WO2024033343A1 - Wellenerdungsanordnung - Google Patents

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WO2024033343A1
WO2024033343A1 PCT/EP2023/071900 EP2023071900W WO2024033343A1 WO 2024033343 A1 WO2024033343 A1 WO 2024033343A1 EP 2023071900 W EP2023071900 W EP 2023071900W WO 2024033343 A1 WO2024033343 A1 WO 2024033343A1
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shaft
contact
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grounding
fluid
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PCT/EP2023/071900
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Marlene Bantz
Herweck TIM
Stefan Morgenstern
Sören Neuberger
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Carl Freudenberg Kg
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    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts

Definitions

  • the invention relates to a shaft grounding arrangement, comprising a housing which accommodates a shaft, the shaft being assigned a grounding ring which produces an electrically conductive contact between the shaft and the housing.
  • Such an arrangement is known, for example, from DE 10 2016 010926 A1 and is used to ground a shaft mounted in a housing.
  • the grounding ring creates an electrically conductive connection between the shaft and the housing, so that electromagnetic waves, in particular high-frequency electromagnetic signals, cannot propagate outwards via the shaft beyond the housing.
  • electromagnetic signals can adversely affect electronic components of a vehicle or electronic devices carried with the vehicle. Voltage flashover can also cause mechanical damage, particularly to bearings.
  • the invention is based on the object of providing a shaft grounding arrangement that is robust and ensures secure electrical contact between the ground ring and shaft.
  • the shaft grounding arrangement comprises a housing which accommodates a shaft and a fluid, the shaft being assigned a grounding ring which produces an electrically conductive contact between the shaft and the housing, the grounding ring having a disk-shaped contact body which rests in the shape of a lip on the jacket of the shaft , wherein a first contact surface is formed from the contact body and a second contact surface is formed from the shaft, with at least one of the two contact surfaces being provided with a surface structuring.
  • a fluid in the housing next to the shaft which can be, for example, a lubricating oil or a lubricating grease.
  • the lubricating oil can contact the shaft and also come into contact with the ground ring.
  • the surface structuring introduced into at least one contact surface ensures an electrically conductive contact between the shaft and the grounding ring even if the fluid in the housing gets between the two contact surfaces. This ensures electrically conductive contact between the shaft and the housing even when the grounding ring is exposed to fluid. This makes it possible to arrange the ground ring within a housing.
  • the grounding ring is arranged directly in the housing and is not shielded from the fluid via a sealing ring or the like.
  • This configuration also makes it conceivable for the shaft to be mounted in the housing via a ball bearing, with the grounding ring being assigned to the ball bearing on the side facing the interior of the housing. Due to this arrangement, the grounding ring conducts electrical currents and electromagnetic currents introduced into the shaft Signals into the housing before they reach the ball bearing. This allows the ball bearings to be protected from the influence of spark erosion caused by voltage flashover and circular currents. This improves smooth running and service life and it is also possible to extend maintenance intervals. Overall, failures of the overall arrangement can be avoided.
  • grounding ring of the shaft grounding arrangement according to the invention is arranged directly in the housing exposed to fluid, additional dynamic sealing points that encapsulate the grounding ring in conventional grounding systems can be omitted. This eliminates the need for friction-generating sealing points, which increases the efficiency of the system.
  • the shaft grounding arrangement according to the invention is particularly suitable for use in vehicles, especially in electric vehicles.
  • the shaft grounding arrangement can be arranged, for example, in the electric motor or gearbox housing.
  • the contact body can have a matrix made of nonwoven material.
  • the contact body having the matrix made of fleece can be soaked with PTFE and provided with electrically conductive particles.
  • Electrically conductive materials are, for example, silver and/or graphite and can be in the form of threads, particles or powder. In principle, highly conductive materials such as copper, nickel, gold or the like are also conceivable.
  • the nonwoven material is already electrically conductive, and the conductivity can be improved by adding the additives mentioned. In this configuration, the contact body can be produced easily and cost-effectively and, in addition to low-friction and low-wear sliding properties, also has good electrical conductivity.
