WO2023227156A1 - Ableitvorrichtung zur ableitung einer elektrischen ladung und/oder spannung über eine welle eines antriebsstrangs sowie ein antriebsstrang mit der ableitvorrichtung - Google Patents

Ableitvorrichtung zur ableitung einer elektrischen ladung und/oder spannung über eine welle eines antriebsstrangs sowie ein antriebsstrang mit der ableitvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2023227156A1
WO2023227156A1 PCT/DE2023/100287 DE2023100287W WO2023227156A1 WO 2023227156 A1 WO2023227156 A1 WO 2023227156A1 DE 2023100287 W DE2023100287 W DE 2023100287W WO 2023227156 A1 WO2023227156 A1 WO 2023227156A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sleeve
contact
section
shaft
grounding rod
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100287
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hartmann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & 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 & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2023227156A1 publication Critical patent/WO2023227156A1/de

Links

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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/023—Shafts; Axles made of several parts, e.g. by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/002—Conductive elements, e.g. to prevent static electricity
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2202/00—Solid materials defined by their properties
    • F16C2202/30—Electric properties; Magnetic properties
    • F16C2202/32—Conductivity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/46—Gap sizes or clearances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings
    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C25/083—Ball or roller bearings self-adjusting with resilient means acting axially on a race ring to preload the bearing

Definitions

  • Dissipation device for dissipating an electrical charge and/or voltage via a shaft of a drive train and a drive train with the dissipation device
  • the invention relates to a diverter device with the features of the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a drive train with the diverter device.
  • Electric machines in particular electric traction machines, are electrically charged during operation by induced shaft voltages.
  • circulating high-frequency currents can arise in high-performance motors.
  • Such electrical machines generally have a rotor and a rotor shaft, which are mounted in a housing via roller bearings. Due to electrical discharges or circulating high-frequency currents, the rolling bearings can be damaged. In order to avoid this, this electrical energy must be dissipated.
  • grounding brushes or radially acting grinding elements (carbon brushes) are known, which serve to ground the rotor shaft.
  • axially acting systems for shaft grounding are known.
  • the publication DE 102020 119719 A1 which represents the closest prior art, discloses a dissipation device for a motor for dissipating an electrical charge and / or voltage from a rotor via a shaft to a housing, with a first contact module for electrical and mechanical connection with the Shaft, with a second contact module for electrical and mechanical connection to the housing, wherein the first and the second contact module are rotatable relative to each other and are electrically connected to one another in an interior sealed from a housing space, the interior being filled with an electrically conductive liquid , where the first and the second Contact module are electrically connected to each other via the electrically conductive liquid.
  • the invention is based on the object of creating a discharge device which is characterized by improved conductivity and freedom from wear.
  • the invention relates to a discharge device, which is preferably designed and/or suitable for a drive train with an electric machine.
  • the drive train or the electric machine has a housing section, wherein the housing section defines and/or delimits a housing space.
  • the housing section is a component of a housing and/or forms it.
  • the housing is preferably constructed in several parts, with the housing section forming a part of the housing, for example a bearing shield.
  • the housing section is connected to ground and/or grounded.
  • the electric machine has a shaft or is coupled to a shaft, for example an input shaft or an intermediate shaft of a transmission, which defines a main axis with its axis of rotation.
  • the electrical machine has a stator and a rotor, which are arranged concentrically and/or coaxially to one another.
  • the shaft is connected to the rotor electrically and via gear technology.
  • the shaft is driven via and/or by the rotor.
  • the shaft is designed as a rotor shaft, which is preferably connected to the rotor in a rotationally fixed, rigid and/or integral manner.
  • the housing section is electrically and mechanically connected to the stator of the electric motor.
  • the shaft and possibly also the rotor are rotatably mounted in the housing space.
  • the electrical machine has at least or exactly two bearing devices, which form or help form the rotor bearing.
  • the rotor is preferably arranged between the two bearing devices in the housing space, the shaft being rotatably mounted via the bearing devices in the housing space and/or on the housing section.
  • at least one of the bearing devices is designed as a rolling bearing device.
  • the dissipation device is designed and/or suitable for dissipating an electrical charge and/or voltage, starting from the rotor via the shaft to the housing section and optionally in addition to the stator.
  • the diverter device forms an electrical connection between the shaft and the housing section.
  • it is a permanent electrical connection between the shaft and the housing section, which is both stationary and dynamic, i.e. during operation of the electrical machine.
  • the diverter device has a first contact device and a second contact device.
  • the first contact device is used for electrical connection to the shaft. Furthermore, the first contact device serves for mechanical connection to the shaft, in particular so that the first contact device is fixed to the shaft.
  • the second contact device is used for electrical connection to the housing section. Furthermore, the second contact device serves for mechanical connection to the housing section, in particular so that the second contact device is fixed to the housing section.
  • the two contact devices can be rotated relative to one another, particularly when the electrical machine is in operation. During operation of the electrical machine, the shaft rotates about the main axis, with the first contact device being carried along by the rotating shaft and the second contact device remaining stationary on the housing section.
  • the first and second contact devices are electrically connected to one another in a contact space that is sealed from the housing space.
  • the contact space and the housing space are separated from one another in a sealing manner and/or sealed against one another.
  • the contact space is limited, in particular in the axial and/or radial direction, by the first and/or the second contact device.
  • the contact space is preferably defined as an annular space surrounding the main axis, which is formed between the first and the second contact device.
  • the two contact devices are arranged coaxially to one another with respect to the main axis, with the first contact device being arranged on an axial end face of the shaft and the second contact device being arranged opposite thereto on the housing section.
  • the discharge device is therefore implemented as a so-called “front-side shaft earth earther”.
  • the diverter device can also be inserted into a hollow shaft, for example when using an oil lance, rather than into the solid shaft.
  • the contact space is filled with an electrically conductive liquid.
  • the contact space is completely filled with the electrically conductive liquid.
  • the contact space can also be partially and/or largely filled with the electrically conductive liquid.
  • the first and second contact devices are electrically connected to one another via the electrically conductive liquid.
  • the two contact devices are spaced apart from one another in the contact space, with electrical contact being made exclusively or additionally via the electrically conductive liquid.
  • a current path runs from the rotor via the shaft and the first contact device with the interposition of the electrically conductive liquid to the second contact device and the housing section.
  • the current path formed by the dissipation device has a lower resistance compared to the storage devices, so that the discharge currents and/or voltages are dissipated via the dissipation device.
  • a wear-free contact is established between the two diverting devices via the electrically conductive liquid, so that the diverting device can be operated with very little friction and without wear.
  • no conductive abrasion occurs in the proposed discharge device, which means that the risk of short circuits due to abrasion in the electrical machine is excluded.
  • a further advantage is that contacting via the electrically conductive liquid means that position-independent operation of the diverter device is possible, since permanent contact is established between the two contact devices with the interposition of the electrically conductive liquid.
  • one of the contact devices is designed as a sleeve and the other contact device is designed as a ground rod.
  • the sleeve can be assigned to the housing section and the ground rod to the shaft.
  • the sleeve of the shaft and the ground rod are preferably assigned to the housing section.
  • the sleeve is roughly designed as a cylinder sleeve closed on one side.
  • the ground rod is formed in a rough shape as a cylindrical rod.
  • the sleeve and ground rod are formed from an electrically conductive material such as steel, iron, copper or the like.
  • the sleeve has the contact space with the electrically conductive liquid, with the grounding rod being arranged in sections in the sleeve, so that the grounding rod is immersed in the electrically conductive liquid in the contact space.
  • the grounding rod and the sleeve can be rotated relative to one another about the main axis, with the grounding rod and the sleeve being in permanent contact with the interposition of the electrically conductive liquid during relative rotation.
  • the sleeve and the ground rod are arranged coaxially and/or concentrically with respect to the main axis.
  • the grounding rod is inserted into the sleeve in the axial direction with respect to the main axis and is sealed with respect to the sleeve.
  • the contact space in the axial direction is limited on the one hand by the sleeve itself and on the other hand by the grounding rod sealed in the sleeve.
  • a derivation device is therefore proposed, which is characterized by a simple and cost-effective structure and can also be easily integrated into an existing system.
  • the diverter device has a bridging sleeve, the bridging sleeve being arranged in the contact space.
  • the bridging sleeve is designed to be electrically conductive.
  • the bridging sleeve is designed in particular as a separate component to the sleeve.
  • the bridging sleeve bridges the distance, in particular the radial distance, between the grounding rod and the sleeve at least in sections and in an electrically conductive manner.
  • the bridging sleeve is in particular made of or has an electrically conductive material, preferably a metal.
  • the grounding rod is arranged in the bridging sleeve and the bridging sleeve rests on the sleeve in the radial direction and/or in the axial direction in the contact space.
  • the bridging sleeve is arranged coaxially to the main axis of rotation and/or concentrically between the ground rod and the sleeve.
  • the bridging sleeve is rigidly connected to the sleeve and/or arranged to rotate freely relative to the ground rod.
  • the grounding rod is arranged in a contacting manner in the bridging sleeve, but the grounding rod is preferably arranged in the bridging sleeve in a contactless manner, for example with play, and/or at least only in certain areas in a contacting manner.
  • the electrically conductive fluid ensures electrical contact between the ground rod and the jumper sleeve.
  • the bridging sleeve can be designed as an end sleeve and can only be opened on one side and/or have a blind hole opening for the grounding rod. However, this is preferably designed with a through opening for receiving, at least partially, the grounding rod.
  • the bridging sleeve particularly preferably has a straight, hollow cylindrical shape.
  • the bridging sleeve can be manufactured in a simple, cost-effective manner with low tolerances and/or high manufacturing quality, in particular Reference to the receiving opening for the grounding rod, can be made. It is therefore no longer necessary for the sleeve in the contact space to have a high manufacturing quality and/or a low tolerance, since the contact surface to the ground rod is formed by the inner circumference of the bridging sleeve.
  • the radial distance between the bridging sleeve, in particular an inner circumference of the bridging sleeve, and the outer circumference of the grounding rod is reduced, so that the electrically conductive liquid only has to bridge a very short section in the line path between the grounding rod and the bridging sleeve. This increases the conductivity of the dissipation device and/or reduces the electrical resistance in the dissipation device.
  • the bridging sleeve is designed as a sliding bushing, the sliding bushing forming a sliding bearing and/or emergency bearing for the grounding rod.
  • the bridging sleeve is assigned a second function, namely a storage function for the grounding rod.
  • the sliding bushing can implement a permanent storage or a temporary storage, in particular designed to implement an emergency running property for the grounding rod in the bridging sleeve.
  • the bridging sleeve it is possible to use a soft metal, such as a copper alloy, bronze alloy or brass alloy, for the bridging sleeve.
  • a soft metal such as a copper alloy, bronze alloy or brass alloy
  • the electrically conductive liquid forms a lubricating film between the ground rod and the bridging sleeve as a sliding bearing partner.
  • the bridging sleeve is mechanically and therefore electrically conductively connected to the sleeve.
  • the bridging sleeve is pressed into the sleeve and in this way mechanically and consequently electrically conductively connected to the sleeve.
  • the bridging sleeve can be cohesively connected to the sleeve. It is intended that the electrically conductive liquid electrically conductively bridges only one possible annular gap between the bridging sleeve and the grounding rod. During operation, the relative rotation between the sleeve and the grounding rod can result in contact, possibly permanent contact. However, this contacting is not process-safe; process reliability is only achieved through the electrically conductive liquid in the annular gap. If you look closely, an annular gap does not always have to be provided between the bridging sleeve and the grounding rod.
  • the annular gap has a simple annular gap width, i.e. a distance between the inner circumference of the bridging sleeve and the outer circumference of the grounding rod of less than 200 pm, preferably less than 60 pm and in particular less than 30 pm.
  • the small annular gap width increases the electrical conductivity and/or reduces the electrical resistance of the discharge device.
  • the electrically conductive liquid itself is 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 preferably in the form of a conductive oil or grease.
  • the conductive oils and fats generally have a lower conductivity than, for example, liquid metal, they are less toxic and/or easier to handle.
  • the bridging sleeve the lower conductivity can be compensated for, so that the bridging sleeve enables a technically sensible use of conductive oils and/or greases.
  • an electrically conductive liquid with an electrical Conductivity at 25°C greater than 10,000 nS/m, in particular greater than 30,000 nS/m such as oils or fats with conductive additives or other oil-free and/or fat-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 conductive oils and/or greases improve the emergency running properties of the grounding rod in the bridging sleeve.
  • the sleeve has a radial shoulder, in particular a taper and/or step, the bridging sleeve being secured in a form-fitting manner in the axial direction by the radial shoulder in the contact space.
