EP4674040A1 - Wellenerdung, elektrische maschine und kit-of-parts - Google Patents

Wellenerdung, elektrische maschine und kit-of-parts

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Publication number
EP4674040A1
EP4674040A1 EP24702479.7A EP24702479A EP4674040A1 EP 4674040 A1 EP4674040 A1 EP 4674040A1 EP 24702479 A EP24702479 A EP 24702479A EP 4674040 A1 EP4674040 A1 EP 4674040A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sleeve
shaft
electrically conductive
earthing
bridging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24702479.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4674040A1 publication Critical patent/EP4674040A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/40—Structural association with grounding devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to a shaft grounding for discharging an electrical charge and/or voltage from a shaft, in particular for a drive train of an electrically operated motor vehicle, comprising a rotatably mounted shaft, into which a cavity extends axially into the shaft starting from an end face having a shaft opening, and a first sleeve, which is non-rotatable relative to the shaft and electrically conductive, passes through the shaft opening and extends axially into the cavity of the shaft.
  • the invention further relates to an electrical machine and a kit of parts.
  • Electrical machines are electrically charged during operation by induced shaft voltages.
  • circulating high-frequency currents can arise in high-performance motors.
  • Such electrical machines usually have a rotor and a rotor shaft, which are mounted in a housing via rolling bearings. Electrical discharges or circulating high-frequency currents can damage the rolling bearings. To avoid this, this electrical energy must be dissipated.
  • earthing brushes or radially acting grinding elements are known for this purpose, which serve to earth the rotor shaft.
  • Axially acting systems for shaft earthing are also known.
  • the invention is based on the object of creating a shaft grounding system which is characterized by good assembly and improved conductivity as well as freedom from wear. It is also the object of the invention to realize a correspondingly improved electrical machine. Finally, it is also the object of the invention to provide a kit of parts by means of which a shaft grounding system can be assembled in a simplified and convenient manner.
  • a shaft earthing for dissipating an electrical charge and/or voltage from a shaft, in particular for a drive train of an electrically operated motor vehicle, comprising a rotatably mounted shaft, into which a cavity extends axially into the shaft starting from an end face having a shaft opening, and a first sleeve, which is rotationally fixed relative to the shaft and is electrically conductive, passes through the shaft opening and extends axially into the cavity of the shaft, wherein a second electrically conductive sleeve is arranged in and/or on the first sleeve, in which in turn an electrically conductive bridging sleeve is arranged and the bridging sleeve has an electrically conductive earthing rod received therein and rotatably mounted relative to the bridging sleeve, wherein the earthing rod is on the one hand electrically conductively connected to the bridging sleeve and on the other hand electrically conductively connected to a third electrical
  • shaft grounding can be easily integrated into existing applications at a later date. This can prevent bearing damage to the rotatably mounted shaft and improve electromagnetic compatibility (EMC) in order to reduce or prevent interference with other devices.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • a further advantage of the shaft grounding according to the invention is that the shaft grounding can be constructed as an independent system and thus offered as a prefabricated unit.
  • a rotor is the rotating part of an electrical machine.
  • the rotor comprises in particular a rotor shaft.
  • the rotor shaft can be hollow, which on the one hand results in a weight saving and on the other hand allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body.
  • a rotor body is understood to mean the rotor without a rotor shaft.
  • the rotor body is therefore composed in particular of a rotor laminated core and the permanent magnets introduced into the pockets of the rotor laminated core or fixed circumferentially to the rotor laminated core, as well as any axial cover parts that may be present for closing the pockets.
  • the rotor preferably has a plurality of rotor bodies.
  • the rotor bodies are particularly preferably formed from substantially identical parts, in particular substantially identical. It is most preferred that the rotor body is formed from substantially identical rotor laminations.
  • the rotor body is therefore particularly preferably formed from a rotor laminated core which is composed of a plurality of laminated individual sheets or rotor sheets, usually made of electrical steel, which are layered and packaged one on top of the other to form a stack, the so-called rotor laminated core.
  • the individual sheets can be joined together in the rotor laminated core by gluing, welding or screwing.
  • a rotor laminated core can in particular also have permanent magnets introduced into the pockets of the rotor laminated core or fixed circumferentially to the rotor laminated core. It is possible for the rotor laminated cores to be intertwined, i.e. arranged rotated by an angle to one another. This intertwining can be linear or V-shaped in order to avoid or at least reduce axial forces.
  • rotor magnet refers to the permanent magnets that are to be inserted into the pockets of the rotor core. Permanent magnets can preferably be inserted into the pockets of the rotor core. In this case, a single larger rotor magnet designed as a bar magnet or several smaller rotor magnets designed as permanent magnet elements can be provided per pocket.
  • a rotor laminated core can in particular form a rotor body.
  • a rotor laminated core is understood to be a plurality of laminated individual sheets or rotor sheets, usually made of electrical steel, which are layered and packaged on top of one another to form a stack, the so-called rotor laminated core. The individual sheets can then be joined together in the laminated core by gluing, welding or screwing.
  • a rotor laminated core can in particular also have magnetic elements introduced into the pockets of the rotor laminated core or fixed circumferentially to the rotor laminated core, as well as any axial cover parts for closing the pockets and the like.
  • the electrical machine can be designed in particular as a rotary machine.
  • the rotary machine can be configured in particular as a radial flux machine.
  • a radial flux machine is characterized by the fact that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in a radial direction.
  • the air gap is the gap that exists between the rotor and the stator. In a radial flux machine, this is a gap that is circular in cross-section and has a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body.
  • the electric machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds of greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of greater than 50 kW, preferably greater than 80 kW and in particular greater than 150 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds of greater than 8,000 rpm, particularly preferably greater than 12,000 rpm, very particularly preferably greater than 15,000 rpm.
  • motor vehicles are considered to be land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks.