  • the contact body can be designed as a disk, with recesses running radially inwards being made in the outer circumference. It is also conceivable that the recesses are oriented in the direction of the main direction of rotation.
  • the recesses can be designed in the form of slots.
  • the surface structuring is introduced into the second contact surface. Accordingly, the surface structuring is incorporated into the shell of the shaft. The advantage here is that the surface structuring is particularly durable and is only subject to minimal wear.
  • the surface structuring can be incorporated directly into the shaft.
  • a sleeve is pushed onto the shaft, the sleeve being electrically conductive and preferably fastened to the shaft in a press fit.
  • the surface structuring can be applied to the outside of the sleeve and the grounding ring is in contact with the sleeve.
  • the surface structuring can include grooves which run in the circumferential direction.
  • the grooves can extend around the shaft in a ring shape or in a helical shape.
  • the surface structuring ensures that the grounding ring always rests on the shaft and thereby creates electrical contact between the shaft and the housing. If fluid, for example a lubricating oil, gets into the area of the contact surfaces, the surface structuring causes the fluid to be transported so that the fluid does not remain between the two contact surfaces and thereby lifts the grounding ring away from the shaft. A pumping effect can therefore be achieved through the surface structuring. Constant transport ensures that the grounding ring is always in contact with the shaft. The advantageous effect also occurs if the surface structuring is also non-directional and has any structure, such as that created by roughening or grinding.
  • the surface structuring is introduced into the first contact surface.
  • the surface structuring is accordingly introduced into the contact body.
  • the surface structuring can include grooves, which in this embodiment are concentric on the shaft assigned Contact surface runs.
  • the grooves can be introduced into the first contact surface in the form of concentric rings, sine waves or in the form of a spiral.
  • it is advantageous that the surface structuring can be introduced into the contact body particularly easily and cost-effectively. This can be done, for example, directly during the shaping process of the contact body, which is particularly easy if the contact body is made of polymeric material.
  • the surface structuring is embossed into the first contact surface.
  • the surface structuring can be introduced into the contact surface even after the contact body has been shaped.
  • the first contact surface and the second contact surface are provided with a surface structuring. This configuration ensures electrically conductive contact between the shaft and the housing even under adverse circumstances, for example in the case of particularly strong contact with fluid.
  • a spring means can be assigned to the contact body, which presses the contact body onto the shaft with elastic preload.
  • the spring means ensures permanent contact of the ground ring with the shaft.
  • the spring means can be formed by an annular elastomer lip which surrounds the contact body on the outer circumference.
  • the elastomer lip can be provided with fluid conveying structures.
  • the elastomer lip is provided with a thickening which extends into the spaces in the contact body formed by the recesses. There is a particularly good conveying effect if the elastomer lip is provided with conveying structures in the area of the thickening.
  • the surface structuring introduced into the first contact surface and/or second contact surface can form a wave-like course when viewed in section and can be designed, for example, in the form of sine waves, square waves or trapezoidal waves.
  • the contact body can have recesses into which the spring means projects.
  • the surface structuring is incorporated into the spring means. It is particularly advantageous here that the surface structuring is particularly easy to produce.
  • a secure electrical contact between the contact body and the shaft with a long service life is achieved in particular when the height of the surface structuring, i.e. the distance between the high point and the low point, is between 1 pm and 20 pm.
  • the depth is particularly preferably between 5 pm and 15 pm.
  • the width of a groove-shaped structure of the surface structuring is preferably between 50 pm and 200 pm.
  • the width is particularly preferably between 75 pm and 150 pm.
  • At least one fluid guide element can be assigned to the grounding ring.
  • the fluid guide element is assigned either to the housing or to the shaft.
  • the fluid guide element is arranged on the shaft in a rotationally fixed manner.
  • the fluid guide element acts as a centrifugal ring, which fluidly limits the amount of fluid that can penetrate between the two contact surfaces.
  • a fluid guide element is arranged on both sides of the grounding ring.
  • the grounding ring is designed as a cassette ring and has fluid guide elements on both sides, between which a grounding ring is arranged.