  • the bridging sleeve is inserted and/or pressed into the contact space during production and the radial shoulder is subsequently produced using forming technology, so that the bridging sleeve is captive in the contact space.
  • the sleeve has a sealing section for receiving a sealing device and a contact section adjoining the sealing section to form the contact space.
  • the contact section directly adjoins the sealing section in the axial direction with respect to the main axis.
  • the sleeve can be designed as a sheet metal component, with the contact section and the sealing section being formed by forming.
  • the grounding rod is supported sealingly on the sleeve within the sealing section and/or guided sealingly over the sealing section.
  • the contact section is closed in an axial direction with respect to the main axis and the sealing section is opened in an axial opposite direction, so that the grounding rod can be inserted and/or inserted into the contact section in the axial direction via the sealing section.
  • the contact section is prefilled with the electrically conductive liquid before mounting the grounding rod, with the grounding rod being immersed in the electrically conductive liquid when it is inserted into the sleeve and/or sealing the contact space in a fluid-tight manner.
  • a diverter device is proposed which is characterized by simple assembly and thus by simple and cost-effective assembly.
  • the diverter device has a sealing device which is designed and/or suitable for sealing the contact space.
  • the sealing device has the function of protecting the contact space from an environment, in particular the housing space, against an escape of the electrically conductive liquid and/or against an entry of foreign particles, such as dust, moisture, splash water, oil, etc., from the environment .
  • the contact space is preferably designed to be closed and separated from the environment in the axial direction by the sealing device.
  • the sealing device serves to dynamically and statically seal the contact space, so that it is sealed from the environment, in particular the housing space, when at a standstill and during operation.
  • the sealing device preferably forms a fluid-tight, in particular oil-tight, Separation of the contact space.
  • the sealing device is accommodated in the sealing section in the axial direction in a form-fitting and/or non-positive manner with respect to the main axis, the grounding rod being supported in a sealing manner on an inner circumference of the sleeve via the sealing device.
  • the sealing device is held in a force-fitting manner via a press fit in the sealing section.
  • the sealing device is held in a form-fitting manner in the axial direction and/or in the axial opposite direction.
  • the sealing device is preferably designed as a contacting rotary seal, for example as a radial shaft seal, a felt ring or a shaft lip seal. A particularly tight system is therefore proposed, which can be used, for example, in dry as well as wet environments.
  • the sealing device is designed as a double-acting rotary seal.
  • the sealing device has a first and a second sealing lip, which abut radially on an outer circumference of the grounding rod at a distance from one another in the axial direction.
  • the first and second sealing lips can each be formed by two separate seals, e.g. radial shaft seals.
  • the sealing device preferably has a cylindrical base body, with the two sealing lips being formed on an inner circumference of the base body.
  • the base body and the two sealing lips are made of an elastic material.
  • the base body can be made of a harder material than the two sealing lips, for example a hard plastic, metal or the like.
  • the two sealing lips ensure a particularly high seal, especially during rotation of the shaft, with the escape of the electrically conductive liquid or the entry of foreign particles being significantly reduced or prevented.
  • the sleeve has a positive-fitting contour on its inner circumference and the grounding rod has a counter-contour on its outer circumference.
  • the form-fitting contour and the counter contour are axial Direction in relation to the main axis positively engage with each other, so that the grounding rod is secured against being pulled out of the sleeve.
  • the grounding rod is secured to the sleeve at a fixed insertion depth via the form-fitting contour.
  • the form-fitting contour can be formed by at least one radially inwardly directed collar and the counter contour by at least one radially outwardly directed collar, so that an end stop for the grounding rod is formed from the sleeve at least in an axial direction.
  • the form-fitting contour or the counter-contour has a further collar, so that an end stop for the grounding rod is formed both in the axial direction and in the opposite axial direction. The grounding rod can thus be rotated in the circumferential direction and secured against displacement in the sleeve in the axial direction.
  • a discharge device is therefore proposed which is designed as a pre-assembled structural unit.
  • the second contact device has a fastening section at the end.
  • the fastening section serves to fasten the second contact device to the housing section.
  • the sleeve can have the fastening section for fastening the sleeve to the housing section.
  • the ground rod preferably has the fastening section for fastening the ground rod to the housing section.
  • the diverter device has a fastening means which is designed and/or suitable for releasably fastening the fastening section to the housing section.
  • the fastening means can be arranged and/or arranged on the fastening section in a form-fitting and/or non-positive manner in order to secure the second contact device on the housing section.
  • the fastening section has an external or internal thread, wherein the fastening means can be designed accordingly as a nut for the external thread or a screw for the internal thread.
  • the second contact device can be connected and/or connected to the housing section in a fixed manner, in particular in a rotationally fixed manner, via the fastening section and the fastening means.
  • a diverter device is therefore proposed which can be easily mounted on the housing section and replaced inexpensively in the event of service.
  • a further subject of the invention relates to an electrical machine with at least or exactly one discharge device, as has already been described previously or according to one of claims 1 to 7.
  • the electrical machine is suitable and/or designed for a vehicle.
  • the vehicle is preferably designed as an electric vehicle, in particular as a purely electric vehicle or as a hybrid vehicle.
  • the vehicle can be designed as a single-track or two-track and/or single-axle or multi-axle, in particular two-axle, vehicle.
  • the vehicle is designed as a passenger car, a truck or a bus.
  • the vehicle can also be designed as an electrically powered bicycle (pedelec), motorcycle (electric motorcycle), e-scooter or the like.
  • the electric machine serves in particular to create and/or provide a traction torque, in particular a main traction torque, for the vehicle.
  • the electric machine can be coupled or coupled to an energy device, in particular to an energy storage device, in particular to a battery or rechargeable battery, in order to obtain energy to generate the traction torque.
  • the electrical machine is preferably designed as an electric motor.
  • the shaft has a shaft bore on the end face which runs coaxially to the main axis, with the sleeve being held in the shaft bore, preferably in a non-positive manner.
  • the shaft bore is designed as a blind bore or as a through bore, such as in a hollow shaft.
  • the sleeve, in particular the contact section and/or the sealing section is pressed into the shaft bore.
  • the housing section has a housing bore that runs coaxially to the main axis, with the grounding rod being held in the housing bore, in particular in a non-positive manner.
  • the housing bore is designed as a through bore or blind bore.
  • the grounding rod in particular the fastening section, is screwed into the housing bore and/or secured in the housing bore via the fastening means.
  • the diverter device has a sealing element, with the fastening section being sealed from the housing opening via the sealing element.
  • the sealing element serves to seal the housing space against the entry and/or exit of foreign particles.
  • a diverter device is therefore proposed which can be particularly easily mounted on the front side in or on the shaft.
  • the sleeve is fastened at the front in a bore of the rotor shaft and establishes direct contact with the rotor.
  • the grounding rod is then inserted into a housing hole and secured to the housing, thereby establishing direct contact with the stator.
  • the design of the shaft earther also allows it to be installed backwards in order to be able to react to different installation spaces.
  • the housing space has a motor section which is designed and/or suitable for receiving the rotor and stator. Furthermore, the housing space has a gear section which is designed and/or suitable for the gear connection of the shaft to a gear device.
  • the transmission device can be designed as a clutch device and/or as a switching device and/or as a translation device.
  • the shaft is connected to the transmission device in terms of transmission technology, in particular the shaft forms an input shaft into the transmission device.
  • the shaft can, for example, have a gear wheel section or be firmly connected to a gear wheel.
  • the gear wheel section can be formed, for example, by a tooth geometry arranged on the shaft.
  • the gear wheel can be designed as a gear wheel connected to the shaft in a rotationally fixed manner.
  • the motor section and the transmission section are separated from one another, in particular in a dirt-tight and/or oil-tight manner, via a separating section in the axial direction to the main axis.
  • the motor section and the transmission section together form the housing space.
  • the shaft is passed through the separating section and sealed from the separating section via a sealing element, for example another shaft sealing ring.
  • the engine section is implemented either as an oil area or as a dry area and the transmission section as an oil area.
  • the diverter device is arranged on a motor side of the motor section.
  • the diverter device is arranged at the end on the end face of the shaft, which is arranged in the motor section and/or guided out of it.
  • the dissipation device is therefore arranged on the side of the rotor and installed where the electrical charge and/or electrical voltage arises in the rotor, so that it can be dissipated in a spatially close manner.
  • the diverting device or optionally additionally a further diverting device is arranged on a transmission side of the transmission section.
  • the diverting device or the further diverting device is arranged at the end on the other end face of the shaft, which is arranged in the gear section and/or is guided out of it.
  • the diverting device or the further diverting device is arranged on the side of the transmission device, the transmission section with the transmission device being protected by this arrangement, so that any bearings in the transmission device do not suffer any damage from the passage of current.
  • the grounding rod is guided over a conductive bridging sleeve and sealed from the environment via the sealing device.
  • the bridging sleeve serves as a guide for the grounding rod (advantages in terms of fastening and emergency running properties), which is why the bridging sleeve is preferably a sliding bushing with conductive properties) and serves as a bridge because in such conductive liquids the conductivity decreases with increasing distance (gap).
  • the dissipation device particularly applies to use with conductive oils and Greases, which are introduced as an alternative to the expensive and sometimes toxic conductive metals - that is, the implementation has arisen through the introduction of the new liquids: via the electrically conductive liquid (e.g.
  • a direct Contact is made between the ground rod and the conductive bridging sleeve and the housing connected to the sleeve.
  • the induced currents are safely conducted to ground via this path of least resistance.
  • the bearings of the connected assemblies, such as the gearbox, etc. are also reliably protected.
  • the system works particularly safely up to gap widths of 120 pm and most efficiently in the range of 0 - 30 pm.
  • a major advantage of the diverter device as a shaft earth electrode is that it is constructed as an independent system and can therefore be offered as a finished unit.
  • Another advantage is that the discharge device can be used in both dry and wet electric machines (same parts principle).
  • the diverting device Since the contact is established via the electrically conductive liquid, the diverting device is completely wear-free and there is no conductive abrasion, compared to all currently known solutions. This means that the diverter device also works with very little friction. Thanks to the internal seal, the diverter device is additionally protected from environmental influences that disrupt efficiency. The design also makes position-independent operation possible, since the electrically conductive liquid always establishes contact between the two contact partners. In addition, the shaft earther can be replaced in the event of service.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of an electrical machine as an exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a schematic detailed view of the electrical machine from Figure 1;
  • Figures 3a, b show different representations of a discharge device for the electrical machine of Figures 1 and 2.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of an electrical machine 1 as an exemplary embodiment of the invention.
  • the electric machine is designed and/or suitable for a vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the electric machine 1 is designed as an electric traction machine and serves to generate and/or provide a traction torque, in particular a main traction torque, for the vehicle.
  • the electric machine 1 can be designed, for example, as a direct current, synchronous or asynchronous motor, etc.
  • the electrical machine 1 has a rotor 2 and a stator 3, which are arranged coaxially and/or concentrically to one another with respect to a main axis 100.
  • the electric machine 1 can be electrically connected to an energy device, e.g. a battery or accumulator, in order to obtain energy to generate the traction torque.
  • an energy device e.g. a battery or accumulator
  • the electric machine 1 has a shaft 4 for transmitting the traction torque.
  • the rotor 2 is connected to the shaft 4 in terms of drive technology, so that the shaft 4 is driven via and/or by the rotor 2.
  • the shaft 4 is thus designed as a rotor shaft and is mechanically, for example non-rotatably, and electrically connected to the rotor 2.
  • the shaft 4 defines the main axis 100 with its axis of rotation.
  • the electrical machine 1 has a housing 5, which defines a housing space 6.
  • the housing 5 is formed by the stator 3 as well as a housing section 7 and a further housing section 8, the housing section 7 being arranged on one axial side and the further housing section 8 on the other axial side of the stator 3.
  • the Housing space 6 is thus limited in the radial direction by the stator 3 and in the axial direction by the two housing sections 7, 8.
  • the shaft 4 and the rotor 2 are rotatably mounted in the housing space 6 via a first and a second bearing device 9a, 9b.
  • the two housing sections 7, 8 each form a bearing plate, with the shaft 4 being supported on the housing section 7 via the first bearing device 9a and on the further housing section 8 via the second bearing device 9b.
  • the bearing devices 9a, 9b are each designed as roller bearings/ball bearings, in particular deep groove ball bearings.
  • the housing space 6 is divided into a motor section 10 for accommodating the rotor 2 and a transmission section 11 for connecting the shaft 4 to a transmission device, not shown, the motor section 10 and the transmission section 11 being spatially separated from one another via a separating section 12 and via the shaft 4 are connected to each other via gear technology.
  • the separating section 12 is formed or co-formed by the further housing section 8.