  • a motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (PKW), lorries (LKW), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (KOM) or tractors.
  • the first sleeve can have at least one passage opening on a lateral surface through which a fluid can be guided from the sleeve into the cavity.
  • the advantage of this embodiment is that the sleeve can thus provide cooling and/or lubrication of the shaft or of components in the vicinity of the shaft.
  • the first sleeve can therefore also be referred to as an oil lance.
  • the third sleeve also has passage openings through which the fluid can flow, for example in the axial direction.
  • shaft grounding is that it can be used in wet electrical machines without the need for additional installation space.
  • the small dimensions of the second sleeve mean that the oil supply to the rotor is not hindered, for example.
  • the shaft starting from the cavity, has at least one through-channel extending in the radial direction through the shaft, via which the fluid can be led out of the cavity, whereby a hydraulic connection for cooling the rotor and/or stator of an electrical machine can be provided.
  • the second sleeve is fixed in the first sleeve by means of a press fit.
  • the advantageous effect of this embodiment is based on the fact that the first and second sleeves can be prefabricated in a manner that is favorable in terms of production technology, which can simplify the subsequent assembly accordingly.
  • first sleeve, the second sleeve, the bridging sleeve, the third sleeve and the earthing rod are arranged coaxially to one another, which has proven to be favorable in terms of assembly technology and particularly reliable in operation.
  • the invention can also be further developed in such a way that the earthing rod protrudes axially from the second sleeve and the third sleeve is arranged on the section protruding axially from the second sleeve by means of a press fit.
  • the advantage of this design is that it can provide a particularly easy-to-assemble and reliable embodiment of a shaft earthing.
  • the third sleeve is arranged on the section protruding axially from the second sleeve.
  • third sleeve is arranged in a rotationally secure manner by means of a positive locking mechanism, for example by means of a spline connection.
  • an electric machine in particular for a drive train of an electrically operated motor vehicle, comprising a stator and a rotor rotatable relative to the stator, wherein the rotor is coupled to a shaft having a shaft grounding in a torque-transmitting manner, wherein the shaft grounding is designed according to one of claims 1-6.
  • first sleeve is connected to a motor housing in an electrically conductive and rotationally fixed manner, which regularly leads to good grounding of the shaft.
  • the first sleeve is connected to a fluid circuit of the electrical machine, so that a fluid can be passed through the first sleeve and the shaft and the rotor and/or the stator can be exposed to the fluid. This makes it possible to cool the shaft grounding, which is advantageous for its long-lasting operation.
  • a kit of parts for producing a shaft grounding in particular for a shaft grounding of an electrical machine, comprising a shaft into which a cavity extends axially into the shaft starting from a front side having a shaft opening; a first electrically conductive sleeve which can be inserted into the cavity; a second electrically conductive sleeve which can be arranged in and/or on the first sleeve, wherein an electrically conductive bridging sleeve is arranged in the second sleeve and the bridging sleeve has an electrically conductive grounding rod received therein and rotatably mounted relative to the bridging sleeve, wherein the grounding rod is on the one hand electrically conductively connected to the bridging sleeve and on the other hand can be electrically conductively coupled to a third electrically conductive sleeve. which in turn can be coupled to the shaft; a third electrically conductive sleeve
  • the kit of parts can, for example, be a packaging unit. It is also possible to design the kit of parts as a collection of separate storage containers for storing the individual components or the respective component groups of the kit of parts.
  • Figure 1 shows a motor vehicle with an electric drive train in a schematic block diagram
  • Figure 2 shows an electrical machine with a shaft earthing in a schematic axial section
  • FIG. 3 Detailed view of a shaft with a shaft earthing in an axial section view
  • Figure 4 is an axial section of a shaft earthing in an exploded view
  • Figure 5 shows a kit of parts for producing a shaft grounding in a schematic representation.
  • Figure 1 shows an electric machine 20 in a drive train 2 of an electrically operated motor vehicle 3.
  • the electric machine 20 - which is shown in Figure 2 - comprises a stator 21 and a rotor 22 which can be rotated relative to the stator 21, wherein the rotor 22 is coupled to a shaft 4 having a shaft earthing 1 in a torque-transmitting manner.
  • FIG 3 shows the shaft earthing 1 for dissipating an electrical charge and/or voltage in a detailed view.
  • the shaft earthing has a rotatably mounted shaft 4, into which a cavity 7 extends axially into the shaft 4 starting from a front side 6 having a shaft opening 5.
  • the electrically conductive sleeve 8 is thus arranged non-rotatably relative to the shaft 4.
  • the sleeve 8 is thus fixedly positioned in the circumferential direction, while the shaft 4 is rotatable relative to the rotationally fixed sleeve 8.
  • the first sleeve 8 is electrically conductive and rotationally fixedly connected to a motor housing 23 via a housing cover 25.
  • the shaft 4 is mounted in the motor housing 23 via rolling bearings (not specified in more detail).
  • first sleeve 8 is connected to a fluid circuit 24 of the electric machine 20, so that a fluid 14 can be passed through the first sleeve 8 and the shaft 4 and thus the rotor 22 and/or the stator 21 can be exposed to the fluid 14.
  • a second electrically conductive hollow cylindrical sleeve 9 is arranged in the first hollow cylindrical sleeve 8, in which an electrically conductive bridging sleeve 26 is arranged, which has an electrically conductive grounding rod 10 received therein and mounted so as to be rotatable relative to the bridging sleeve 26.
  • This grounding rod 10 is on the one hand electrically conductively connected to the bridging sleeve 26 and on the other hand electrically conductively connected to a third electrically conductive sleeve 11.
  • the third hollow cylindrical sleeve 11 is in turn connected to the shaft 4.
  • the second sleeve 9 is fixed in the first sleeve 8 by means of a press fit.