  • the fluid guide elements are arranged on the shaft in a rotationally fixed manner, while the grounding ring is secured in a rotationally fixed manner on the housing.
  • the grounding ring has a support structure which is fastened to the shaft in a rotationally fixed manner and has fluid guiding elements in the form of centrifugal surfaces on both end faces. Between the two fluid-conducting elements, a further support body is arranged, which carries a spring means that attaches the contact body to the inside of a fluid-conducting element on the front side pressed.
  • This configuration is suitable for particularly robust applications with a high volume of fluid.
  • Fig. 1 shows a shaft grounding arrangement in section
  • Fig. 2 shows a grounding ring in detail
  • FIG. 3 shows a grounding ring with a spring body in the form of an elastomer lip
  • Fig. 5 shows a ground ring as a cassette arrangement
  • FIG. 6 shows a grounding ring with a conveying structure introduced into the spring means;
  • Fig. 7 in detail various configurations of the surface structuring.
  • Figure 1 shows a shaft grounding arrangement 1, comprising a housing 2, which accommodates a shaft 3 and a fluid 11.
  • the shaft grounding arrangement 1 is part of an electric motor or transmission of an electric vehicle.
  • the fluid 11 in this case is a lubricating oil.
  • the shaft 3 is assigned a grounding ring 4, which establishes electrically conductive contact between the shaft 3 and the housing 2.
  • the grounding ring 4 has a disk-shaped contact body 5, which rests in the shape of a lip on the jacket of the shaft 3.
  • a first contact surface 6 is formed from the contact body 5 and a second contact surface 7 is formed from the shaft 3.
  • the contact body 5 comprises a matrix made of nonwoven material, which is impregnated with PTFE and formed from electrically conductive material. To improve conductivity, electrically conductive material is incorporated into the nonwoven fabric. According to a first embodiment, the conductive material comprises silver particles and, according to a second embodiment, graphite powder. A third embodiment includes a combination of silver particles and graphite powder.
  • the contact body 5 is fixed to a support body 12 made of electrically conductive material, the support body 12 being in two parts is formed and the contact body 5 is fixed by means of a clamp connection.
  • the support body 12 is fixed to the housing 2.
  • a surface structure 8 is introduced into the second contact surface 7.
  • the surface structuring 8 includes grooves which, when viewed in section, are trapezoidal.
  • the high point and the low point of the surface structure 8 (from mountain to valley) are 10 pm apart. Adjacent high points are 100 pm apart.
  • the grooves are inserted helically into the shaft 3.
  • the grooves are introduced into the shaft 3 in a ring shape.
  • the contact body 5 is assigned a spring means 9, which presses the contact body 5 against the shaft 3 with elastic preload.
  • the spring means 9 comprises a plurality of metal tongues which are arranged evenly over the circumference and which press the contact body 5 against the shaft 3 in the area of the first contact surface 6.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the grounding ring 4 shown in Figure 1.
  • the surface structuring 8 is introduced into the first contact surface 6 of the contact body 5. In the present embodiment, this is done by embossing.
  • the surface structuring 8 includes several concentrically arranged circles with elevations and depressions. Alternatively, the surface structuring 8 can also be designed in a spiral shape.
  • both the contact surface 7 of the shaft 3 and the contact surface 6 of the grounding ring 4 are provided with a surface structuring 6.
  • the surface structuring 6 can be incorporated directly into the surface of the shaft 3.
  • a sleeve can be pushed onto the shaft 3, the sleeve being electrically conductive and the surface structuring 6 being introduced into the outside of the sleeve.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the grounding ring 4 shown in Figure 1.
  • the spring means 9 is formed by an elastomer lip, which comes into contact with the contact body 5 on the outside.
  • the radial pressure of the spring means 9 is reinforced by an annular coil spring, which is arranged on the outside of the elastomer lip.
  • Figure 4 shows a further development of the shaft grounding arrangement 1 shown in Figure 1.
  • disk-shaped fluid guide elements 10 are assigned to both end faces of the grounding ring. Both fluid guide elements 10 are attached to the shaft 3 in a rotationally fixed manner.