  • the separating section 12 is arranged in the axial direction with respect to the main axis 100 between the motor section 10 and the transmission section 11 and is designed as a partition.
  • the engine section 10 is designed, for example, as a dry area and the adjacent transmission section 11 as an oil area, with the separating section 12 forming an oil-tight separation between the engine section 10 and the transmission section 11.
  • the shaft 4 is guided from the motor section 10 through the separating section 12 into the transmission section 11 and sealed against the separating section 12 via a shaft sealing ring 13.
  • the shaft 4 forms an input shaft into the transmission device.
  • the electric machine 1 has a gear wheel 14, which is connected to the shaft 4 in a rotationally fixed manner and is arranged in the gear section 11.
  • the gear wheel 14 is designed as a gear and can be used, for example, to translate the Traction torque on the transmission device is in engagement with another gear, not shown, of the transmission device.
  • Sparks jump over the dielectric oil or grease film, also called spark erosion, between the rotating parts and the bearing raceway, causing melting craters and/or a type of bearing profiling (corrugation formation) in the bearing raceway of the bearing devices 9a, 9b.
  • the electrical machine 1 has a discharge device 15.
  • the dissipation device 15 serves to dissipate an electrical charge and/or electrical voltage, starting from the rotor 2 via the shaft 4 to the housing 5.
  • the housing 5 is connected to ground and/or to the stator 2 and/or grounded, so that the electrical charges and/or voltages can be safely dissipated via the housing 5.
  • the diverter device 15 is arranged on the motor side, in particular in the motor section 10, on an axial end face of the shaft 4 and is electrically connected on the one hand to the shaft 4 and on the other hand to the housing 5, in particular the housing section 7.
  • FIG 2 shows a detailed view of the motor section 10 with the mounted diverter device 15 from Figure 1.
  • the diverter device 15 has a first and a second contact device 16, 17, which are arranged coaxially and/or concentrically to one another with respect to the main axis 100.
  • the first contact device 16 is electrically and mechanically, in particular non-rotatably, connected to the shaft 4 and the second contact device 17 is electrically and mechanically, in particular non-rotatably, connected to the housing section 7.
  • the two contact devices 16, 17 are mechanically decoupled from one another, so that the two contact devices 16, 17 can be rotated relative to one another, in particular during operation of the electrical machine 1.
  • a contact space 18 designed as an annular space is formed between the first and second contact devices 16, 17, via which the two contact devices 16, 17 are electrically connected to one another.
  • the contact space 18 is filled with an electrically conductive liquid 19, the first and second contact devices 16, 17 being in electrically conductive contact with one another with the interposition of the electrically conductive liquid 19.
  • the electrically conductive liquid is designed as an electrically conductive oil, grease, liquid metal or ionic liquid.
  • the contact space 18 is separated in a fluid-tight manner from the housing space 6 or the surroundings of the diverter device 15, so that an escape of the electrically conductive liquid 19 from the contact space 18 into the housing space 6 and an entry of foreign particles from the housing space 6 into the contact space 18 is prevented.
  • An axially acting diverter device 15 is therefore proposed, which can be used in both dry and wet environments. Since the electrical contact between the first and second contact devices 16, 17 is established with the interposition of the electrically conductive liquid 19, the diverting device 15 operates with little friction and wear-free during operation of the electrical machine 1, so that no conductive abrasion can occur. Furthermore, position-independent operation is possible due to the electrically conductive liquid 19, since the electrically conductive liquid 19 always ensures contact between the two contact devices 16, 17.
  • the first contact device 16 is designed as a sleeve 20 and the second contact device 17 as a ground rod 21.
  • the sleeve 20 is designed as a metallic, in particular electrically conductive, cylinder sleeve that is closed in an axial direction 101 with respect to the main axis 100 and opened in an axial opposite direction 102.
  • a bridging sleeve 34 is arranged in the contact space 18, the bridging sleeve 34 being aligned coaxially with the main axis 100.
  • the bridging sleeve 34 has a straight hollow cylindrical shape and is designed to be electrically conductive.
  • the bridging sleeve 34 is realized as a metal sleeve.
  • the bridging sleeve 34 rests with its outer circumference on the inner circumference of the contact section 26 in a mechanical and/or electrically conductive manner. For example, the bridging sleeve 34 is pressed into the contact section 26.
  • the bridging sleeve 34 forms a component of the first contact device 16.
  • the grounding rod 21 is designed as a metallic, in particular electrically conductive, cylinder rod, which is inserted so far into the sleeve 20 in the axial direction 101 that the grounding rod 21 is partially immersed in the electrically conductive liquid 19 in the axial region of the bridging sleeve 34. An electrical path is thus created between the grounding rod 21 (stator) and the sleeve via the electrically conductive liquid 19 and the bridging sleeve 34
  • the induced currents are safely conducted to ground via this path of least resistance, so that the currents are conducted away from the bearing through this system.
  • the bearings of the connected assemblies, such as gearboxes, etc., can also be protected in this way.
  • the diverting device 15 has a sealing device 22, wherein the grounding rod
  • the sealing device 22 is arranged in the axial direction 101 in front of the contact space 18, with the grounding rod 21 being inserted into the contact section 26 in the axial direction via the sealing device 22.
  • the grounding rod 21 lies sealingly against the sealing device 22 in the radial direction Sleeve 20, so that the contact space 18 is sealed in the axial opposite direction 102.
  • the internal seal means that the contact space 18 is protected from environmental influences that disrupt efficiency.
  • the housing section 7 has a first and a second housing part 7a, 7b, the two housing parts 7a, 7b being electrically and mechanically connected to one another.
  • the first housing part 7a has a central housing opening 23, in particular arranged coaxially to the main axis 100, via which the housing space 6 is accessible from the outside.
  • the second housing part 7b is designed as a housing cover, which closes the housing opening 23.
  • the diverter device 15 can be mounted on the shaft 4 via the housing opening 23 and then connected to the housing section 7.
  • the second housing cover 7b can be mounted in the axial direction 101 on the first housing cover 7a in a form-fitting and/or non-positive manner, for example via a screw connection.
  • the shaft 4 has a shaft bore 24 arranged coaxially to the main axis 100 on the front side, the sleeve 20 being mounted in the shaft bore 24 in a form-fitting and/or non-positive manner, in particular in a rotationally fixed manner.
  • the second housing part 7b has a housing bore 25 arranged coaxially to the main axis 100, the grounding rod 21 being mounted in the housing bore 25 within the housing space 6 in a form-fitting and/or non-positive manner, in particular in a rotationally fixed manner.
  • the sleeve 20 makes direct contact with the shaft 4 and the ground rod 21 makes direct contact with the housing section 7.
  • FIG. 3a shows the discharge device 15 in an exploded view.
  • the sleeve 20 has a contact section 26 and a sealing section 27, the contact section 26 forming the contact space 18 and the sealing section 27 forming a receptacle for the sealing device 22.
  • the sleeve 20 is designed as a sheet metal component, with the contact section 26 and the sealing section 27 being formed by forming.
  • the contact section 26 has a smaller diameter than that Sealing section 27, with the sleeve 20 being pressed into the shaft bore 24 via the sealing section 27.
  • the ground rod 21 is arranged in the contact section 26 at a distance from the sleeve 20 in the radial direction and in the axial direction with respect to the main axis 100, the free space formed thereby being defined as the contact space 18.
  • the bridging sleeve 34 is arranged in the contact space 18, the remaining free volume in the contact space 18 being completely or at least partially and/or largely filled with the electrically conductive liquid 19.
  • the bridging sleeve 34 is thus arranged concentrically between the sleeve 20 in the contact section 26 and the ground rod 21.
  • the electrically conductive liquid 19 does not have to bridge the radial distance between the grounding rod 21 and the sleeve 20, but only the annular gap between the grounding rod 21 and the bridging sleeve 34.
  • the simple annular gap width is therefore the simple radial distance between the outer circumference of the grounding stand 21 and the inner circumference of the bridging sleeve 34 is smaller than 120 pm, and for example smaller than 30 pm.
  • conductive liquids 19 such as conductive fats or oils.
  • the electrically conductive liquid 19 as conductive fats or oils also forms an excellent lubricant between the grounding rod 21 and the bridging sleeve 34.
  • the bridging sleeve 34 also enables the smaller radial distance because the bridging sleeve 34 is initially manufactured as a separate component and therefore has only small tolerances as a simple component. As a result, the inner circumference of the bridging sleeve 34 is precisely shaped, so that the annular gap width can be made small.
  • the bridging sleeve 34 is designed in particular as a sliding bushing, the material of the sliding bushing being softer than the material of the grounding rod 21, so that emergency running properties for the rotation of the ground rod 21 can be provided by the bridging sleeve 34.
  • the contact section 26 is closed in the axial direction 101 and the sealing section 27 is opened in the axial opposite direction 102, the grounding rod 21 being guided sealingly into the contact section 26 via the sealing device 22 arranged in the sealing section 27.
  • the sealing device 22 is designed as a contacting rotary seal, which seals against an inner circumference of the sealing section 27 on the one hand and on an outer circumference of the grounding rod 21 on the other hand.
  • the sealing device 22 is designed as a cylindrical elastomer seal, which has a first and possibly a second sealing lip 22a, 22b on its inner circumference.
  • the two sealing lips 22a, 22b are spaced apart in the axial direction with respect to the main axis 100 and lie sealingly against the outer circumference of the grounding rod 21 in the circumferential direction.
  • the sealing device 22 is held in the sealing section 27 in a positive and/or non-positive manner.
  • the sealing device 22 rests in the axial direction 101 on a radial shoulder 28 of the sleeve 20, the sleeve 20 being tapered in the area of the shoulder 28.
  • the shoulder 28 is formed in a transition area between the contact section 26 and the sealing section 27, whereby the shoulder 28 can at the same time form a radial stop for the grounding rod 21 during unsteady rotation.
  • the bridging sleeve 34 can rest on the axial opposite side of the radial shoulder 28. At least the free inside diameter of the radial shoulder is smaller than the outside diameter of the bridging sleeve 34, so that it is optionally captively caught in the contact section 26.
  • the sleeve 20 has a positive-locking contour 29 on its inner circumference and the grounding rod 21 has a counter-contour 30 on its outer circumference, the positive-locking contour 29 engaging with the counter-contour 30 in order to secure the grounding rod 21 in the sleeve 20 against loss.
  • the form-fitting contour 29 is through a radially inwardly directed collar and the counter contour 30 is formed by a groove which is defined by two axially spaced and radially outwardly directed collars. The collar of the form-fitting contour 29 engages in the groove of the counter contour
  • ground rod 21 is secured in the axial direction 101 by one collar and in the axial opposite direction 102 by the other collar of the counter contour 30.
  • the grounding rod 21 is thus captively accommodated in the sleeve 20, so that the derivation device 15 can be offered as a pre-assembled unit.
  • the ground rod 21 has a fastening section at its free axial end
  • the diverter device 15 has a fastening means 32 and a sealing element 33, which can be mounted at the end on the fastening section 31.
  • the grounding rod 21 with the fastening section 31 is pushed through the housing bore 25 and then secured to the housing section 7, in particular the second housing part 7b, via the fastening means 32 with the interposition of the sealing element 33.
  • the counter contour 30, in particular the collar closest to the housing section 7, can serve as a stop in the axial opposite direction 102 for the grounding rod 21.
  • the fastening section 31 has an external thread
  • the fastening means 32 being designed as a screw nut
  • the sealing element 33 being designed as a sealing washer
  • the sealing element 33 being pushed onto the fastening section 31 for assembly and the fastening means 32 being able to be screwed onto the fastening section 31.
  • a derivation device 15 is therefore proposed, which can be installed simply and inexpensively and can be easily replaced in the event of service. List of reference symbols for electrical machines
  • Housing section a, b Housing parts of further housing section a, b Bearing devices 0 Motor section 1 Gear section 2 Separating section 3 Sealing element 4 Gear wheel 5 Discharge device 6 First contact device 7 Second contact device 8 Contact space 9 Electrically conductive liquid 0 Sleeve 1 Grounding rod 2 Sealing device 2a, b Sealing lips 3 Housing openings 4 Shaft bore 5 Housing bore 6 contact section 7 sealing section Paragraph

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

Es wird eine Ableitvorrichtung (15) für eine elektrische Maschine (1) zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von einem Rotor (2) über eine Welle (4) zu einem Gehäuseabschnitt (7) vorgeschlagen, wobei der Gehäuseabschnitt (7) einen Gehäuseraum (6) begrenzt, mit einer ersten Kontakteinrichtung (16) zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Welle (4), mit einer zweiten Kontakteinrichtung (17) zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt (7), wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung (16, 17) um eine Hauptachse (100) relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die eine Kontakteinrichtung (16) als eine Hülse (20) und die andere Kontakteinrichtung (17) als ein Erdungsstab (21) ausgebildet ist, wobei die Hülse (20) einen Kontaktraum (18) mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (19) aufweist und wobei der Erdungsstab (21) abschnittsweise in der Hülse (20) angeordnet ist, wobei die Hülse (20) und der Erdungsstab (21) unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (19) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, mit einer Überbrückungshülse (34), wobei die Überbrückungshülse (34) in dem Kontaktraum (18) angeordnet ist und wobei die Überbrückungshülse (34) den Abstand zwischen dem Erdungsstab (21) und der Hülse (20) elektrisch leitend zumindest teilweise überbrückt.