  • the first sleeve 8, the second sleeve 9, the bridging sleeve 26, the third sleeve 11 and the grounding rod 10 are arranged coaxially to one another.
  • the grounding rod 10 protrudes axially from the second sleeve 9, with the third sleeve 11 being arranged in a rotationally fixed manner by means of a press fit on the section 16 protruding axially from the second sleeve 9.
  • the third sleeve 11 it would also be conceivable for the third sleeve 11 to be arranged in a rotationally fixed manner by means of a positive fit, for example by means of a spline.
  • the first sleeve 8 has at least one passage opening 13 on a lateral surface 12, through which a fluid 14 can be guided from the sleeve 8 into the cavity 7.
  • the shaft 4 in turn has, starting from the cavity 7, at least one through-channel 15 extending in the radial direction through the shaft 4, through which the fluid 14 can be guided out of the cavity 7.
  • the first sleeve 8 thus functions as an oil lance. This is sealed from the environment by the seal 17 in the first sleeve 8.
  • the interior of the second sleeve 9 is filled with an electrically conductive liquid 19, whereby the grounding rod 10 and the second sleeve 9 are electrically conductively contacted with one another by means of the electrically conductive liquid 19 and a sleeve 26 arranged coaxially between the grounding rod 10 and the second sleeve 9.
  • the electrically conductive liquid is designed as an electrically conductive oil, grease, liquid metal or ionic liquid.
  • the structure described below also makes it possible to use oils and greases without any special conductive components.
  • the second sleeve 9 is separated in a fluid-tight manner from the first sleeve 8 or an area surrounding the shaft grounding 1, so that the electrically conductive liquid 19 is prevented from escaping from the second sleeve 9.
  • the annular gap has a single annular gap width, i.e. a distance between the inner circumference of the bridging sleeve 26 and the outer circumference of the grounding rod 10 of less than 200 ⁇ m, preferably less than 60 ⁇ m and in particular less than 30 ⁇ m.
  • the small annular gap width increases the electrical conductivity and/or reduces the electrical resistance of the shaft grounding 1.
  • the electrically conductive liquid - the fluid 14 - is itself electrically conductive and/or is mixed with electrically conductive additives.
  • the electrically conductive liquid can be designed as a liquid metal or an ionic liquid or the like.
  • the electrically conductive liquid is designed as a conductive oil or grease.
  • the conductive oils and greases generally have a lower conductivity than, for example, liquid metal, they are less toxic and/or easier to handle.
  • the use of the bridging sleeve 26 can compensate for the lower conductivity, so that the bridging sleeve 26 enables the technically sensible use of conductive oils and/or greases.
  • an electrically conductive liquid with an electrical conductivity at 25°C of greater than 10,000 nS/m, in particular greater than 30,000 nS/m is used, such as oils or greases with conductive additives or other oil-free and/or grease-free liquids. These are particularly suitable for low-resistance applications.
  • the electrically conductive liquid then has an electrical conductivity at 25°C of less than 500 nS/m, preferably less than 300 nS/m and in particular less than 100 nS/m or less than 50 nS/m.
  • the electrical conductivity is greater than 1 nS/m, preferably greater than 5 nS/m and in particular greater than 10 nS/m.
  • the grounding rod 10 is designed as a metallic, in particular electrically conductive, cylinder rod, which is pushed into the second sleeve 9 in the axial direction so far that the grounding rod 10 is partially immersed in the electrically conductive liquid 19 in the axial region of the second sleeve 9.
  • An electrical path is thus created between the grounding rod 10 and the second sleeve 9 via the electrically conductive liquid 19, the bridging sleeve 26 and the second sleeve 9.
  • the induced currents are safely diverted to earth via this path of least resistance, so that the currents are diverted away from the bearing through this system.
  • the bearings of connected assemblies, such as gears, etc. can also be protected in this way.
  • the shaft earthing 1 has a seal 18, with the grounding rod 10 being guided in a sealing manner via the seal 18 in the second sleeve 9.
  • the earthing rod 10 is in radial contact with the second sleeve 9 via the seal 18.
  • kit of parts 30 for producing the shaft grounding 1 can be provided, as outlined in Figure 5.
  • the kit-of-parts 30 comprises a shaft 4, into which a cavity 7 extends axially from a front side 6 having a shaft opening 5 into the shaft 4. extends into it. Furthermore, the kit of parts 30 has a first electrically conductive sleeve 8, which can be inserted into the cavity 7, and a second electrically conductive sleeve 9, which can be arranged in and/or on the first sleeve 8, wherein the second sleeve 9 has an electrically conductive grounding rod 10 received therein and mounted so as to be rotatable relative to the second sleeve 9, wherein the grounding rod 10 is electrically conductively connected to the second sleeve 9.
  • An electrically conductive bridging sleeve 26 is arranged in the second sleeve 9, which is designed so as to be rotatable relative to the electrically conductive grounding rod 10.
  • kit of parts 30 has a third electrically conductive sleeve 11 which can be positioned in an electrically conductive manner in the cavity 7 and on the grounding rod 10. This assembly can also be easily understood from Figure 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellenerdung (1) zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von einer Welle (4), insbesondere für einen Antriebsstrang (2) eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs (3), umfassend eine drehbar gelagerte Welle (4), in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung (5) aufweisenden Stirnseite (6) ein Hohlraum (7) axial in die Welle (4) hineinerstreckt und eine erste, gegenüber der Welle (4) drehfeste und elektrisch leitfähige Hülse (8) die Wellenöffnung (5) durchgreift und sich axial in den Hohlraum (7) der Welle (4) hineinerstreckt, wobei in und/oder an der ersten Hülse (8) eine zweite elektrisch leitfähige Hülse (9) angeordnet ist, in welcher wiederrum eine elektrisch leitfähige Überbrückungshülse (26) angeordnet ist und die Überbrückungshülse (26) einen in dieser aufgenommenen und gegenüber der Überbrückungshülse (26) drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Erdungsstab (10) aufweist, wobei der Erdungsstab (10) einerseits elektrisch leitend mit der Überbrückungshülse (26) verbunden ist und anderseits mit einer dritten elektrisch leitfähigen Hülse (11 ) elektrisch leitend verbunden ist, welche ihrerseits mit der Welle (4) verbunden ist.

