft. If the shaft grounding device has to be removed from the shaft after initial assembly, the contact elements can become wedged on the shaft surface. This can damage the contact elements.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Wellenerdung mit erhöhter Lebensdauer und verbesserten Demontageeigenschaften bereitzustellen.It is now the object of the invention to provide a shaft grounding with an increased service life and improved dismantling properties.

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 bilden einen Schleifkontakt zu einer Umfangsfläche der Welle oder 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 form a sliding contact with a circumferential surface of the shaft or 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 sind die freien Enden der Schleifkontakte, welche den Schleifkontakt zur Welle oder zur Hülse bilden, im Neuzustand der Wellenerdungseinrichtung derart abgeschrägt, dass eine wirksame Fläche des Schleifkontakts vergrößert ist. Durch diese Maßnahme wird der initiale Verschleiß der Kontaktelemente auf einfache Weise verringert, da die Flächenpressung des Schleifkontakts reduziert wird. Durch den geringeren initialen Verschleiß wird die Lebensdauer der Wellenerdungseinrichtung erhöht. Zudem erleichtert die Abschrägung der Kontaktelemente das Abziehen der Wellenerdungseinrichtung von der Welle, bzw. von der Hülse. According to the invention, the free ends of the sliding contacts, which form the sliding contact to the shaft or to the sleeve, are beveled when the shaft grounding device is new in such a way that an effective area of the sliding contact is enlarged. This measure reduces the initial wear of the contact elements in a simple manner, since the surface pressure of the sliding contact is reduced. Due to the lower initial wear, the service life of the shaft grounding device is increased. In addition, the chamfering of the contact elements makes it easier to remove the shaft grounding device from the shaft or from the sleeve.

Vorzugsweise erfolgt das Abschrägen der freien Ende der Schleifkontakte durch Prägen, durch Schneiden, durch Abschleifen oder durch Abstanzen. Die Erhöhung der Lebensdauer kann somit durch einfache mechanische Fertigungsmaßnahmen erfolgen.The free ends of the sliding contacts are preferably beveled by embossing, by cutting, by grinding or by punching. The service life can thus be increased by simple mechanical manufacturing measures.

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, wobei ein Abschnitt der Welle aus dem Gehäuse hervorsteht. Der aus dem Gehäuse hervorstehende Wellenabschnitt kann Umwelteinflüssen wie Sand und Feuchtigkeit ausgesetzt sein. 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 several gears. The appropriately grounded shaft of the gearbox is rotatably mounted in a housing of the gearbox, with a section of the shaft protruding from the housing. The shaft section protruding from the housing can be exposed to environmental influences such as sand and moisture. The shaft can be, for example, an output shaft of the transmission. The transmission can be electric Have 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, wobei ein Abschnitt der Welle aus dem Gehäuse hervorsteht. Der aus dem Gehäuse hervorstehende Wellenabschnitt kann Umwelteinflüssen wie Sand und Feuchtigkeit ausgesetzt sein.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 final drive unit is rotatably mounted in a housing of the electric final drive unit, with a section of the shaft protruding from the housing. The shaft section protruding from the housing can be exposed to environmental influences such as sand and moisture.

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. Ein Abschnitt der Rotorwelle steht aus dem Gehäuse hervor.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. A portion of the rotor shaft protrudes from the housing.

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

  • 1 und 2 je einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs;
  • 3 eine elektrische Maschine;
  • 4 und 5 je eine Ansicht einer aus einem Gehäuse hervorragenden Welle; sowie
  • 6 eine Detailansicht einer Wellenerdungseinrichtung im Neuzustand.
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 and 5 one view each of a shaft protruding from a housing; such as
  • 6 a detailed view of a shaft grounding device in new condition.