Description

Ableitvorrichtung zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung über eine Welle eines Antriebsstrangs sowie ein Antriebsstrang mit der Ableitvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Ableitvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit der Ableitvorrichtung.
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 102020 119719 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 Ableitvorrichtung zu schaffen, welche sich durch eine verbesserte Ableitfähigkeit und durch Verschleißfreiheit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine Ableitvorrichtung mit den Merkmalen das Anspruchs 1 sowie einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die Erfindung betrifft eine Ableitvorrichtung, welche vorzugsweise für einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Antriebsstrang oder die elektrische Maschine weist einen Gehäuseabschnitt auf, wobei der Gehäuseabschnitt einen Gehäuseraum definiert und/oder begrenzt. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt ein Bestandteil eines Gehäuses und/oder bildet dieses. Bevorzugt ist das Gehäuse mehrteilig aufgebaut, wobei der Gehäuseabschnitt einen Teil des Gehäuses, beispielsweise ein Lagerschild, bildet. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt mit Masse verbunden und/oder geerdet.
Die elektrische Maschine weist eine Welle auf oder ist mit einer Welle, z.B. einer Eingangswelle oder einer Zwischenwelle eines Getriebes gekoppelt, welche mit ihrer Rotationsachse eine Hauptachse definiert. Des Weiteren weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, welche konzentrisch und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Die Welle ist mit dem Rotor elektrisch und getriebetechnisch verbunden. Insbesondere wird die Welle über und/oder durch den Rotor angetrieben. Insbesondere ist die Welle als eine Rotorwelle ausgebildet, welche vorzugsweise mit dem Rotor drehfest, starr und/oder einstückig verbunden ist. Vorzugsweise ist der Gehäuseabschnitt elektrisch und mechanisch mit dem Stator des Elektromotors verbunden. Die Welle und ggf. auch der Rotor sind in dem Gehäuseraum drehbar gelagert. Insbesondere weist die elektrische Maschine mindestens oder genau zwei Lagereinrichtungen auf, welche die Rotorlagerung bilden oder mitbilden. Der Rotor ist vorzugsweise zwischen den beiden Lagereinrichtungen in dem Gehäuseraum angeordnet, wobei die Welle über die Lagereinrichtungen in dem Gehäuseraum und/oder an dem Gehäuseabschnitt drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist mindestens eine der Lagereinrichtungen als eine Wälzlagereinrichtung ausgebildet.
Die Ableitvorrichtung ist zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung, ausgehend von dem Rotor über die Welle zu dem Gehäuseabschnitt und optional ergänzend zu dem Stator ausgebildet und/oder geeignet. Insbesondere bildet die Ableitvorrichtung eine elektrische Verbindung zwischen der Welle und dem Gehäuseabschnitt. Insbesondere handelt es sich um eine ständige elektrische Verbindung zwischen der Welle und dem Gehäuseabschnitt, welche sowohl stationär als auch dynamisch, also im Betrieb der elektrischen Maschine, vorliegt.
Die Ableitvorrichtung weist eine erste Kontakteinrichtung sowie eine zweite Kontakteinrichtung auf. Die erste Kontakteinrichtung dient zur elektrischen Verbindung mit der Welle. Ferner dient die erste Kontakteinrichtung zur mechanischen Verbindung mit der Welle, insbesondere sodass die erste Kontakteinrichtung an der Welle festgelegt ist. Die zweite Kontakteinrichtung dient zur elektrischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt. Ferner dient die zweite Kontakteinrichtung zur mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt, insbesondere sodass die zweite Kontakteinrichtung an dem Gehäuseabschnitt festgelegt ist. Die beiden Kontakteinrichtungen sind, insbesondere in einem Betrieb der elektrischen Maschine, relativ zueinander verdrehbar. Im Betrieb der elektrischen Maschine rotiert die Welle um die Hauptachse, wobei die erste Kontakteinrichtung durch die rotierende Welle mitgenommen wird und die zweite Kontakteinrichtung stationär an dem Gehäuseabschnitt verbleibt. Die erste und die zweite Kontakteinrichtung stehen in einem gegenüber dem Gehäuseraum abgedichteten Kontaktraum, elektrisch miteinander in Verbindung. Vorzugsweise sind der Kontaktraum und der Gehäuseraum voneinander dichtend getrennt und/oder gegeneinander abgedichtet. Der Kontaktraum ist insbesondere in axialer und/oder radialer Richtung, durch die erste und/oder die zweite Kontakteinrichtung begrenzt. Bevorzugt ist der Kontaktraum als ein die Hauptachse umlaufender Ringraum definiert, welcher zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinrichtung gebildet ist. Die beiden Kontakteinrichtungen sind in Bezug auf die Hauptachse koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste Kontakteinrichtung an einer axialen Stirnseite der Welle und die zweite Kontakteinrichtung gegenüberliegend dazu an dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist. Somit ist die Ableitvorrichtung als ein sogenannter „stirnseitiger Wellenerder“ umgesetzt. Alternativ hierzu kann die Ableitvorrichtung auch in eine Hohlwelle, z.B. bei dem Einsatz einer Öllanze, als in die Vollwelle eingesetzt werden.
Der Kontaktraum ist mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gefüllt. Vorzugsweise ist der Kontaktraum vollständig mit der elektrischen leitfähigen Flüssigkeit gefüllt. Alternativ kann der Kontaktraum jedoch auch teilweise und/oder größtenteils mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit befüllt sein. Die erste und die zweite Kontakteinrichtung sind über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit miteinander elektrisch leitend verbunden. Insbesondere sind die beiden Kontakteinrichtungen in dem Kontaktraum voneinander beabstandet, wobei eine elektrische Kontaktierung ausschließlich oder ergänzend über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit erfolgt. Insbesondere verläuft somit ein Strompfad von dem Rotor über die Welle und die erste Kontakteinrichtung unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit zu der zweiten Kontakteinrichtung und dem Gehäuseabschnitt. Der durch die Ableitvorrichtung gebildete Strompfad, weist dabei einen niedrigeren Widerstand gegenüber den Lagereineinrichtungen auf, sodass die Entladungsströme und/oder -Spannungen über die Ableitvorrichtung abgeleitet werden. Über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit ist ein verschleißfreier Kontakt zwischen den beiden Ableitvorrichtungen hergestellt, sodass die Ableitvorrichtung sehr reibungsarm und ohne Abnutzung betrieben werden kann. Im Gegensatz zu Reibkontakten, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, entsteht bei der vorgeschlagenen Ableitvorrichtung kein leitfähiger Abrieb, wodurch eine Gefahr von Kurzschlüssen durch den Abrieb in der elektrischen Maschine ausgeschlossen ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Kontaktierung über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit, ein lageunabhängiger Betrieb der Ableitvorrichtung möglich ist, da unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit ein dauerhafter Kontakt zwischen den beiden Kontakteinrichtungen hergestellt ist.
Es ist vorgesehen, dass eine der Kontakteinrichtungen als eine Hülse und die andere Kontakteinrichtung als ein Erdungsstab ausgebildet ist. Prinzipiell kann die Hülse dem Gehäuseabschnitt und der Erdungsstab der Welle zugeordnet sein. Bevorzugt jedoch ist die Hülse der Welle und der Erdungsstab dem Gehäuseabschnitt zugeordnet. Insbesondere ist die Hülse in einer Grobform als eine einseitig geschlossene Zylinderhülse ausgebildet. Insbesondere ist der Erdungsstab in einer Grobform als ein Zylinderstab ausgebildet. Vorzugsweise sind die Hülse und der Erdungsstab aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. Stahl, Eisen, Kupfer oder dergleichen, gebildet. Die Hülse weist den Kontaktraum mit der elektrischen leitfähigen Flüssigkeit auf, wobei der Erdungsstab abschnittsweise in der Hülse angeordnet ist, sodass der Erdungsstab in dem Kontaktraum in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit eintaucht. Insbesondere sind der Erdungsstab und die Hülse relativ zueinander um die Hauptachse verdrehbar, wobei der Erdungsstab und die Hülse bei einer Relativverdrehung dauerhaft unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in Kontakt stehen. Vorzugsweise sind die Hülse und der Erdungsstab in Bezug auf die Hauptachse koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet. Bevorzugt ist der Erdungsstab in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse in die Hülse eingesteckt und gegenüber der Hülse abgedichtet. Dabei ist der Kontaktraum in axialer Richtung einerseits durch die Hülse selbst und andererseits durch den in der Hülse dichtend aufgenommenen Erdungsstab begrenzt. Es wird somit eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet und zudem in einfacher Weise in ein bestehendes System integriert werden kann.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ableitvorrichtung eine Überbrückungshülse aufweist, wobei die Überbrückungshülse in dem Kontaktraum angeordnet ist. Insbesondere ist die Überbrückungshülse elektrisch leitend ausgebildet. Die Überbrückungshülse ist insbesondere als ein separates Bauteil zu der Hülse ausgebildet. Die Überbrückungshülse überbrückt den Abstand, insbesondere den radialen Abstand, zwischen dem Erdungsstab und der Hülse zumindest abschnittsweise und zwar elektrisch leitend. Die Überbrückungshülse ist insbesondere aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus einem Metall gefertigt oder weist dieses auf. Insbesondere ist der Erdungsstab in der Überbrückungshülse angeordnet und die Überbrückungshülse liegt in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung in dem Kontaktraum an der Hülse an. Insbesondere ist die Überbrückungshülse koaxial zu der Hauptdrehachse und/oder konzentrisch zwischen dem Erdungsstab und der Hülse angeordnet. Insbesondere ist die Überbrückungshülse starr mit der Hülse verbunden und/oder freidrehend relativ zu dem Erdungsstab angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass der Erdungsstab in der Überbrückungshülse kontaktierend angeordnet ist, bevorzugt ist der Erdungsstab jedoch in der Überbrückungshülse kontaktlos, z.B. mit Spiel, und/oder zumindest nur bereichsweise kontaktierend angeordnet. Die elektrisch leitende Flüssigkeit stellt den elektrischen Kontakt zwischen dem Erdungsstab und der Überbrückungshülse sicher.
Die Überbrückungshülse kann als eine Endhülse ausgebildet sein und nur einseitig geöffnet sein und/oder eine Sacklochöffnung für den Erdungsstab aufweisen. Bevorzugt ist diese jedoch mit einer Durchgangsöffnung zur Aufnahme, zumindest zur teilweisen Aufnahme, des Erdungsstabs ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Überbrückungshülse eine gerade Hohlzylinderform auf.