Description

Wellenerdunq, elektrische Maschine und Kit-of-Parts
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenerdung zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von einer Welle, insbesondere für einen Antriebsstrang eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend eine drehbar gelagerte Welle, in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung aufweisenden Stirnseite, ein Hohlraum axial in die Welle hineinerstreckt und eine erste, gegenüber der Welle drehfeste und elektrisch leitfähige Hülse, die Wellenöffnung durchgreift und sich axial in den Hohlraum der Welle hineinerstreckt. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine und ein Kit-of-Parts.
Elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Traktionsmaschinen, werden während des Betriebes durch induzierte Wellenspannungen elektrisch aufgeladen. Zusätzlich können zirkulierende Hochfrequenz-Ströme in Motoren hoher Leistungsklassen entstehen. Derartige elektrische Maschinen weisen in der Regel einen Rotor sowie eine Rotorwelle auf, welche über Wälzlager in einem Gehäuse gelagert sind. Aufgrund von elektrischen Entladungen bzw. der zirkulierenden Hochfrequenz-Ströme, kann es zu einer Beschädigung der Wälzlager kommen. Um dies zu vermeiden, ist eine Abführung dieser elektrischen Energie notwendig. Hierzu sind beispielsweise Erdungsbürsten oder radial wirkende Schleifelemente (Kohlebürsten) bekannt, welche zur Erdung der Rotorwelle dienen. Des Weiteren sind axial wirkende Systeme zur Wellenerdung bekannt.
Die Druckschrift DE 10 2020 119 719 A1 , die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Ableiteinrichtung für einen Motor zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von einem Rotor über eine Welle zu einem Gehäuse, mit einem ersten Kontaktmodul zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Welle, mit einem zweiten Kontaktmodul zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Gehäuse, wobei das erste und das zweite Kontaktmodul relativ zueinander verdrehbar sind und in einem gegenüber einem Gehäuseraum abgedichteten Innenraum elektrisch miteinander in Verbindung stehen, wobei der Innenraum mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei das erste und das zweite Kontaktmodul über die elektrische leitfähige Flüssigkeit miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenerdung zu schaffen, welche sich durch eine gute Montierbarkeit und verbesserte Ableitfähigkeit sowie durch Verschleißfreiheit auszeichnet. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine entsprechend verbesserte elektrische Maschine zu realisieren. Schließlich ist es auch die Aufgabe der Erfindung ein Kit-of-parts bereitzustellen, mittels dessen eine vereinfachte und konveniente Montage einer Wellenerdung erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wellenerdung zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von einer Welle, insbesondere für einen Antriebsstrang eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend eine drehbar gelagerte Welle, in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung aufweisenden Stirnseite ein Hohlraum axial in die Welle hineinerstreckt und eine erste, gegenüber der Welle drehfeste und elektrisch leitfähige Hülse, die Wellenöffnung durchgreift und sich axial in den Hohlraum der Welle hineinerstreckt, wobei in und/oder an der ersten Hülse eine zweite elektrisch leitfähige Hülse angeordnet ist, in welcher wiederrum eine elektrisch leitfähige Überbrückungshülse angeordnet ist und die Überbrückungshülse einen in dieser aufgenommenen und gegenüber der Überbrückungshülse drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Erdungsstab aufweist, wobei der Erdungsstab einerseits elektrisch leitend mit der Überbrückungshülse verbunden ist und anderseits mit einer dritten elektrisch leitfähigen Hülse elektrisch leitend verbunden ist, welche ihrerseits mit der Welle verbunden ist.
Hierdurch kann ein axial wirkendes System zur Wellenerdung bereitgestellt werden, welches in trockenen und nassen elektrischen Maschinen und in allen Betriebspunkten effizient funktioniert. Es wird hierbei ein vorhandener Bauraum genutzt, ohne axial oder radial die elektrische Maschine zu vergrößern. Die Wellenerdung kann ferner auch nachträglich noch einfach in bestehende Anwendungen integriert werden. Es können so zum einen Lagerschäden der drehbar gelagerten Welle verhindert und zum anderen die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert werden, um die Störung anderer Geräte zu verringern oder zu verhindern. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wellenerdung ist es, dass die Wellenerdung als eigenständiges System aufgebaut und so als vorkonfektionierte Einheit angeboten werden kann.
In Bezug auf die verwendeten Fluide und den Aufbau der Wellenerdungseinheit, wird auf die vorveröffentlichte DE 102022 113 208 A1 der Anmelderin verwiesen, welche durch Referenzierung und Bezugnahme dem Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung vollständig hinzugefügt wird.
Dass die elektrisch leitfähige Hülse gegenüber der Welle drehfest angeordnet ist bedeutet, dass die Hülse in Umfangsrichtung fest positioniert ist, während die Welle relativ zu der drehfesten Hülse rotierbar ist.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Relevanz oder ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt.
Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung demnach der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Der Rotorkörper setzt sich demnach insbesondere zusammen aus einem Rotorblechpaket sowie den in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachten oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierten Permanentmagneten sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der Taschen.