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. An inverter INV is attached to the housing GG. 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 thereby forming 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-Schnittansicht 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. Die Welle W ist mehrteilig aufgebaut, und ist über ein Kugellager WL am Gehäuse GH gelagert. Das Kugellager WL befindet sich in einem Ölraum NR. Zur Abdichtung des Ölraums NR gegenüber einer Umgebung U ist ein Radialwellendichtring DR vorgesehen. An der Umgebungsseite des Radialwellendichtrings DR ist eine Wellenerdungseinrichtung E vorgesehen. Die Wellenerdungseinrichtung E ist mit dem Gehäuse GH mechanisch und elektrisch leitfähig verbunden. Dazu ist ein Halteelement EH vorgesehen, über welches die Wellenerdungseinrichtung E mechanisch und elektrisch mit dem Gehäuse GH verbunden ist. Das Halteelement EH ist in 4 nur abschnittsweise dargestellt. Kontaktelemente EK der Wellenerdungseinrichtung E bilden einen elektrisch leitfähigen Schleifkontakt K1 zur Welle W. Das Halteelement EH hält die Kontaktelemente EK in Position. Die Kontaktelemente EK können beispielsweise Bürsten oder PTFE-Elemente mit elektrisch leifähigen Füllstoffen oder ein elektrisch leitfähiges Vlies sein. 4 shows a detailed sectional 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. The shaft W is made up of several parts and is mounted on the housing GH via a ball bearing WL. The ball bearing WL is located in an oil chamber NR. A radial shaft sealing ring DR is provided to seal off the oil chamber NR from an environment U. A shaft grounding device E is provided on the side surrounding the radial shaft seal DR. The shaft grounding device E is mechanically and electrically conductively connected to the housing GH. For this purpose, a holding element EH is provided, via which the shaft grounding device E is mechanically and electrically connected to the housing GH. The holding element EH is in 4 only partially shown. Contact elements EK of the shaft grounding device E form an electrically conductive sliding contact K1 with the shaft W. The holding element EH holds the contact elements EK in position. The contact elements EK can be, for example, brushes or PTFE elements with electrically conductive fillers or an electrically conductive fleece.

Um den elektrisch leitfähigen Schleifkontakt K1 gegenüber der Umgebung U zu schützen ist ein Dichtring DX vorgesehen. Der Dichtring DX weist eine metallisches Strukturelement DX1 auf, welches von einem Elastomer DX2 umgeben ist. Der Dichtring DX ist auf einen Außendurchmesser des Halteelements EH aufgepresst. Der Dichtring DX bildet einen zweiten Schleifkontakt K2 zur Welle W. Im Gegensatz zum Radialwellendichtring DR weist der Dichtring DX keine Feder zur Vorspannung des Schleifkontakts K2 in Richtung der Welle W auf. Der Dichtring DX weist eine Lippe L1 und eine Lippe L2 auf. Der Schleifkontakt K2 des Dichtrings DX an der Welle W erfolgt nur über die Lippe L2, sodass zwischen der Welle W und der Lippe L1 ein Spalt besteht.In order to protect the electrically conductive sliding contact K1 from the environment U, a sealing ring DX is provided. The sealing ring DX has a metallic structural element DX1, which is surrounded by an elastomer DX2. The sealing ring DX is pressed onto an outside diameter of the holding element EH. The sealing ring DX forms a second sliding contact K2 on the shaft W. In contrast to the radial shaft sealing ring DR, the sealing ring DX does not have a spring to preload the sliding contact K2 in the direction of the shaft W. The seal ring DX has a lip L1 and a lip L2. The sliding contact K2 of the sealing ring DX on the shaft W is only via the lip L2, so that there is a gap between the shaft W and the lip L1.

Ein zusätzlicher Schutz des Schleifkontakts K1 erfolgt über die Dichtung DA, welche zwischen dem Gehäuse GH und dem Halteelement EH wirkt. Zur Aufnahme der Dichtung DA ist im Gehäuse GH eine entsprechende Nut vorgesehen.The sliding contact K1 is additionally protected by the seal DA, which acts between the housing GH and the holding element EH. A corresponding groove is provided in the housing GH to accommodate the seal DA.