Es ist vorteilhaft, dass die Überbrückungshülse in einfacher Weise kostengünstig und zwar mit niedrigen Toleranzen und/oder hoher Fertigungsqualität, insbesondere in Bezug auf die Aufnahmeöffnung für den Erdungsstab, hergestellt werden kann. Damit ist es nicht mehr notwendig, dass die Hülse in dem Kontaktraum eine hohe Fertigungsqualität und/oder eine niedrige Toleranz aufweist, da die Kontaktfläche zu dem Erdungsstab durch den Innenumfang der Überbrückungshülse gebildet wird. Zudem wird der radiale Abstand zwischen der Überbrückungshülse, insbesondere einem Innenumfang der Überbrückungshülse, und dem Außenumfang des Erdungsstabs verringert, so dass die elektrisch leitfähige Flüssigkeit nur einen sehr kurzen Abschnitt in dem Leitungspfad zwischen dem Erdungsstab und der Überbrückungshülse überbrücken muss. Dadurch wird die Leitfähigkeit der Ableitvorrichtung erhöht und/oder der elektrische Widerstand in der Ableitvorrichtung verringert.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Überbrückungshülse als eine Gleitbuchse ausgebildet, wobei die Gleitbuchse eine Gleitlagerung und/oder Notlagerung für den Erdungsstab bildet. Damit wird der Überbrückungshülse eine zweite Funktion zugeordnet, nämlich eine Lagerungsfunktion für den Erdungsstab. Dabei kann die Gleitbuchse eine ständige Lagerung oder eine temporäre Lagerung, insbesondere ausgebildet zur Umsetzung einer Notlaufeigenschaft für den Erdungsstab in der Überbrückungshülse, umsetzen. Durch die Wahl der Überbrückungshülse als ein separates Bauteil zu der Hülse ist beispielsweise das Material der Gleitbuchse beliebig wählbar, so dass eine reibungsarme Materialpaarung zwischen dem Erdungsstab und der Überbrückungshülse umsetzbar ist. So ist es beispielsweise möglich, ein Weichmetall, wie zum Beispiel eine Kupferlegierung, Bronzelegierung oder Messinglegierung für die Überbrückungshülse zu verwenden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, eine zusätzliche Gleitbeschichtung auf den Innenumfang der Überbrückungshülse als Gleitbuchse aufzubringen, da auch diese Maßnahme zur Verringerung der Reibung mit der Überbrückungshülse kostengünstig umgesetzt werden kann. Insbesondere bildet die elektrisch leitende Flüssigkeit einen Schmierfilm zwischen dem Erdungsstab und der Überbrückungshülse als Gleitlagerpartner aus. Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist die Überbrückungshülse mit der Hülse mechanisch und damit elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise ist die Überbrückungshülse in die Hülse eingepresst und auf diese Weise mechanisch und folglich elektrisch leitend mit der Hülse verbunden. Optional kann die Überbrückungshülse mit der Hülse stoffschlüssig verbunden sein. Es ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Flüssigkeit nur einen möglichen Ringspalt zwischen der Überbrückungshülse und dem Erdungsstab elektrisch leitend überbrückt. Im Betrieb kann es durch die Relativrotation zwischen der Hülse und dem Erdungsstab durchaus zu einer Kontaktierung möglicherweise zu einer dauerhaften Kontaktierung kommen. Diese Kontaktierung ist jedoch nicht prozesssicher, die Prozesssicherheit wird erst durch die elektrisch leitfähige Flüssigkeit in dem Ringspalt erreicht. Genau betrachtet muss somit nicht stets ein Ringspalt zwischen der Überbrückungshülse und dem Erdungsstab vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Ringspalt eine einfache Ringspaltbreite, also einen Abstand zwischen dem Innenumfang der Überbrückungshülse und dem Außenumfang des Erdungsstabs von weniger als 200 pm, vorzugsweise weniger als 60 pm und im Speziellen weniger als 30 pm auf. Durch die geringe Ringspaltbreite wird die elektrische Leitfähigkeit erhöht und/oder der elektrische Widerstand der Ableitvorrichtung verringert.
Bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 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 kann die geringere Leitfähigkeit kompensiert werden, so dass durch die Überbrückungshülse ein technisch sinnvoller Einsatz von leitfähigen Ölen und/oder Fettenermöglicht 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 und der daraus resultierenden verringerten Ringspaltbreite ermöglicht.
Ferner werden durch die leitfähigen Öle und/oder Fette die Notlaufeigenschaften des Erdungsstabs in der Überbrückungshülse verbessert.
Besonders bevorzugt weist die Hülse einen radialen Absatz, insbesondere eine Verjüngung und/oder Stufe auf, wobei die Überbrückungshülse durch den radialen Absatz in dem Kontaktraum in axialer Richtung formschlüssig gesichert ist. Vorzugsweise wird die Überbrückungshülse bei der Fertigung in den Kontaktraum eingelegt und/oder eingepresst und nachfolgend der radiale Absatz umformtechnisch erzeugt, so dass die Überbrückungshülse in dem Kontaktraum verliersicher gefangen ist. In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Hülse einen Dichtabschnitt zur Aufnahme einer Dichtungseinrichtung und einen sich an den Dichtabschnitt anschließenden Kontaktabschnitt zur Bildung des Kontaktraums aufweist. Insbesondere schließt sich der Kontaktabschnitt in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse unmittelbar an den Dichtabschnitt an. Die Hülse kann als ein Blechformbauteil ausgebildet sein, wobei der Kontaktabschnitt und der Dichtabschnitt umformtechnisch gebildet sind. Vorzugsweise ist der Erdungsstab innerhalb des Dichtabschnitts dichtend an der Hülse abgestützt und/oder über den Dichtabschnitt dichtend geführt. Bevorzugt ist der Kontaktabschnitt in Bezug auf die Hauptachse in einer axialen Richtung geschlossen und der Dichtabschnitt in einer axialen Gegenrichtung geöffnet, sodass der Erdungsstab in der axialen Richtung über den Dichtabschnitt in den Kontaktabschnitt eingeschoben und/oder einschiebbar ist. Beispielsweise ist der Kontaktabschnitt vor einer Montage des Erdungsstabs mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit vorbefüllt, wobei der Erdungsstab beim Einschieben in die Hülse in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit eintaucht und/oder den Kontaktraum fluiddicht verschließt. Es wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen einfachen Zusammenbau und somit durch eine einfache und kostengünstige Montage auszeichnet.
In einer weiteren konkreten Umsetzung weist die Ableitvorrichtung eine Dichtungseinrichtung auf, welche zur Abdichtung des Kontaktraums ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere hat die Dichtungseinrichtung die Funktion, den Kontaktraum gegenüber einer Umgebung, insbesondere dem Gehäuseraum, gegen einen Austritt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit und/oder gegen einen Eintritt von Fremdpartikeln, wie z.B. Staub, Feuchtigkeit, Spritzwasser, Öl etc., aus der Umgebung zu schützen. Hierzu ist der Kontaktraum vorzugsweise geschlossen ausgebildet und in axialer Richtung durch die Dichtungseinrichtung gegenüber der Umgebung abgetrennt. Insbesondere dient die Dichtungseinrichtung zur dynamischen und statischen Abdichtung des Kontaktraums, sodass dieser im Stillstand als auch im Betrieb gegenüber der Umgebung, insbesondere dem Gehäuseraum, abgedichtet ist. Bevorzugt bildet die Dichtungseinrichtung eine fluiddichte, insbesondere öldichte, Abtrennung des Kontaktraums. Die Dichtungseinrichtung ist in axialer Richtung, in Bezug auf die Hauptachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Dichtabschnitt aufgenommen, wobei der Erdungsstab über die Dichtungseinrichtung dichtend an einem Innenumfang der Hülse abgestützt ist. Insbesondere ist die Dichtungseinrichtung über eine Presspassung in dem Dichtabschnitt kraftschlüssig gehalten. Alternativ oder optional ergänzend ist die Dichtungseinrichtung in der axialen Richtung und/oder in der axialen Gegenrichtung formschlüssig gehalten. Bevorzugt ist die Dichtungseinrichtung als eine berührende Rotationsdichtung, beispielsweise als ein Radial-Wellendichtring, ein Filzring oder eine Wellenlippendichtung, ausgebildet. Somit wird ein besonders dichtes System vorgeschlagen, welches sich beispielsweise für den Einsatz in trockenen als auch nassen Umgebungen einsetzen lässt.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung als eine doppeltwirkende Rotationsdichtung ausgebildet ist. Hierzu weist die Dichtungseinrichtung eine erste und eine zweite Dichtlippe auf, welche in axialer Richtung beabstandet voneinander an einem Außenumfang des Erdungstabs radial anlaufen. Prinzipiell können die erste und die zweite Dichtlippe jeweils durch zwei separate Dichtungen, z.B. Radialwellendichtringe, gebildet, sein. Bevorzugt jedoch weist die Dichtungseinrichtung einen zylindrischen Grundkörper auf, wobei die beiden Dichtlippen an einem Innenumfang des Grundkörpers angeformt sind. Insbesondere sind der Grundkörper sowie die beiden Dichtlippen aus einem elastischen Material gebildet. Alternativ kann der Grundkörper jedoch aus einem härteren Material als die beiden Dichtlippen, z.B. ein harter Kunststoff, Metall oder dergleichen, gebildet sein. Durch die beiden Dichtlippen wird eine besonders hohe Abdichtung, insbesondere während einer Rotation der Welle gewährleistet, wobei ein Austritt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit bzw. ein Eintritt von Fremdpartikel deutlich reduziert bzw. verhindert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Hülse an ihrem Innenumfang eine Formschlusskontur und der Erdungsstab an seinem Außenumfang eine Gegenkontur aufweist. Die Formschlusskontur und die Gegenkontur stehen in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse formschlüssig miteinander in Eingriff, sodass der Erdungsstab gegen ein Herausziehen aus der Hülse gesichert ist. Vorzugsweise ist der Erdungsstab über die Formschlusskontur in einer festgelegten Einstecktiefe an der Hülse gesichert. Insbesondere kann die Formschlusskontur durch mindestens einen radial nach innen gerichteten Bund und die Gegenkontur durch mindestens einen radial nach außen gerichteten Bund gebildet sein, sodass zumindest in einer axialen Richtung aus der Hülse ein Endanschlag für den Erdungsstab gebildet ist. Im Speziellen weist die Formschlusskontur oder die Gegenkontur einen weiteren Bund auf, sodass sowohl in der axialen Richtung als auch in axialer Gegenrichtung ein Endanschlag für den Erdungsstab gebildet ist. Somit ist der Erdungsstab in Umfangsrichtung verdrehbar und in axialer Richtung gegen ein Verschieben in der Hülse gesichert. Somit wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche als eine vormontierte Baueinheit ausgebildet ist.
In einer weiteren Realisierung ist vorgesehen, dass die zweite Kontakteinrichtung endseitig einen Befestigungsabschnitt aufweist. Insbesondere dient der Befestigungsabschnitt zur Befestigung der zweiten Kontakteinrichtung an dem Gehäuseabschnitt. Prinzipiell kann die Hülse den Befestigungsabschnitt zur Befestigung der Hülse an dem Gehäuseabschnitt aufweisen. Bevorzugt jedoch weist der Erdungsstab den Befestigungsabschnitt zur Befestigung des Erdungsstabs an dem Gehäuseabschnitt auf. Die Ableitvorrichtung weist ein Befestigungsmittel auf, welches zur lösbaren Befestigung des Befestigungsabschnitts an dem Gehäuseabschnitt ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Befestigungsmittel kann dabei form- und/oder kraftschlüssig an dem Befestigungsabschnitt angeordnet und/oder anordbar sein, um die zweite Kontakteinrichtung an dem Gehäuseabschnitt zu sichern. Beispielsweise weist der Befestigungsabschnitt ein Außen- oder Innengewinde auf, wobei das Befestigungsmittel entsprechend als eine Mutter für das Außengewinde oder eine Schraube für das Innengewinde ausgebildet sein kann. Bevorzugt ist die zweite Kontakteinrichtung über den Befestigungsabschnitt und das Befestigungsmittel fest, insbesondere drehfest, mit dem Gehäuseabschnitt verbindbar und/oder verbunden. Somit wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche sich in einfacher Weise an dem Gehäuseabschnitt montieren und im Servicefall kostengünstig austauschen lässt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit mindestens oder genau einer Ableitvorrichtung, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem Ansprüche 1 bis 7. Insbesondere ist die elektrische Maschine für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug, insbesondere als ein reines Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug, ausgebildet. Das Fahrzeug kann als ein einspurig oder zweispurig und/oder einachsig oder mehrachsiges, insbesondere zweiachsiges, Fahrzeug ausgebildet sein. Prinzipiell ist das Fahrzeug als ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Bus ausgebildet. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch als ein elektrisch betriebenes Fahrrad (Pedelec), Motorrad (Elektromotorrad), E- Scooter oder dergleichen ausgebildet sein. Die elektrische Maschine dient insbesondere dazu, ein Traktionsmoment, insbesondere ein Haupttraktionsmoment, für das Fahrzeug zu erstellen und/oder bereitzustellen. Hierzu kann die elektrische Maschine mit einer Energieeinrichtung, insbesondere mit einer Energiespeichereinrichtung, im Speziellen mit einer Batterie oder Akku, koppelbar oder gekoppelt sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten. Bevorzugt ist die elektrische Maschine als ein Elektromotor ausgebildet.