Der Rotor weist bevorzugt eine Mehrzahl von Rotorkörpern auf. Besonders bevorzugt sind die Rotorkörper im Wesentlichen gleichteilig, insbesondere im Wesentlichen identisch, ausgebildet. Höchst bevorzugt ist es, dass der Rotorkörper aus gleichteiligen, insbesondere im Wesentlichen identischen Rotorblechen gebildet wird. Der Rotorkörper wird also insbesondere bevorzugt aus einem Rotorblechpaket gebildet, welches aus einer Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Rotorblechen zusammengesetzt wird, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Rotorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können in dem Rotorblechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengefügt werden. Ein Rotorblechpaket kann insbesondere auch in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachte oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierte Permanentmagnete aufweisen. Es ist möglich, dass die Rotorblechpakete eine Verschränkung zueinander aufweisen, also um einen Winkel zueinander verdreht angeordnet sind. Diese Verschränkung kann linear oder auch V-förmig ausgebildet sein, um Axialkräfte zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
Als Rotormagnet werden die in die Taschen des Rotorblechpakets einzubringenden Permanentmagnete verstanden. Permanentmagnete können bevorzugt in die Taschen des Rotorblechpakets eingebracht sein. Dabei kann pro Tasche ein einziger größerer, als Stabmagnet ausgebildeter Rotormagnet oder mehrere kleinere Permanentmagnetelemente ausgebildete Rotormagnete vorgesehen werden.
Ein Rotorblechpaket kann insbesondere einen Rotorkörper bilden. Als Rotorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Rotorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Rotorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengefügt werden. Ein Rotorblechpaket kann insbesondere auch in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachte oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierte Magnetelemente sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der Taschen und dergleichen aufweisen.
Die elektrische Maschine kann insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Die Rotationsmaschine kann insbesondere als Radialflussmaschine konfiguriert sein. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Querschnitt kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 50 kW, vorzugsweise größer als 80 kW und insbesondere größer als 150 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 8.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 12.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 15.000 U/min bereitstellt.
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
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Hülse an einer Mantelfläche wenigstens eine Durchlassöffnung aufweist, über die ein Fluid aus der Hülse in den Hohlraum geführt werden kann. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Hülse so eine Kühlung und/oder Schmierung der Welle oder von Komponenten in der Umgebung der Welle bereitstellen kann. Die erste Hülse kann daher auch als Öllanze bezeichnet werden.
Bevorzugt weist auch die dritte Hülse Durchlassöffnungen auf, durch die das Fluid beispielsweise in axialer Richtung hindurchströmen kann. Ein weiterer Vorteil der Wellenerdung ist es somit, dass sie in nassen elektrischen Maschinen eingesetzt werden kann, ohne dass zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden muss. Durch die realisierbaren kleinen Abmaße der zweiten Hülse wird beispielsweise auch die Ölversorgung des Rotors nicht behindert.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Welle ausgehend von dem Hohlraum wenigstens einen sich in radialer Richtung durch die Welle erstreckenden Durchgangskanal aufweist, über den das Fluid aus dem Hohlraum herausgeführt werden kann, wodurch eine hydraulische Verbindung zur Kühlung des Rotors und/oder Stators einer elektrischen Maschine bereitgestellt werden kann.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die zweite Hülse mittels einer Presspassung in der ersten Hülse fixiert ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die erste und die zweite Hülse so auf fertigungstechnisch günstige Art und Weise vorkonfektioniert werden können, was die nachfolgende Montage entsprechend vereinfachen kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Hülse, die zweite Hülse, die Überbrückungshülse, die dritte Hülse sowie der Erdungsstab koaxial zueinander angeordnet sind, was sich als montagetechnisch günstig und besonders betriebssicher erwiesen hat.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Erdungsstab axial aus der zweiten Hülse herausragt und an dem axial aus der zweiten Hülse herausragenden Abschnitt die dritte Hülse mittels einer Presspassung angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass hierdurch eine besonders montagefreundliche wie auch betriebssichere Ausführungsform einer Wellenerdung bereitgestellt werden kann. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass an dem axial aus der zweiten Hülse herausragenden Abschnitt die dritte Hülse mittels eines Formschlusses, beispielsweise durch eine Steckverzahnung, drehtest angeordnet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Antriebsstrang eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor, wobei der Rotor mit einer eine Wellenerdung aufweisenden Welle drehmomentübertragend gekoppelt ist, wobei die Wellenerdung nach einem der Ansprüche 1-6 ausgebildet ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die erste Hülse elektrisch leitend sowie drehfest mit einem Motorgehäuse verbunden ist, was regelmäßig zu einer guten Erdung der Welle führt.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die erste Hülse an einen Fluidkreislauf der elektrischen Maschine angeschlossen ist, so dass ein Fluid durch die erste Hülse und die Welle hindurchführbar und so der Rotor und/oder der Stator mit dem Fluid beaufschlagbar sind/ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch die Wellenerdung gekühlt werden kann, was für deren langlebigen Betrieb von Vorteil ist.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein, durch ein Kit-of-parts zur Herstellung einer Wellenerdung, insbesondere für eine Wellenerdung einer elektrischen Maschine, umfassend eine Welle in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung aufweisenden Stirnseite ein Hohlraum axial in die Welle hineinerstreckt; eine erste elektrisch leitfähige Hülse, welche in den Hohlraum einsetzbar ist; eine zweite elektrisch leitfähige Hülse, welche in und/oder an der ersten Hülse angeordnet werden kann, wobei in der zweiten Hülse eine elektrisch leitfähige Überbrückungshülse angeordnet ist und die Überbrückungshülse einen in dieser aufgenommenen und gegenüber der Überbrückungshülse drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Erdungsstab aufweist, wobei der Erdungsstab einerseits elektrisch leitend mit der Überbrückungshülse verbunden ist und anderseits mit einer dritten elektrisch leitfähigen Hülse elektrisch leitend koppelbar ist, welche ihrerseits mit der Welle koppelbar ist; eine dritte elektrisch leitfähige Hülse welche elektrisch leitend in dem Hohlraum sowie an dem Erdungsstab positionierbar ist.