  • FIG. 5 shows a shaft grounding arrangement 1 in the form of a cassette seal.
  • the grounding ring 4 has a support structure which is fastened to the shaft 3 in a rotationally fixed manner and has fluid guiding elements 10 in the form of centrifugal surfaces on both end faces.
  • a further support body 14 is arranged, which carries a spring means 9, which presses the contact body 5 on the front side against the inside of a fluid-conducting element 10.
  • Figure 6 shows a further development of the grounding ring 4 shown in Figure 3.
  • the surface structuring 6 is introduced into the spring means 9.
  • the contact body 5 has a plurality of recesses into which the spring means 9 projects, the spring means 9 having a thickening in these areas.
  • the surface structuring 6 of the spring means 9 is arranged in the areas of the recesses.
  • Figure 7 shows various configurations of surface structures 6.

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Abstract

Wellenerdungsanordnung (1), umfassend ein Gehäuse (2), welches eine Welle (3) und ein Fluid aufnimmt, wobei der Welle (3) ein Erdungsring (4) zugeordnet ist, welcher einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der Welle (3) und dem Gehäuse (2) herstellt, wobei der Erdungsring (4) einen scheibenförmigen Kontaktkörper (5) aufweist, der lippenförmig auf dem Mantel der Welle (3) aufliegt, wobei sich aus dem Kontaktkörper (5) eine erste Kontaktfläche (6) und aus der Welle (3) eine zweite Kontaktfläche (7) ausbildet, wobei zumindest eine der beiden Kontaktflächen (6, 7) mit einer Oberflächenstrukturierung (8) versehen ist.

Description

Anmelder: Carl Freudenberg KG, 69469 Weinheim
Wellenerdungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Wellenerdungsanordnung, umfassend ein Gehäuse, welches eine Welle aufnimmt, wobei der Welle ein Erdungsring zugeordnet ist, welcher einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen Welle und Gehäuse herstellt.
Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2016 010926 A1 bekannt und dient der Erdung einer in einem Gehäuse gelagerten Welle. Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit einer Einrichtung, beispielsweise eines Fahrzeugs, stellt der Erdungsring eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Welle und Gehäuse her, so dass sich elektromagnetische Wellen, insbesondere hochfrequente elektromagnetische Signale nicht über die Welle über das Gehäuse hinaus nach außen ausbreiten können. Derartige elektromagnetische Signale können elektronische Komponenten eines Fahrzeugs oder auch mit dem Fahrzeug mitgeführte elektronische Geräte ungünstig beeinflussen. Durch Spannungsüberschlag können sich insbesondere an Lagern auch mechanische Schäden ergeben.
Bei den vorbekannten Wellenerdungsanordnungen ist dabei aber erforderlich, dass der Erdungsring unbeeinflusst von Fluiden wie Schmierölen oder Schmierfetten ist. Bei den bislang bekannten Systemen besteht die Gefahr, dass der elektrisch leitfähige Kontakt zwischen Erdungsring und Welle durch den Einfluss von Fluiden unterbrochen wird oder dass der elektrisch leitfähige Ring, der gleitend auf der Welle aufliegt, die elektrisch leitfähigen Eigenschaften verliert. Dadurch kann sich der elektrische Widerstand der Anordnung erhöhen und die Wirkung der Anordnung ist beeinträchtigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenerdungsanordnung bereitzustellen, die robust ist und eine sichere elektrische Kontaktierung von Erdungsring und Welle sicherstellt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Die erfindungsgemäße Wellenerdungsanordnung umfasst ein Gehäuse, welches eine Welle und ein Fluid aufnimmt, wobei der Welle ein Erdungsring zugeordnet ist, welcher einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen Welle und Gehäuse herstellt, wobei der Erdungsring einen scheibenförmigen Kontaktkörper aufweist, der lippenförmig auf dem Mantel der Welle aufliegt, wobei sich aus dem Kontaktkörper eine erste Kontaktfläche und aus der Welle eine zweite Kontaktfläche ausbildet, wobei zumindest eine der beiden Kontaktflächen mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Wellenerdungsanordnung befindet sich in dem Gehäuse neben der Welle ein Fluid, welches beispielsweise ein Schmieröl oder ein Schmierfett sein kann. Dabei kann das Schmieröl die Welle kontaktieren und auch in Kontakt mit dem Erdungsring gelangen. Durch die in zumindest eine Kontaktfläche eingebrachte Oberflächenstrukturierung ist ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen Welle und Erdungsring auch dann sichergestellt, wenn das in dem Gehäuse befindliche Fluid zwischen die beiden Kontaktflächen gelangt. Dadurch ist ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen Welle und Gehäuse auch dann gewährleistet, wenn der Erdungsring mit Fluid beaufschlagt ist. Dadurch ist es möglich, den Erdungsring innerhalb eines Gehäuses anzuordnen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Erdungsring direkt in dem Gehäuse angeordnet ist und nicht über einen Dichtring oder dergleichen gegenüber dem Fluid abgeschirmt ist.