5 zeigt eine Detail-Schnittansicht einer aus einem Gehäuse GH hervorragenden Welle W gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem in 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die in 5 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. 5 shows a detailed sectional view of a shaft W protruding from a housing GH according to a second exemplary embodiment, which essentially corresponds to that in 4 corresponds to the first embodiment shown. In the 5 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.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist auf der Welle W eine Hülse H angeordnet. Die Hülse H besteht beispielsweise aus Edelstahl, und bietet eine mechanisch und korrosiv widerstandsfähige Lauffläche für den Radialwellendichtring DR und die Kontaktelemente EK der Wellenerdungseinrichtung E. Der Schleifkontakt K2 des Dichtrings DX besteht weiterhin direkt zur Welle W, und nicht zur Hülse H. Der Schleifkontakt K2 erfolgt somit an einem kleineren Durchmesser als der Schleifkontakt K1. Bei einer derartigen Ausführung dient der Dichtring DX nicht zur zum Schutz des Schleifkontakts K1 vor Umwelteinflüssen, sondern auch zum Schutz vor einer korrosiven Unterwandung der Hülse H. Zwischen den Lippen L1 und L2 ist eine Fettfüllung F vorgesehen.In the embodiment according to 5 a sleeve H is arranged on the shaft W. The sleeve H is made of stainless steel, for example, and offers a mechanically and corrosively resistant running surface for the radial shaft sealing ring DR and the contact elements EK of the shaft grounding device E. The sliding contact K2 of the sealing ring DX is still directly with the shaft W, and not with the sleeve H. The sliding contact K2 thus takes place at a smaller diameter than the sliding contact K1. In such an embodiment, the sealing ring DX is not used to protect the sliding contact K1 against environmental influences, but also to protect against corrosive underwalling of the sleeve H. A grease filling F is provided between the lips L1 and L2.

6 zeigt einen Querschnitt eines Abschnitts der Wellenerdungseinrichtung E im Neuzustand. Zur besseren Übersichtlichkeit ist nur der Querschnitt dargestellt; die Körperkanten von räumlich dahinterliegenden Elementen der Wellenerdungseinrichtung E sind in 6 nicht dargestellt. Das in 6 dargestellte Kontaktelement EK ist zwischen dem Halteelement EH und einem Klemmring EZ fixiert. Im Bereich des den Schleifkontakt K1 bildenden freien Endes EKE des Kontaktelements EK ist eine Abschrägung Z vorgesehen. Die Abschrägung Z wird beispielsweise durch einen Stanzprozess hergestellt, welcher durchgeführt wird bevor die Kontaktelemente EK mit dem Klemmring EZ und dem Halteelement EH verbunden werden. Alternativ dazu kann die Abschrägung Z durch Prägen, Schleifen oder Schneiden hergestellt werden. Durch die derart abgeschrägten Enden EKE der Kontaktelemente EK wird die Fläche des Schleifkontakts K1 im Neuzustand der Wellenerdungseinrichtung E vergrößert. 6 shows a cross section of a section of the shaft grounding device E when new. For clarity, only the cross section is shown; the body edges of elements of the shaft grounding device E located spatially behind them are in 6 not shown. This in 6 The contact element EK shown is between the holding element EH and a clamping ring EZ fixed. A bevel Z is provided in the area of the free end EKE of the contact element EK, which forms the sliding contact K1. The bevel Z is produced, for example, by a stamping process, which is carried out before the contact elements EK are connected to the clamping ring EZ and the holding element EH. Alternatively, the bevel Z can be made by stamping, grinding or cutting. The surface of the sliding contact K1 when the shaft grounding device E is new is increased by the ends EKE of the contact elements EK being beveled in this way.

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
WW
WelleWave
HH
Hülsesleeve
HXHX
Montageabschnittassembly section
GHGH
GehäuseHousing
WLWL
Lagerwarehouse
DRDR
RadialwellendichtringRadial shaft seal
NRNO
Ölraumoil room
EE
Wellenerdungseinrichtungshaft grounding device
EKEK
Kontaktelementcontact element
EKEEKE
Freies Ende des KontaktelementsFree end of the contact element
ZZ
Abschrägungbevel
K1K1
Erster SchleifkontaktFirst sliding contact
EHeh
Halteelementholding element
EZsingle
Klemmringclamping ring
DATHERE
Dichtungpoetry
Uu
Umgebungvicinity
DXDX
Dichtringsealing ring
K2K2
Zweiter SchleifkontaktSecond sliding contact
DX1DX1
Strukturelementstructural element
DX2DX2
Elastomerelastomer
L1, L2L1, L2
Lippelip
Ff
Fettfüllungfat filling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102016010926 A1 [0002]DE 102016010926 A1 [0002]