Hierdurch können die zur Herstellung der Wellenerdung notwendigen Bauteile auf besonders konveniente Weise zur Verfügung gestellt werden. Das Kit-of-parts kann beispielsweise eine Verpackungseinheit sein. Ferner ist es möglich, das Kit-of-parts als eine Zusammenstellung von separaten Vorratsbehältnissen zur Bevorratung der einzelnen Bauteile bzw. der jeweiligen Bauteilgruppen des Kit-of-parts auszubilden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltansicht,
Figur 2 eine elektrische Maschine mit einer Wellenerdung in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
Figur 3 Detaildarstellung einer Welle mit einer Wellenerdung in einer Axialschnittansicht
Figur 4 eine Axialschnittdarstellung einer Wellenerdung in einer Explosionsansicht,
Figur 5 ein Kit-of-parts zur Herstellung einer Wellenerdung in einer schematischen Darstellung. Die Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 20 in einem Antriebsstrang 2 eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs 3. Die elektrische Maschine 20 - die in der Figur 2 gezeigt ist - umfasst einen Stator 21 und einen relativ zum Stator 21 drehbaren Rotor 22, wobei der Rotor 22 mit einer eine Wellenerdung 1 aufweisenden Welle 4 drehmomentübertragend gekoppelt ist.
Die Figur 3 zeigt die Wellenerdung 1 zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung in einer Detailansicht. Die Wellenerdung besitzt eine drehbar gelagerte Welle 4, in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung 5 aufweisenden Stirnseite 6 ein Hohlraum 7 axial in die Welle 4 hineinerstreckt. Eine erste, gegenüber der Welle 4 drehfeste und elektrisch leitfähige Hülse 8 durchgreift die Wellenöffnung 5 und streckt sich axial in den Hohlraum 7 der Welle 4 hinein. Die elektrisch leitfähige Hülse 8 ist gegenüber der Welle 4 also drehfest angeordnet.
Die Hülse 8 ist also in Umfangsrichtung fest positioniert, während die Welle 4 relativ zu der drehfesten Hülse 8 rotierbar ist. Die erste Hülse 8 ist elektrisch leitend sowie drehfest über einen Gehäusedeckel 25 mit einem Motorgehäuse 23 verbunden. Die Welle 4 ist über nicht näher bezeichnete Wälzlager in dem Motorgehäuse 23 gelagert.
Aus der Zusammenschau von Figur 1 mit Figur 2 wird ersichtlich, dass die erste Hülse 8 an einen Fluidkreislauf 24 der elektrischen Maschine 20 angeschlossen ist, so dass ein Fluid 14 durch die erste Hülse 8 und die Welle 4 hindurchführbar und so der Rotor 22 und/oder der Stator 21 mit dem Fluid 14 beaufschlagbar sind/ist.
In der ersten hohlzylindrischen Hülse 8 ist eine zweite elektrisch leitfähige hohlzylindrische Hülse 9 angeordnet, in dieser ist eine elektrisch leitfähige Überbrückungshülse 26 angeordnet, die einen in dieser aufgenommenen und gegenüber der Überbrückungshülse 26 drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Erdungsstab 10 aufweist. Dieser Erdungsstab 10 ist einerseits elektrisch leitend mit der Überbrückungshülse 26 und anderseits mit einer dritten elektrisch leitfähigen Hülse 11 elektrisch leitend verbunden. Die dritte hohlzylindrische Hülse 11 ist ihrerseits mit der Welle 4 verbunden ist. Die zweite Hülse 9 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer Presspassung in der ersten Hülse 8 fixiert. Die erste Hülse 8, die zweite Hülse 9, die Überbrückungshülse 26, die dritte Hülse 11 sowie der Erdungsstab 10 sind koaxial zueinander angeordnet. Der Erdungsstab 10 ragt axial aus der zweiten Hülse 9 heraus, wobei an dem axial aus der zweiten Hülse 9 herausragenden Abschnitt 16 die dritte Hülse 11 mittels einer Presspassung drehfest angeordnet ist. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass an dem axial aus der zweiten Hülse herausragenden Abschnitt 16 die dritte Hülse 11 mittels eines Formschlusses, beispielsweise durch eine Steckverzahnung, drehfest angeordnet ist.
Die erste Hülse 8 weist an einer Mantelfläche 12 wenigstens eine Durchlassöffnung 13 auf, über die ein Fluid 14 aus der Hülse 8 in den Hohlraum 7 geführt werden kann. Die Welle 4 wiederum verfügt ausgehend von dem Hohlraum 7 über wenigstens einen sich in radialer Richtung durch die Welle 4 erstreckenden Durchgangskanal 15, über den das Fluid 14 aus dem Hohlraum 7 herausgeführt werden kann. Die erste Hülse 8 fungiert in der gezeigten Ausführungsform somit als eine Öllanze. Diese ist über die Dichtung 17 in der ersten Hülse 8 gegenüber der Umgebung abgedichtet.