Durch diese Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Welle über ein Kugellager in dem Gehäuse gelagert ist, wobei dem Kugellager auf der dem Gehäuseinneren zugewandten Seite der Erdungsring zugeordnet ist. Durch diese Anordnung leitet der Erdungsring in die Welle eingebrachte elektrische Ströme und elektromagnetische Signale in das Gehäuse ab, bevor diese das Kugellager erreichen. Dadurch können die Kugellager vor dem Einfluss von Funkenerosion durch Spannungsüberschlag und Zirkularströmen geschützt werden. Dadurch verbessert sich die Laufruhe und die Lebensdauer und es ist auch möglich, Wartungsintervalle zu verlängern. Insgesamt lassen sich Ausfälle der Gesamtanordnung vermeiden.
Dadurch, dass der Erdungsring der erfindungsgemäßen Wellenerdungsanordnung direkt in dem mit Fluid beaufschlagten Gehäuse angeordnet ist, können zusätzliche dynamische Dichtstellen entfallen, die bei herkömmlichen Erdungssystemen den Erdungsring kapseln. Dadurch entfallen reibungserzeugende Dichtstellen, was mit der Erhöhung des Wirkungsgrads des Systems einhergeht.
Die erfindungsgemäße Wellenerdungsanordnung eignet sich insbesondere zum Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen. Dort kann die Wellenerdungsanordnung beispielsweise in Elektromotor- oder Getriebegehäuse angeordnet sein.
Der Kontaktkörper kann eine Matrix aus Vliesstoff aufweisen. Dabei kann der die Matrix aus Vlies aufweisende Kontaktkörper mit PTFE getränkt und mit elektrisch leitfähigen Partikeln versehen sein. Elektrisch leitfähige Materialien sind beispielsweise Silber und/oder Graphit und können in Form von Fäden, Partikeln oder Pulver vorliegen. Prinzipiell sind auch hochleitfähige Werkstoffe wie Kupfer, Nickel, Gold oder dergleichen denkbar. Je nach Ausgestaltung ist der Vliesstoff bereits elektrisch leitfähig, wobei die Leitfähigkeit durch Zugabe der genannten Zuschläge verbessert werden kann. Bei dieser Ausgestaltung ist der Kontaktkörper einfach und kostengünstig herstellbar und weist neben reibungs- und verschleißarmen Gleiteigenschaften auch eine gute elektrische Leitfähigkeit auf.
Der Kontaktkörper kann als Scheibe ausgebildet sein, wobei in den Außenumfang radial nach innen verlaufende Ausnehmungen eingebracht sind. Es ist auch denkbar, dass die Ausnehmungen in Richtung der Hauptdrehrichtung orientiert sind. Die Ausnehmungen können in Form von Schlitzen ausgebildet sein. Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist die Oberflächenstrukturierung in die zweite Kontaktfläche eingebracht. Dementsprechend ist die Oberflächenstrukturierung in den Mantel der Welle eingebracht. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Oberflächenstrukturierung besonders dauerhaft ist und nur geringem Verschleiß unterliegt.