In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Welle stirnseitig eine koaxial zu der Hauptachse verlaufende Wellenbohrung aufweist, wobei die Hülse in der Wellenbohrung, vorzugsweise kraftschlüssig, gehalten ist. Insbesondere ist die Wellenbohrung als eine Sacklochbohrung oder als eine Durchgangsbohrung, wie z.B. bei einer Hohlwelle ausgebildet. Vorzugsweise ist die Hülse, insbesondere der Kontaktabschnitt und/oder der Dichtungsabschnitt, in die Wellenbohrung eingepresst. Alternativ oder optional ergänzend, weist der Gehäuseabschnitt eine koaxial zu der Hauptachse verlaufende Gehäusebohrung auf, wobei der Erdungsstab in der Gehäusebohrung, insbesondere kraftschlüssig, gehalten ist. Insbesondere ist die Gehäusebohrung als eine Durchgangsbohrung oder Sacklochbohrung ausgebildet. Vorzugsweise ist der Erdungsstab, insbesondere der Befestigungsabschnitt, in die Gehäusebohrung eingeschraubt und/oder über das Befestigungsmittel in der Gehäusebohrung gesichert. Optional weist die Ableitvorrichtung ein Dichtelement auf, wobei der Befestigungsabschnitt über das Dichtelement, gegenüber der Gehäuseöffnung abgedichtet ist. Insbesondere dient das Dichtelement dazu, den Gehäuseraum gegen einen Fremdpartikeleintrag und/oder -austritt abzudichten. Es wird somit eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche besonders einfach stirnseitig in oder an der Welle montiert werden kann. Insbesondere wird die Hülse stirnseitig in einer Bohrung der Rotorwelle befestigt und stellt den direkten Kontakt zum Rotor her. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Erdungsstab dann in eine Gehäusebohrung eingesetzt und am Gehäuse befestigt und stellt so den direkten Kontakt zum Stator her. Der Aufbau des Wellenerders erlaubt dabei auch einen seitenverkehrten Einbau, um auf verschiedene Bauräume reagieren zu können.
In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass der Gehäuseraum einen Motorabschnitt aufweist, welcher zur Aufnahme des Rotors und Stators ausgebildet und/oder geeignet ist. Ferner weist der Gehäuseraum einen Getriebeabschnitt auf, welcher zur getriebetechnischen Anbindung der Welle an eine Getriebeeinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Getriebeeinrichtung kann als eine Kupplungseinrichtung und/oder als eine Schalteinrichtung und/oder als eine Übersetzungseinrichtung ausgebildet sein. Die Welle ist mit der Getriebeeinrichtung getriebetechnisch verbunden, insbesondere bildet die Welle eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Hierzu kann die Welle beispielsweise einen Getrieberadabschnitt aufweisen oder mit einem Getrieberad fest verbunden sein. Der Getrieberadabschnitt kann beispielsweise durch eine an der Welle angeordnete Verzahnungsgeometrie gebildet sein. Alternativ kann das Getrieberad als ein drehfest mit der Welle verbundenes Zahnrad ausgebildet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Motorabschnitt und der Getriebeabschnitt über einen Trennabschnitt in axialer Richtung zu der Hauptachse voneinander, insbesondere schmutzdicht und/oder öldicht, getrennt sind. Vorzugsweise bilden der Motorabschnitt und der Getriebeabschnitt gemeinsam den Gehäuseraum. Vorzugsweise ist die Welle durch den Trennabschnitt durchgeführt und gegenüber dem Trennabschnitt über ein Dichtungsorgan, z.B. ein weiterer Wellendichtring, abgedichtet. Besonders bevorzugt ist der Motorabschnitt wahlweise als ein Ölbereich oder als ein Trockenbereich und der Getriebeabschnitt als ein Ölbereich realisiert.
Gemäß dieser Ausführung ist vorgesehen, dass die Ableitvorrichtung auf einer Motorseite des Motorabschnitts angeordnet ist. Insbesondere ist die Ableitvorrichtung endseitig an der Stirnseite der Welle angeordnet, welche in dem Motorabschnitt angeordnet und/oder aus diesem geführt ist. Somit ist die Ableitvorrichtung auf der Seite des Rotors angeordnet und dort installiert, wo die elektrische Ladung und/oder elektrische Spannung in dem Rotor entsteht, sodass diese räumlich nahe abgeführt werden kann. Alternativ ist die Ableitvorrichtung oder optional ergänzend eine weitere Ableitvorrichtung auf einer Getriebeseite des Getriebeabschnitts angeordnet. Insbesondere ist die Ableitvorrichtung bzw. die weitere Ableitvorrichtung endseitig an der anderen Stirnseite der Welle angeordnet, welche in dem Getriebeabschnitt angeordnet ist und/oder aus diesem geführt ist. Somit ist die Ableitvorrichtung bzw. die weitere Ableitvorrichtung auf der Seite der Getriebeeinrichtung angeordnet, wobei durch diese Anordnung der Getriebeabschnitt mit der Getriebeeinrichtung geschützt ist, sodass etwaige Lager in der Getriebeeinrichtung keine Stromdurchgangsschäden erleiden.
Zusammenfassend sind in Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung folgende Vorteile und Umsetzungen möglich:
Der Erdungsstab wird dabei über eine leitfähige Überbrückungshülse geführt und über die Dichtungseinrichtung zur Umwelt hin abgedichtet. Die Überbrückungshülse dient als Führung des Erdungsstabes, (Vorteile hinsichtlich der Befestigung und Notlaufeigenschaften) deshalb ist die Überbrückungshülse vorzugsweise eine Gleitbuchse mit leitfähigen Eigenschaften) und dient als Brücke, weil in derartigen leitfähigen Flüssigkeiten die Leitfähigkeit mit zunehmenden Abstand (Spalt) nachlässt. Die Ableitvorrichtung betrifft insbesondere die Anwendung mit leitfähigen Ölen und Fetten, die alternativ zu den teuren und teils giftigen leitfähigen Metallen eingeführt werden - d.h. die Umsetzung ist durch die Einführung der neuen Flüssigkeiten entstanden: Über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit (z.B. Öl, Fett, Flüssigmetall oder ionische Flüssigkeit, usw.), wird ein direkter Kontakt zwischen dem Erdungsstab und der leitfähigen Überbrückungshülse und dem mit der Hülse verbundenen Gehäuse hergestellt. Über diesen Weg des geringsten Widerstands, werden die induzierten Ströme sicher zur Erdung abgeleitet. Somit werden die Ströme vom Lager entfernt, durch dieses System abgeleitet. Auch die Lager der angeschlossenen Baugruppen, wie z.B. des Getriebes usw., werden so sicher geschützt. Das System arbeitet insbesondere sicher bis zu Spaltweiten von 120 pm und am effizientesten im Bereich von 0 - 30 pm. Ein großer Vorteil von der Ableitvorrichtung als Wellenerder ist, dass diese als eigenständiges System aufgebaut ist und so als fertige Einheit angeboten werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ableitvorrichtung sowohl in trockenen und in nassen E-Maschinen eingesetzt werden kann (Gleichteilprinzip). Da der Kontakt über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit hergestellt wird, ist die Ableitvorrichtung komplett verschleißfrei und es entsteht auch kein leitfähiger Abrieb, gegenüber allen aktuell bekannten Lösungen. Dadurch arbeitet die Ableitvorrichtung auch sehr reibungsarm. Durch die interne Abdichtung ist die Ableitvorrichtung zusätzlich vor effizienzstörenden Umwelteinflüssen geschützt. Durch den Aufbau ist auch ein lageunabhängiger Betrieb möglich, da die elektrisch leitfähige Flüssigkeit immer einen Kontakt zwischen den beiden Kontaktpartnern herstellt. Zusätzlich kann im Servicefall der Wellenerder getauscht werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Detailansicht der elektrischen Maschine aus Figur 1 ; Figur 3a, b unterschiedliche Darstellungen einer Ableitvorrichtung für die elektrische Maschine der Figuren 1 und 2.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine elektrische Maschine 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise ist die elektrische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ausgebildet und/oder geeignet. Die elektrische Maschine 1 ist dabei als eine elektrische Traktionsmaschine ausgebildet und dient zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines Traktionsmoments, insbesondere eines Haupttraktionsmoments, für das Fahrzeug. Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise als ein Gleichstrom-, Synchron- oder Asynchronmotor, usw. ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf, welche in Bezug auf eine Hauptachse 100 koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 1 mit einer Energieeinrichtung, z.B. eine Batterie oder ein Akku, elektrisch verbunden sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten.
Ferner weist die elektrische Maschine 1 eine Welle 4 zur Übertragung des Traktionsmoments auf. Der Rotor 2 ist mit der Welle 4 antriebstechnisch verbunden, sodass die Welle 4 über und/oder durch den Rotor 2 angetrieben wird. Die Welle 4 ist somit als eine Rotorwelle ausgebildet und ist hierzu mechanisch, z.B. drehfest, und elektrisch mit dem Rotor 2 verbunden. Die Welle 4 definiert dabei mit ihrer Rotationsachse die Hauptachse 100.
Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 5 auf, welches einen Gehäuseraum 6 definiert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 5 durch den Stator 3 sowie einen Gehäuseabschnitt 7 und einen weiteren Gehäuseabschnitt 8 gebildet, wobei der Gehäuseabschnitt 7 auf der einen axialen Seite und der weitere Gehäuseabschnitt 8 auf der anderen axialen Seite des Stators 3 angeordnet ist. Der Gehäuseraum 6 ist somit in radialer Richtung durch den Stator 3 und in axialer Richtung durch die beiden Gehäuseabschnitte 7, 8 begrenzt.
Die Welle 4 und der Rotor 2 sind in dem Gehäuseraum 6 über eine erste und eine zweite Lagereinrichtung 9a, 9b drehbar gelagert. Dabei bilden die beiden Gehäuseabschnitte 7, 8 jeweils ein Lagerschild, wobei die Welle 4 über die erste Lagereinrichtung 9a an dem Gehäuseabschnitt 7 und über die zweite Lagereinrichtung 9b an dem weiteren Gehäuseabschnitt 8 abgestützt ist. Die Lagereinrichtungen 9a, 9b sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als Wälzlager/Kugellager, insbesondere Rillenkugellager ausgebildet.
Der Gehäuseraum 6 ist in einen Motorabschnitt 10 zur Aufnahme des Rotors 2 und in einen Getriebeabschnitt 11 zur Anbindung der Welle 4 an eine Getriebeeinrichtung, nicht dargestellt, unterteilt, wobei der Motorabschnitt 10 und der Getriebeabschnitt 11 über einen Trennabschnitt 12 räumlich voneinander getrennt sind und über die Welle 4 getriebetechnisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist der Trennabschnitt 12 durch den weiteren Gehäuseabschnitt 8 gebildet oder mitgebildet.
Der Trennabschnitt 12 ist hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse 100 zwischen dem Motorabschnitt 10 und dem Getriebeabschnitt 11 angeordnet und als eine Trennwand ausgebildet. Der Motorabschnitt 10 ist beispielsweise als ein Trockenbereich und der angrenzende Getriebeabschnitt 11 als ein Ölbereich ausgebildet, wobei der Trennabschnitt 12 eine öldichte Abtrennung zwischen dem Motorabschnitt 10 und dem Getriebeabschnitt 11 bildet. Die Welle 4 ist hierzu von dem Motorabschnitt 10 durch den Trennabschnitt 12 in den Getriebeabschnitt 11 geführt und über einen Wellendichtring 13 gegenüber dem Trennabschnitt 12 abgedichtet.
Die Welle 4 bildet eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Hierzu weist die elektrische Maschine 1 ein Getrieberad 14 auf, welches drehfest mit der Welle 4 verbunden ist und in dem Getriebeabschnitt 11 angeordnet ist. Das Getrieberad 14 ist als ein Zahnrad ausgebildet und kann beispielsweise zur Übersetzung des Traktionsmoments auf die Getriebeeinrichtung mit einem weiteren Zahnrad, nicht dargestellt, der Getriebeeinrichtung in Eingriff stehen.
Während des Betriebes können schädigende Spannungen auf die Welle 4 und somit in den Rotor 2 induziert werden, wodurch eine kapazitive Kopplung zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 2 entsteht. Diese Spannungen werden üblicherweise über die Lagereinrichtung 9a des Motorabschnitts 10 oder teils auch durch die Lagereinrichtung 9b des Getriebeabschnitts 11 abgeleitet. Zudem können in der elektrischen Maschine 1 , insbesondere bei Wechselstrommotoren hoher Leistungsklassen, zirkulierende Hochfrequenzströme entstehen. Die zirkulierenden Hochfrequenzströme zirkulieren dabei aufgrund von Ungleichgewichten des magnetischen Flusses im Stator 3, beispielsweise durch die Lagereinrichtungen 9a, 9b der elektrischen Maschine 1 . Als Folge der Ableitung der schädigenden Spannungen sowie der zirkulierenden Hochfrequenzströme über die Lagereinrichtungen 9a, 9b, kann es zu Lagerausfällen kommen. Dabei springen Funken über den dielektrischen Öl- oder Fettfilm, auch Funkenerosion genannt, zwischen den rotierenden Teilen und der Lageriaufbahn über, wodurch Schmelzkrater und/oder eine Art Lagerprofilierung (Riffelbildung) in der Lagerlauflaufbahn der Lagereinrichtungen 9a, 9b verursacht werden.