Zur elektrischen Kontaktierung ist der Innenraum der zweiten Hülse 9 mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 19 gefüllt, wobei der Erdungsstab 10 und die zweite Hülse 9 unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 sowie einer koaxial zwischen dem Erdungsstab 10 und der zweiten Hülse 9 angeordneten Hülse 26 elektrisch leitend miteinander kontaktiert sind. Beispielsweise ist die elektrisch leitende Flüssigkeit als ein elektrisch leitendes Öl, Fett, Flüssigmetall oder ionische Flüssigkeit ausgebildet. Durch den im folgenden beschriebenen Aufbau, ist es auch möglich, Öle und Fette, ohne besondere leitende Anteile zu verwenden. Dabei ist die zweite Hülse 9 gegenüber der ersten Hülse 8 oder einer Umgebung der Wellenerdung 1 fluiddicht abgetrennt, sodass ein Austritt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 aus der zweiten Hülse 9 verhindert ist. Somit wird eine axial in die Welle einsetzbare und wirkende Wellenerdung 1 realisiert, welche sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung verwendet werden kann. Da der elektrische Kontakt zwischen der zweiten Hülse 9 und dem Erdungsstab 10 unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 sowie der koaxial zwischen dem Erdungsstab 10 und der zweiten Hülse 9 angeordneten Hülse 26 hergestellt wird, arbeitet die Wellenerdung 1 während eines Betriebs der elektrischen Maschine 20 reibungsarm und verschleißfrei, sodass kein leitfähiger Abrieb entstehen kann. Des Weiteren ist durch die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 ein lageunabhängiger Betrieb möglich, da die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 immer einen Kontakt zwischen der Überbrückungshülse 26 und dem Erdungsstab 10 sicherstellt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Ringspalt eine einfache Ringspaltbreite, also einen Abstand zwischen dem Innenumfang der Überbrückungshülse 26 und dem Außenumfang des Erdungsstabs 10 von weniger als 200 um, vorzugsweise weniger als 60 um und im Speziellen weniger als 30 um auf. Durch die geringe Ringspaltbreite wird die elektrische Leitfähigkeit erhöht und/oder der elektrische Widerstand der Wellenerdung 1 verringert.
Bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Flüssigkeit - das Fluid 14 - selbst elektrisch leitfähig und/oder ist mit elektrisch leitenden Additiven versetzt. Prinzipiell kann die elektrisch leitende Flüssigkeit als ein Flüssigmetall oder eine ionische Flüssigkeit oder dergleichen ausgebildet sein. Bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Flüssigkeit jedoch als ein leitfähiges Öl oder Fett ausgebildet. Die leitfähigen Öle und Fette weisen zwar in der Regel eine geringere Leitfähigkeit als z.B. Flüssigmetall auf, sind jedoch weniger giftig und/oder einfacher handhabbar. Durch die Verwendung der Überbrückungshülse 26 kann die geringere Leitfähigkeit kompensiert werden, so dass durch die Überbrückungshülse 26 ein technisch sinnvoller Einsatz von leitfähigen Ölen und/oder Fetten ermöglicht wird. Insbesondere wird daher eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit mit einer elektrischen Leitfähigkeit bei 25°C größer als 10.000 nS/m, insbesondere größer als 30.000 nS/m verwendet, wie z.B. Öle oder Fette mit leitfähigen Additiven oder andere ölfreie und/oder fettfreie Flüssigkeiten. Diese sind insbesondere für niederohmige Anwendungen geeignet.
Für geringere Anforderungen an den Übertragungswiderstand, also für höhere Übertragungswiderstände, können durch die Überbrückungshülse sogar gebräuchliche Getriebeöle verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform weist die elektrisch leitfähige Flüssigkeit dann eine elektrische Leitfähigkeit bei 25°C von weniger als 500 nS/m, vorzugsweise von weniger als 300 nS/m und insbesondere von weniger als 100 nS/m oder weniger als 50 nS/m auf. Dagegen ist es bevorzugt, dass die elektrische Leitfähigkeit größer als 1 nS/m, vorzugsweise größer als 5 nS/m und im Speziellen größer als 10 nS/m ist. Mit dieser elektrischen Leitfähigkeit ist es möglich, Getriebeöle zu verwenden, wie diese gebräuchlich sind, so dass auf speziell angepasste Flüssigkeiten, insbesondere mit leitfähigen Additiven, verzichtet werden kann. Dies wird durch den Einsatz der Überbrückungshülse 26 und der daraus resultierenden verringerten Ringspaltbreite ermöglicht.
Der Strompfad durch die Wellenerdung 1 ist durch die gestrichelte Linie in der Figur 3 angedeutet.
Der Erdungsstab 10 ist als ein metallischer, insbesondere elektrisch leitfähiger, Zylinderstab ausgebildet, welcher in der axialen Richtung so weit in die zweite Hülse 9 eingeschoben ist, dass der Erdungsstab 10 in dem axialen Bereich der zweiten Hülse 9 abschnittsweise in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 eintaucht. Über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19, die Überbrückungshülse 26 sowie die zweiten Hülse 9, wird somit ein elektrischer Pfad zwischen dem Erdungsstab 10 und der zweiten Hülse 9 hergestellt. Über diesen Pfad des geringsten Widerstands werden die induzierten Ströme sicher zur Erdung abgeleitet, sodass die Ströme vom Lager entfernt durch dieses System abgeleitet werden. Auch die Lager von angeschlossenen Baugruppen, wie z.B. Getriebe usw., können so geschützt werden. Die Wellenerdung 1 weist eine Dichtung 18 auf, wobei der Erdungsstab 10 über die Dichtung 18 in der zweiten Hülse 9 dichtend geführt ist. Dabei liegt der Erdungsstab 10 über die Dichtung 18 in radialer Richtung dichtend an der zweiten Hülse 9 an.
Zur Montage kann ein Kit-of-parts 30 zur Herstellung der Wellenerdung 1 bereitgestellt werden, wie es in der Figur 5 skizziert ist.
Das Kit-of-parts 30 umfasst hierbei eine Welle 4, in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung 5 aufweisenden Stirnseite 6 ein Hohlraum 7 axial in die Welle 4 hineinerstreckt. Ferner besitzt das Kit-of-parts 30 eine erste elektrisch leitfähige Hülse 8, welche in den Hohlraum 7 einsetzbar ist sowie eine zweite elektrisch leitfähige Hülse 9, welche in und/oder an der ersten Hülse 8 angeordnet werden kann, wobei die zweite Hülse 9 einen in dieser aufgenommenen und gegenüber der zweiten Hülse 9 drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Erdungsstab 10 aufweist, wobei der Erdungsstab 10 elektrisch leitend mit der zweiten Hülse 9 verbunden ist. In der zweiten Hülse 9 ist eine elektrisch leitfähige Überbrückungshülse 26 angeordnet, welche drehbar gegenüber dem elektrisch leitfähigen Erdungsstab 10 ausgeführt ist.