Claims (7)

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 Schleifkontakt (K1) zu einer Umfangsfläche der Welle (W) oder einer auf die Welle (W) aufgebrachten Hülse (H) bilden, wobei die Kontaktelemente (EK) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie aufgrund ihrer eigenen Biege-Elastizität eine Vorspannung des Schleifkontakts (K1) bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (EKE) der Schleifkontakte (EK), welche den Schleifkontakt (K1) zur Welle (W) oder zur Hülse (H) bilden, im Neuzustand der Wellenerdungseinrichtung (E) derart abgeschrägt sind, dass eine wirksame Fläche des Schleifkontakts (K1) vergrößert ist.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 a sliding contact (K1) to a peripheral surface of the shaft (W) or to a sleeve (H) applied to the shaft (W), the contact elements (EK) being arranged and designed in such a way that, due to their own bending elasticity bring about a prestressing of the sliding contact (K1), characterized in that the free ends (EKE) of the sliding contacts (EK), which form the sliding contact (K1) to the shaft (W) or to the sleeve (H), in new condition of the shaft grounding device (E) are beveled in such a way that an effective surface of the sliding contact (K1) is enlarged. Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägung (Z) der freien Enden (EKE) der Schleifkontakte (EK) durch Prägen, durch Schneiden, durch Abschleifen oder durch Abstanzen realisiert ist.shaft grounding device (E). claim 1 , characterized in that the bevel (Z) of the free ends (EKE) of the sliding contacts (EK) is realized by embossing, by cutting, by grinding or by punching. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Erdung einer aus einem Gehäuse (GG) des Getriebes (G) hervorragenden Welle (GW2).Transmission (G) for a motor vehicle, characterized by a shaft grounding device (E). claim 1 or claim 2 for grounding a shaft (GW2) protruding from a housing (GG) of the gearbox (G). Getriebe (G) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (GW2) eine Abtriebswelle des Getriebes (G) bildet.gear (G) after claim 3 , characterized in that the shaft (GW2) forms an output shaft of the gear (G). Getriebe (G) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) aufweist, welche zum Antrieb der Welle (GW2) eingerichtet ist.gear (G) after claim 3 or claim 4 , characterized in that the transmission (G) has an electrical machine (EM) which is set up to drive the shaft (GW2). Elektrische Achsantriebs-Einheit (EA) für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Erdung einer aus einem Gehäuse (GA) der Achsantriebs-Einheit (EA) hervorragenden Welle (DS1, DS2).Electrical axle drive unit (EA) for a motor vehicle, characterized by a shaft grounding device (E). claim 1 or claim 2 for grounding a shaft (DS1, DS2) protruding from a housing (GA) of the final drive unit (EA). Elektrische Maschine (EM2) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbaren Rotor (R), wobei der Rotor (R) mit einer Rotorwelle (RW) gekoppelt ist, wobei ein Ende der Rotorwelle (RW) aus einem Gehäuse (GE) der elektrischen Maschine (EM2) hervorragt, gekennzeichnet durch eine Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zur Erdung der Rotorwelle (RW).Electrical machine (EM2) with a non-rotatable stator (S) and a rotatable rotor (R), wherein the rotor (R) is coupled to a rotor shaft (RW), one end of the rotor shaft (RW) from a housing (GE) of electrical machine (EM2) protrudes, characterized by a shaft grounding device (E). claim 1 or claim 2 for grounding the rotor shaft (RW).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US539454A (en) 1895-05-21 Carbon brush
US3382387A (en) 1968-05-07 Gen Electric Electrical current collection and delivery method and apparatus
JPH05174933A (en) 1991-12-19 1993-07-13 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Manufacture of slide contact
DE102016010926A1 (en) 2016-03-03 2017-09-07 Kaco Gmbh + Co. Kg Shaft grounding ring

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