Um zu vermeiden, dass die Lagereinrichtungen 9a, 9b beschädigt werden, ist eine Abführung dieser elektrischen Energie notwendig. Hierzu weist die elektrische Maschine 1 eine Ableitvorrichtung 15 auf. Die Ableitvorrichtung 15 dient zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder elektrischen Spannung, ausgehend von dem Rotor 2 über die Welle 4 zu dem Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 ist dabei mit Masse und/oder mit dem Stator 2 verbunden und/oder geerdet, sodass die elektrischen Ladungen und/oder Spannungen über das Gehäuse 5 sicher abgeleitet werden können. Die Ableitvorrichtung 15 ist hierzu motorseitig, insbesondere in dem Motorabschnitt 10, an einer axialen Stirnseite der Welle 4 angeordnet und einerseits mit der Welle 4 und andererseits mit Gehäuse 5, insbesondere dem Gehäuseabschnitt 7, elektrisch verbunden. Die Figur 2 zeigt eine Detailansicht des Motorabschnitts 10 mit der montierten Ableitvorrichtung 15 aus Figur 1. Die Ableitvorrichtung 15 weist eine erste und eine zweite Kontakteinrichtung 16, 17 auf, welche in Bezug auf die Hauptachse 100 koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die erste Kontakteinrichtung 16 ist elektrisch und mechanisch, insbesondere drehfest, mit der Welle 4 und die zweite Kontakteinrichtung 17 ist elektrisch und mechanisch, insbesondere drehfest mit dem Gehäuseabschnitt 7 verbunden. Dabei sind die beiden Kontakteinrichtungen 16, 17 mechanisch voneinander entkoppelt, sodass die beiden Kontakteinrichtungen 16, 17, insbesondere im Betrieb der elektrischen Maschine 1 , relativ zueinander verdrehbar sind.
Zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinrichtung 16, 17 ist ein als Ringraum ausgebildeter Kontaktraum 18 gebildet, über weichen die beiden Kontakteinrichtungen 16, 17 elektrisch miteinander verbunden sind. Hierzu ist der Kontaktraum 18 mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 19 gefüllt, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung 16, 17 unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 elektrisch leitend miteinander kontaktiert sind. Beispielsweise ist die elektrisch leitende Flüssigkeit als ein elektrisch leitendes Öl, Fett, Flüssigmetall oder ionische Flüssigkeit ausgebildet. Dabei ist der Kontaktraum 18 gegenüber dem Gehäuseraum 6 oder einer Umgebung der Ableitvorrichtung 15 fluiddicht abgetrennt, sodass ein Austritt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 aus dem Kontaktraum 18 in den Gehäuseraum 6 sowie ein Fremdpartikeleintrag von dem Gehäuseraum 6 in den Kontaktraum 18 verhindert ist. Somit wird eine axial wirkende Ableitvorrichtung 15 vorgeschlagen, welche sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung verwendet werden kann. Da der elektrische Kontakt zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinrichtung 16, 17 unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 hergestellt wird, arbeitet die Ableitvorrichtung 15 während eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 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 den beiden Kontakteinrichtungen 16, 17 sicherstellt. Die erste Kontakteinrichtung 16 ist als eine Hülse 20 und die zweite Kontakteinrichtung 17 als ein Erdungsstab 21 ausgebildet. Die Hülse 20 ist als eine in Bezug auf die Hauptachse 100 in einer axialen Richtung 101 geschlossene und in einer axialen Gegenrichtung 102 geöffnete metallische, insbesondere elektrisch leitfähige, Zylinderhülse ausgebildet. In dem Kontaktraum 18 ist eine Überbrückungshülse 34 angeordnet, wobei die Überbrückungshülse 34 koaxial zu der Hauptachse 100 ausgerichtet ist. Die Überbrückungshülse 34 weist eine gerade Hohlzylinderform auf und ist elektrisch leitend ausgebildet. Beispielsweise ist die Überbrückungshülse 34 als eine Metallhülse realisiert. Die Überbrückungshülse 34 liegt mit dem Außenumfang an dem Innenumfang des Kontaktabschnitts 26 mechanisch und/oder elektrisch leitend an. Beispielsweise ist die Überbrückungshülse 34 in den Kontaktabschnitt 26 eingepresst. Die Überbrückungshülse 34 bildet eine Komponente der erste Kontakteinrichtung 16.
Der Erdungsstab 21 ist als ein metallischer, insbesondere elektrisch leitfähiger, Zylinderstab ausgebildet, welcher in der axialen Richtung 101 so weit in die Hülse 20 eingeschoben ist, dass der Erdungsstab 21 in dem axialen Bereich der Überbrückungshülse 34 abschnittsweise in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 eintaucht. Über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 und der Überbrückungshülse 34 wird somit ein elektrischer Pfad zwischen dem Erdungsstab 21 (Stator) und der Hülse
20 (Rotor) 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 der angeschlossenen Baugruppen, wie z.B. Getriebe usw., können so geschützt werden.
Die Ableitvorrichtung 15 weist eine Dichtungseinrichtung 22 auf, wobei der Erdungsstab
21 über die Dichtungseinrichtung 22 in der Hülse 20 dichtend geführt ist. Die Dichtungseinrichtung 22 ist dabei in der axialen Richtung 101 vor dem Kontaktraum 18 angeordnet, wobei der Erdungsstab 21 in axialer Richtung über die Dichtungseinrichtung 22 in den Kontaktabschnitt 26 eingesteckt ist. Dabei liegt der Erdungsstab 21 über die Dichtungseinrichtung 22 in radialer Richtung dichtend an der Hülse 20 an, sodass der Kontaktraum 18 in axialer Gegenrichtung 102 abgedichtet ist. Durch die interne Abdichtung ist der Kontaktraum 18 somit vor effizienzstörenden Umwelteinflüssen geschützt.
Der Gehäuseabschnitt 7 weist einen ersten und einen zweite Gehäuseteil 7a, 7b auf, wobei die beiden Gehäuseteile 7a, 7b elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Der erste Gehäuseteil 7a weist eine zentrale, insbesondere koaxial zur Hauptachse 100 angeordnete, Gehäuseöffnung 23 auf, über welche der Gehäuseraum 6 von außen zugänglich ist. Der zweite Gehäuseteil 7b ist als ein Gehäusedeckel ausgebildet, welcher die Gehäuseöffnung 23 verschließt. Beispielsweise kann die Ableitvorrichtung 15 über die Gehäuseöffnung 23 an der Welle 4 montiert und anschließend mit dem Gehäuseabschnitt 7 verbunden werden. Hierzu kann der zweite Gehäusedeckel 7b in axialer Richtung 101 an dem ersten Gehäusedeckel 7a formschlüssig und/oder kraftschlüssig, z.B. über eine Schraubverbindung, montiert werden.
Die Welle 4 weist stirnseitig eine koaxial zur Hauptachse 100 angeordnete Wellenbohrung 24 auf, wobei die Hülse 20 form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere drehfest, in der Wellenbohrung 24 montiert ist. Der zweite Gehäuseteil 7b weist eine koaxial zu der Hauptachse 100 angeordnete Gehäusebohrung 25 auf, wobei der Erdungsstab 21 innerhalb des Gehäuseraums 6 form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere drehfest, in der Gehäusebohrung 25 montiert ist. Somit stellt die Hülse 20 einen direkten Kontakt zu der Welle 4 und der Erdungsstab 21 einen direkten Kontakt zu dem Gehäuseabschnitt 7 her.
Figur 3a zeigt die Ableitvorrichtung 15 in einer Explosionsdarstellung. Die Hülse 20 weist einen Kontaktabschnitt 26 und einen Dichtabschnitt 27 auf, wobei der Kontaktabschnitt 26 den Kontaktraum 18 und der Dichtabschnitt 27 eine Aufnahme für die Dichtungseinrichtung 22 bildet. Die Hülse 20 ist als ein Blechformbauteil ausgebildet, wobei der Kontaktabschnitt 26 und der Dichtabschnitt 27 umformtechnisch gebildet sind. Der Kontaktabschnitt 26 weist einen geringeren Durchmesser als der Dichtabschnitt 27 auf, wobei die Hülse 20 über den Dichtabschnitt 27 in die Wellenbohrung 24 eingepresst ist. Der Erdungsstab 21 ist in dem Kontaktabschnitt 26 in radialer Richtung und in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse 100 beabstandet zu der Hülse 20 angeordnet, wobei der dadurch gebildete Freiraum als der Kontaktraum 18 definiert ist. In dem Kontaktraum 18 ist die Überbrückungshülse 34 angeordnet, wobei das verbleibende freie Volumen in dem Kontaktraum 18 mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 vollständig oder zumindest teilweise und/oder größtenteils befüllt ist.
Die Überbrückungshülse 34 ist somit konzentrisch zwischen der Hülse 20 in dem Kontaktabschnitt 26 und dem Erdungsstab 21 angeordnet. Durch die Überbrückungshülse 34 muss die elektrisch leitende Flüssigkeit 19 nicht den radialen Abstand zwischen dem Erdungsstab 21 und der Hülse 20 überbrücken, sondern nur den Ringspalt zwischen dem Erdungsstab 21 und der Überbrückungshülse 34. Die einfache Ringspaltbreite also der einfache radiale Abstand zwischen dem Außenumfang des Erdungsstands 21 und dem Innenumfang der Überbrückungshülse 34 ist kleiner als 120 pm, und beispielsweise kleiner als 30 pm.
Dies ermöglicht auch, wie in diesem Ausführungsbeispiel, schlechter leitende Flüssigkeiten 19, wie z.B. leitfähige Fette oder Öle zu verwenden. Die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 als leitfähige Fette oder Öle bildet zugleich ein hervorragendes Schmiermittel zwischen dem Erdungsstab 21 und der Überbrückungshülse 34.
Die Überbrückungshülse 34 ermöglicht den geringeren radialen Abstand auch dadurch, dass die Überbrückungshülse 34 als zunächst separates Bauteil gefertigt wird und dadurch als einfaches Bauteil nur geringe Toleranzen aufweist. Dadurch ist der Innenumfang der Überbrückungshülse 34 formgenau, so dass die Ringspaltbreite klein bemessen werden kann.
Die Überbrückungshülse 34 ist insbesondere als eine Gleitbuchse ausgebildet, wobei das Material der Gleitbuchse weicher als das Material des Erdungsstabs 21 ist, so dass durch die Überbrückungshülse 34 Notlaufeigenschaften für die Rotation des Erdungsstabs 21 bereitgestellt werden können.
Dabei ist der Kontaktabschnitt 26 in der axialen Richtung 101 geschlossen und der Dichtabschnitt 27 in der axialen Gegenrichtung 102 geöffnet, wobei der Erdungsstab 21 über die in dem Dichtabschnitt 27 angeordnete Dichtungseinrichtung 22 dichtend in den Kontaktabschnitt 26 geführt ist. Die Dichtungseinrichtung 22 ist als eine berührende Rotationsdichtung ausgebildet, welche einerseits an einem Innenumfang des Dichtabschnitts 27 und andererseits an einem Außenumfang des Erdungsstabs 21 dichtend anliegt. Hierzu ist die Dichtungseinrichtung 22 als eine zylindrische Elastomerdichtung ausgebildet, welche an ihrem Innenumfang eine erste und ggf. eine zweite Dichtlippe 22a, 22b aufweist. Die beiden Dichtlippen 22a, 22b sind in Bezug auf die Hauptachse 100 in axialer Richtung beabstandet und liegen in Umfangsrichtung umlaufend an dem Außenumfang des Erdungsstabs 21 dichtend an.
Die Dichtungseinrichtung 22 ist in dem Dichtabschnitt 27 form- und/oder kraftschlüssig gehalten. Insbesondere liegt die Dichtungseinrichtung 22 in der axialen Richtung 101 an einem radialen Absatz 28 der Hülse 20 an, wobei die Hülse 20 in dem Bereich des Absatzes 28 verjüngt ist. Dabei ist der Absatz 28 in einem Übergangsbereich zwischen dem Kontaktabschnitt 26 und dem Dichtabschnitt 27 gebildet, wobei der Absatz 28 zugleich einen radialen Anlauf für den Erdungsstab 21 bei einer unruhigen Rotation bilden kann. Auf der axialen Gegenseite des radialen Absatzes 28 kann die Überbrückungshülse 34 anliegen. Zumindest ist der freie Innendurchmesser des radialen Absatzes kleiner als der Außendurchmesser der Überbrückungshülse 34 ausgebildet, so dass diese in dem Kontaktabschnitt 26 optional verliersicher gefangen ist.