Des Weiteren verfügt das Kit-of-parts 30 über eine dritte elektrisch leitfähige Hülse 11 welche elektrisch leitend in dem Hohlraum 7 sowie an dem Erdungsstab 10 positionierbar ist. Diese Montage lässt sich auch gut anhand der Figur 4 nachvollziehen.
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.
Bezuqszeichenliste
1 Wellenerdung
2 Antriebsstrang
3 Kraftfahrzeug
4 Welle
5 Wellenöffnung
6 Stirnseite
7 Hohlraum
8 erste Hülse
9 zweite Hülse
10 Erdungsstab
11 dritte Hülse
12 Mantelfläche
13 Durchlassöffnung
14 Fluid
15 Durchgangskanal
16 Abschnitt
17 Dichtung
18 Dichtung
19 Flüssigkeit
20 Maschine
21 Stator
22 Rotor
23 Motorgehäuse
24 Fluidkreislauf
25 Gehäusedeckel
26 Überbrückungshülse
30 Kit-of-parts

Claims

Ansprüche
1 . Wellenerdung (1 ) zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von einer Welle (4), insbesondere für einen Antriebsstrang (2) eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs (3), umfassend eine drehbar gelagerte Welle (4), in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung (5) aufweisenden Stirnseite (6) ein Hohlraum (7) axial in die Welle (4) hineinerstreckt und eine erste, gegenüber der Welle (4) drehfeste und elektrisch leitfähige Hülse (8) die Wellenöffnung (5) durchgreift und sich axial in den Hohlraum (7) der Welle (4) hineinerstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an der ersten Hülse (8) eine zweite elektrisch leitfähige Hülse (9) angeordnet ist, in welcher wiederrum eine elektrisch leitfähige Überbrückungshülse (26) angeordnet ist und die Überbrückungshülse (26) einen in dieser aufgenommenen und gegenüber der Überbrückungshülse (26) drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Erdungsstab (10) aufweist, wobei der Erdungsstab (10) einerseits elektrisch leitend mit der Überbrückungshülse (26) verbunden ist und anderseits mit einer dritten elektrisch leitfähigen Hülse (11 ) elektrisch leitend verbunden ist, welche ihrerseits mit der Welle (4) verbunden ist.
2. Wellenerdung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (8) an einer Mantelfläche (12) wenigstens eine Durchlassöffnung (13) aufweist, über die ein Fluid (14) aus der Hülse (8) in den Hohlraum (7) geführt werden kann.
3. Wellenerdung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) ausgehend von dem Hohlraum (7) wenigstens einen sich in radialer Richtung durch die Welle (4) erstreckenden Durchgangskanal (15) aufweist, über den das Fluid (14) aus dem Hohlraum (7) herausgeführt werden kann.
4. Wellenerdung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hülse (9) mittels einer Presspassung in der ersten Hülse (8) fixiert ist.
5. Wellenerdung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (8), die zweite Hülse (9), die Überbrückungshülse (26), die dritte Hülse (11 ) sowie der Erdungsstab (10) koaxial zueinander angeordnet sind.
6. Wellenerdung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungsstab (10) axial aus der zweiten Hülse (9) herausragt und an dem axial aus der zweiten Hülse (9) herausragenden Abschnitt (16) die dritte Hülse (11 ) mittels einer Presspassung oder eines Formschlusses drehtest angeordnet ist.
7. Elektrische Maschine (20), insbesondere für einen Antriebsstrang (2) eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs (3), umfassend einen Stator (21 ) und einen relativ zum Stator (21 ) drehbaren Rotor (22), wobei der Rotor (22) mit einer eine Wellenerdung (1 ) aufweisenden Welle (4) drehmomentübertragend gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenerdung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -6 ausgebildet ist.
8. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (8) elektrisch leitend sowie drehfest mit einem Motorgehäuse (23) verbunden ist.
9. Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (8) an einen Fluidkreislauf (24) der elektrischen Maschine (20) angeschlossen ist, so dass ein Fluid (14) durch die erste Hülse (8) und die Welle (4) hindurchführbar und so der Rotor (22) und/oder der Stator (21 ) mit dem Fluid (14) beaufschlagbar sind/ist.
10. Kit-of-parts (30) zur Herstellung einer Wellenerdung (1 ), insbesondere für eine Wellenerdung (1 ) einer elektrischen Maschine (20), umfassend
- Eine Welle (4) in die sich ausgehend von einer eine Wellenöffnung (5) aufweisenden Stirnseite (6) ein Hohlraum (7) axial in die Welle (4) hineinerstreckt,
- Eine erste elektrisch leitfähige Hülse (8), welche in den Hohlraum (7) einsetzbar ist,
- Eine zweite elektrisch leitfähige Hülse (9), welche in und/oder an der ersten Hülse (8) angeordnet werden kann, wobei in der zweiten Hülse (9) eine elektrisch leitfähige Überbrückungshülse (26) angeordnet ist und die Überbrückungshülse (26) einen in dieser aufgenommenen und gegenüber der Überbrückungshülse (26) drehbar gelagerten elektrisch leitfähigen Erdungsstab (10) aufweist, wobei der Erdungsstab (10) einerseits elektrisch leitend mit der Überbrückungshülse (26) verbunden ist und anderseits mit einer dritten elektrisch leitfähigen Hülse (11 ) elektrisch leitend koppelbar ist, welche ihrerseits mit der Welle (4) koppelbar ist,
Eine dritte elektrisch leitfähige Hülse (11 ) welche elektrisch leitend mit der Welle (4) in dem Hohlraum (7) sowie an dem Erdungsstab (10) positionierbar ist.
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