Die Oberflächenstrukturierung kann direkt in die Welle eingebracht sein. Alternativ ist denkbar, dass auf die Welle eine Hülse aufgeschoben ist, wobei die Hülse elektrisch leitfähig und vorzugsweise im Presssitz auf der Welle befestigt ist. Bei dieser Ausgestaltung kann auf die Hülse außenseitig die Oberflächenstrukturierung aufgebracht sein und der Erdungsring ist in Kontakt mit der Hülse.
Dabei kann die Oberflächenstrukturierung Rillen umfassen, welche in Umfangsrichtung verlaufen. Dabei können sich die Rillen ringförmig oder schraubengangförmig um die Welle herum erstrecken.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Oberflächenstrukturierung sichergestellt ist, dass der Erdungsring stets an der Welle anliegt und dadurch eine elektrische Kontaktierung zwischen Welle und Gehäuse herstellt. Gelangt Fluid, beispielsweise ein Schmieröl in den Bereich der Kontaktflächen, bewirkt die Oberflächenstrukturierung einen Transport des Fluids, so dass das Fluid nicht zwischen den beiden Kontaktflächen verbleibt und dadurch den Erdungsring von der Welle abhebt. Durch die Oberflächenstrukturierung kann dementsprechend eine Pumpwirkung realisiert werden. Durch den beständigen Transport ist sichergestellt, dass der Erdungsring stets an der Welle anliegt. Die vorteilhafte Wirkung stellt sich auch ein, wenn die Oberflächenstrukturierung auch ungerichtet ist und eine beliebige Struktur aufweist, wie sie beispielsweise durch Aufrauen oder Schleifen entsteht.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung ist die Oberflächenstrukturierung in die erste Kontaktfläche eingebracht. Bei dieser Ausgestaltung ist die Oberflächenstrukturierung dementsprechend in den Kontaktkörper eingebracht. Auch bei dieser Ausgestaltung kann die Oberflächenstrukturierung Rillen umfassen, welche bei dieser Ausgestaltung konzentrisch auf der der Welle zugeordneten Kontaktfläche verlaufen. Die Rillen können in Form von konzentrischen Ringen, Sinuswellen oder in Form einer Spirale in die erste Kontaktfläche eingebracht sein. Bei dieser Ausgestaltung ist vorteilhaft, dass die Oberflächenstrukturierung besonders einfach und kostengünstig in den Kontaktkörper eingebracht werden kann. Dies kann beispielsweise direkt während des Formgebungsprozesses des Kontaktkörpers erfolgen, was dann besonders einfach ist, wenn der Kontaktkörper aus polymerem Werkstoff besteht.
Es ist insbesondere aber auch denkbar, dass die Oberflächenstrukturierung in die erste Kontaktfläche eingeprägt ist. Dadurch kann die Oberflächenstrukturierung auch nach der Formgebung des Kontaktkörpers in die Kontaktfläche eingebracht werden.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung sind die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche mit einer Oberflächenstrukturierung versehen. Diese Ausgestaltung stellt einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen Welle und Gehäuse auch unter widrigen Umständen, beispielsweise bei besonders starkem Kontakt mit Fluid sicher.
Dem Kontaktkörper kann ein Federmittel zugeordnet sein, welches den Kontaktkörper mit elastischer Vorspannung an die Welle andrückt. Das Federmittel stellt einen dauerhaften Kontakt des Erdungsrings mit der Welle sicher. Das Federmittel kann dabei durch eine ringförmige Elastomerlippe ausgebildet sein, die den Kontaktkörper außenumfangsseitig umgibt. Die Elastomerlippe kann mit Fluidförderstrukturen versehen sein. Insbesondere ist denkbar, dass die Elastomerlippe mit einer Aufdickung versehen ist, welche sich in die durch die Ausnehmungen gebildeten Zwischenräume des Kontaktkörpers erstreckt. Es ergibt sich eine besondere gute Förderwirkung, wenn die Elastomerlippe im Bereich der Aufdickung mit Förderstrukturen versehen ist.