Ferner weist die Hülse 20 an ihrem Innenumfang eine Formschlusskontur 29 und der Erdungsstab 21 an seinem Außenumfang eine Gegenkontur 30 auf, wobei die Formschlusskontur 29 mit der Gegenkontur 30 in Eingriff steht, um den Erdungsstab 21 in der Hülse 20 gegen ein Verlieren zu sichern. Die Formschlusskontur 29 ist durch einen radial nach innen gerichteten Bund und die Gegenkontur 30 durch eine Nut gebildet, welche durch zwei axial beabstandete und radial nach außen gerichtete Bunde definiert ist. Dabei greift der Bund der Formschlusskontur 29 in die Nut der Gegenkontur
30 ein, sodass der Erdungsstab 21 in der axialen Richtung 101 durch den einen Bund und in der axialen Gegenrichtung 102 durch den anderen Bund der Gegenkontur 30 gesichert ist. Somit ist der Erdungsstab 21 in der Hülse 20 verliersicher aufgenommen, sodass die Ableitungsvorrichtung 15 als vormontierte Baueinheit angeboten werden kann.
An seinem freien axialen Ende weist der Erdungsstab 21 einen Befestigungsabschnitt
31 auf, über welchen der Erdungsstab 21 in die Gehäusebohrung 25, wie in Figur 3b dargestellt, montiert werden kann. Die Ableitvorrichtung 15 weist hierzu eine Befestigungsmittel 32 sowie ein Dichtelement 33 auf, welche endseitig an dem Befestigungsabschnitt 31 montiert werden können. Bei einer Montage wird der Erdungsstab 21 mit dem Befestigungsabschnitt 31 durch die Gehäusebohrung 25 durchgesteckt und anschließend über das Befestigungsmittel 32 unter Zwischenschaltung des Dichtelementes 33 an dem Gehäuseabschnitt 7, insbesondere dem zweiten Gehäuseteil 7b, gesichert. Dabei kann die Gegenkontur 30, insbesondere der dem Gehäuseabschnitt 7 nächstliegende Bund, als ein Anschlag in der axialen Gegenrichtung 102 für den Erdungsstab 21 dienen. Beispielsweise weist der Befestigungsabschnitt 31 ein Außengewinde auf, wobei das Befestigungsmittel 32 als eine Schraubenmutter und das Dichtelement 33 ist als eine Dichtscheibe ausgebildet ist, wobei das Dichtelement 33 zur Montage auf den Befestigungsabschnitt 31 aufgeschoben und das Befestigungsmittel 32 auf den Befestigungsabschnitt 31 aufgeschraubt werden kann. Es wird somit eine Ableitungsvorrichtung 15 vorgeschlagen, welche einfach und kostgünstig montiert und im Servicefall in einfacher Weise getauscht werden kann. Bezuqszeichenliste elektrische Maschine
Rotor
Stator
Welle
Gehäuse
Gehäuseraum
Gehäuseabschnitt a, b Gehäuseteile weiterer Gehäuseabschnitt a, b Lagereinrichtungen 0 Motorabschnitt 1 Getriebeabschnitt 2 Trennabschnitt 3 Dichtungsorgan 4 Getrieberad 5 Ableitvorrichtung 6 erste Kontakteinrichtung 7 zweite Kontakteinrichtung 8 Kontaktraum 9 elektrisch leitfähige Flüssigkeit 0 Hülse 1 Erdungsstab 2 Dichtungseinrichtung 2a, b Dichtlippen 3 Gehäuseöffnungen 4 Wellenbohrung 5 Gehäusebohrung 6 Kontaktabschnitt 7 Dichtabschnitt Absatz
Formschlusskontur Gegenkontur Befestigungsabschnitt Befestigungsmittel Dichtelement Überbrückungshülse Hauptachse axiale Richtung axiale Gegenrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Ableitvorrichtung (15) zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung über eine Welle (4) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu einem Gehäuseabschnitt (7), wobei der Gehäuseabschnitt (7) einen Gehäuseraum (6) begrenzt, mit einer ersten Kontakteinrichtung (16) zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Welle (4), mit einer zweiten Kontakteinrichtung (17) zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt (7), wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung (16, 17) um eine Hauptachse (100) relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die eine Kontakteinrichtung (16) als eine Hülse (20) und die andere Kontakteinrichtung (17) als ein Erdungsstab (21 ), oder die eine Kontakteinrichtung (16) als ein Erdungsstab und die andere Kontakteinrichtung (17) als eine Hülse ausgebildet ist, wobei die Hülse (20) einen Kontaktraum (18) mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (19) aufweist und wobei der Erdungsstab (21 ) abschnittsweise in der Hülse (20) angeordnet ist, sodass der Erdungsstab (21 ) in dem Kontaktraum (18) in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit (19) eintaucht, wobei die Hülse (20) und der Erdungsstab (21 ) unter Zwischenschaltung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (19) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, gekennzeichnet durch eine Überbrückungshülse (34), wobei die Überbrückungshülse (34) in dem Kontaktraum (18) angeordnet ist und wobei die Überbrückungshülse (34) den Abstand zwischen dem Erdungsstab (21 ) und der Hülse (20) elektrisch leitend zumindest teilweise überbrückt.
2. Ableitvorrichtung (15) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungshülse (34) als eine Gleitbuchse ausgebildet ist, wobei die Gleitbuchse eine Gleitlagerung und/oder eine Notlagerung für den Erdungsstab (21 ) bildet.
3. Ableitvorrichtung (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungshülse (34) mit der Hülse (20) mechanisch und damit elektrisch leitend verbunden ist, so dass die elektrisch leitfähige Flüssigkeit (19) einen möglichen Ringspalt zwischen der Überbrückungshülse (34) und dem Erdungsstab (21 ) elektrisch leitend überbrückt.
4. Ableitvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Flüssigkeit (19) als ein leitfähiges Öl, insbesondere Getriebeöl oder Fett ausgebildet ist, wobei die leitfähige Flüssigkeit eine elektrische Leitfähigkeit kleiner als 500 nS/m bei 25°C, insbesondere kleiner als 300 nS/m und im Speziellen kleiner als 100 nS/m aufweist.
5. Ableitvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) einen radialen Absatz (28) zur Begrenzung des Kontaktraums (18) aufweist, wobei die Überbrückungshülse (34) durch den radialen Absatz (28) in dem Kontaktraum (18) in axialer Richtung formschlüssig gesichert ist.
6. Ableitvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) einen Dichtabschnitt (27) zur Aufnahme einer Dichtungseinrichtung (22) und einen sich an dem Dichtabschnitt (27) anschließenden Kontaktabschnitt (26) zur Bildung des Kontaktraums (18) aufweist, wobei der Erdungsstab (21 ) über den Dichtabschnitt (27) in den Kontaktabschnitt (26) dichtend geführt ist.
7. Ableitvorrichtung (15) nach Anspruch 6, gekennzeichnet, durch eine Dichtungseinrichtung (22) zur Abdichtung des Kontaktraums (18), wobei die Dichtungseinrichtung (22) in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse (100) formschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Dichtabschnitt (27) aufgenommen ist, wobei der Erdungsstab (21 ) über die Dichtungseinrichtung (22) dichtend an einem Innenumfang der Hülse (20) abgestützt ist.
8. Ableitvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) an ihrem Innenumfang eine Formschlusskontur (29) und der Erdungsstab (21 ) an seinem Außenumfang eine Gegenkontur (30) aufweist, wobei die Formschlusskontur (29) und die Gegenkontur (30) miteinander in Eingriff stehen, sodass der Erdungsstab (21 ) gegen Verlieren in der Hülse (20) gesichert ist.
9. Ableitvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungsstab endseitig einen Befestigungsabschnitt (31 ) aufweist, wobei die Ableitvorrichtung (15) ein Befestigungsmittel (32) zur lösbaren Befestigung des Befestigungsabschnitts (31 ) an dem Gehäuseabschnitt (7) aufweist.
10. Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine (1 ) mit einem Rotor (2), umfassend einen Gehäuseabschnitt (7), wobei der Gehäuseabschnitt (7) einen Gehäuseraum (6) begrenzt, und umfassend eine Welle (4), wobei die Welle (4) mit dem Rotor (2) elektrisch und getriebetechnisch verbunden ist und wobei die Welle (4) in dem Gehäuseraum (6) drehbar gelagert ist, wobei die Welle (4) eine Hauptachse (100) definiert, gekennzeichnet durch mindestens eine Ableitvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor (2) über die Welle (4) zu dem Gehäuseabschnitt (7).
PCT/DE2023/100287 2022-05-25 2023-04-21 Ableitvorrichtung zur ableitung einer elektrischen ladung und/oder spannung über eine welle eines antriebsstrangs sowie ein antriebsstrang mit der ableitvorrichtung WO2023227156A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022113208 2022-05-25
DE102022113208.0 2022-05-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023227156A1 true WO2023227156A1 (de) 2023-11-30

Family

ID=86332157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2023/100287 WO2023227156A1 (de) 2022-05-25 2023-04-21 Ableitvorrichtung zur ableitung einer elektrischen ladung und/oder spannung über eine welle eines antriebsstrangs sowie ein antriebsstrang mit der ableitvorrichtung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102023110145A1 (de)
WO (1) WO2023227156A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020101417A1 (de) * 2020-01-22 2021-07-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlageranordnung
DE102020119719A1 (de) 2020-07-27 2022-01-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Ableitvorrichtung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine mit der Ableitvorrichtung
DE102021210957A1 (de) * 2020-09-30 2022-03-31 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Elektromotor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020101417A1 (de) * 2020-01-22 2021-07-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlageranordnung
DE102020119719A1 (de) 2020-07-27 2022-01-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Ableitvorrichtung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine mit der Ableitvorrichtung
DE102021210957A1 (de) * 2020-09-30 2022-03-31 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Elektromotor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023110145A1 (de) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019133889A1 (de) Elektrische Maschine mit einer Ableitvorrichtung
EP2464880B1 (de) Elektrische maschine mit vor stromdurchschlägen geschütztem wälzlager und getriebemotor mit einem solchen
DE102013223673B4 (de) Kraftfahrzeugantriebsstrang
DE102009002953B4 (de) Schwungrad, Brennkraftmaschine mit Schwungrad sowie System aus einer Brennkraftmaschine und einer anzutreibenden Maschine, Verwendung des Systems
WO2011051045A1 (de) Antriebseinheit für kraftfahrzeuge mit einem elektromotor
DE102015218280A1 (de) Lagerschmierung für elektrische Maschine
DE102016216909A1 (de) Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinrichtung
EP3982520A1 (de) Anordnung zur abdichtung und erdung einer welle für ein getriebe, für eine elektrische maschine, oder für eine elektrische achsantriebs-einheit
DE102021002928A1 (de) Getriebe mit einer Welle und einem Gehäuseteil
DE102020119719A1 (de) Ableitvorrichtung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine mit der Ableitvorrichtung
WO2017178597A1 (de) Dichtungsanordnung für eine welle
EP2491641B1 (de) Elektrische maschine, hydraulikeinheit
EP2331847B1 (de) Startergetriebe mit gleitlackbeschichtung
DE102020212589A1 (de) Wellenerdungs-Anordnung, Getriebe, und elektrischer Achsantrieb
WO2023227156A1 (de) Ableitvorrichtung zur ableitung einer elektrischen ladung und/oder spannung über eine welle eines antriebsstrangs sowie ein antriebsstrang mit der ableitvorrichtung
WO2023094193A1 (de) Anordnung zur erdung einer welle
DE102019133882A1 (de) Ableitvorrichtung sowie elektrische Maschine mit der Ableitvorrichtung
DE102019212499A1 (de) Vorrichtung zur elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Welle und einem Gehäuse
DE102019133879A1 (de) Lagereinheit mit Funkenstrecke, Ableitbaugruppe sowie elektrische Antriebsanordnung mit der Lagereinheit und/oder Ableitbaugruppe
DE102018218820A1 (de) Elektrische Maschine mit einer Fluid-Kühleinrichtung
WO2022234079A1 (de) Wellenerdungseinrichtung zur herstellung einer elektrisch leitfähigen verbindung zwischen einer drehbaren welle und einem gehäuse
WO2021148579A1 (de) Wellenerdungsvorrichtung und elektrische antriebseinheit mit einer solchen vorrichtung
DE102021207812A1 (de) Elektromotor
DE102020111925A1 (de) Elektrischer Antrieb mit Bypassabschnitt zwischen Stator und Rotor
DE102019133880A1 (de) Lagereinheit mit Federkontakt, Ableitbaugruppe sowie elektrische Antriebsanordnung mit der Lagereinheit und/oder Ableitbaugruppe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23723122

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1