Die in die erste Kontaktfläche und/oder zweite Kontaktfläche eingebrachte Oberflächenstrukturierung kann im Schnitt betrachtet einen wellenartigen Verlauf ausbilden und beispielsweise in Form von Sinuswellen, Rechteckwellen oder trapezförmigen Wellen ausgebildet sein. Der Kontaktkörper kann Ausnehmungen aufweisen, in die das Federmittel hineinragt. Bei dieser Ausgestaltung ist es insbesondere denkbar, dass die Oberflächenstrukturierung in das Federmittel eingebracht ist. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass die Oberflächenstrukturierung besonders einfach herstellbar ist.
Eine sichere elektrische Kontaktierung zwischen Kontaktkörper und Welle bei gleichzeitig langer Gebrauchsdauer ergibt sich insbesondere dann, wenn die Höhe der Oberflächenstrukturierung, also die Entfernung zwischen Hochpunkt und Tiefpunkt, zwischen 1 pm und 20 pm beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Tiefe zwischen 5 pm und 15 pm. Die Breite einer rillenförmigen Struktur der Oberflächenstrukturierung, beispielsweise die Entfernung zwischen einem Hochpunkt zum benachbarten Hochpunkt, beträgt vorzugsweise zwischen 50 pm und 200 pm. Besonders bevorzugt beträgt die Breite zwischen 75 pm und 150 pm.
Dem Erdungsring kann zumindest ein Fluidleitelement zugeordnet sein. Das Fluidleitelement ist dabei entweder dem Gehäuse oder der Welle zugeordnet. Vorzugsweise ist das Fluidleitelement drehfest auf der Welle angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung fungiert das Fluidleitelement als Schleuderring, welches strömungsdynamisch die Menge des Fluids begrenzt, welches zwischen die beiden Kontaktflächen eindringen kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist beidseitig des Erdungsrings jeweils ein Fluidleitelement angeordnet. Ebenso ist es denkbar, dass der Erdungsring als Kassettenring ausgebildet ist und beidseitig Fluidleitelemente aufweist, zwischen denen ein Erdungsring angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere denkbar, dass die Fluidleitelemente drehfest auf der Welle angeordnet sind, während der Erdungsring drehfest am Gehäuse befestigt ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Erdungsring eine Tragstruktur aufweist, die drehfest auf der Welle befestigt ist und an beiden Stirnseiten Fluidleitelemente in Form von Schleuderflächen aufweist. Zwischen den beiden Fluidleitelementen ist ein weiterer Tragkörper angeordnet, der ein Federmittel trägt, der den Kontaktkörper stirnseitig an die Innenseite eines Fluidleitelements andrückt. Diese Ausgestaltung eignet sich für besonders robuste Anwendungen mit hohem Fluidmittelaufkommen.
Eine der Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wellenerdungsanordnung werden nachfolgend anhand der Figuren gezeigt. Diese zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Wellenerdungsanordnung im Schnitt;
Fig. 2 im Detail einen Erdungsring;
Fig. 3 einen Erdungsring mit einem Federkörper in Form einer Elastomerlippe;
Fig. 4 einen Erdungsring mit Fluidleitelementen;
Fig. 5 einen Erdungsring als Kassettenanordnung;
Fig. 6 einen Erdungsring mit einer in das Federmittel eingebrachten Förderstruktur; Fig. 7 im Detail verschiedene Ausgestaltungen der Oberflächenstrukturierung.
Figur 1 zeigt eine Wellenerdungsanordnung 1 , umfassend ein Gehäuse 2, welches eine Welle 3 und ein Fluid 11 aufnimmt. Die Wellenerdungsanordnung 1 ist dabei Bestandteil eines Elektromotors oder Getriebes eines Elektrofahrzeugs. Bei dem Fluid 11 handelt es sich vorliegend um ein Schmieröl.
Der Welle 3 ist ein Erdungsring 4 zugeordnet, welcher einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der Welle 3 und dem Gehäuse 2 herstellt. Der Erdungsring 4 weist einen scheibenförmigen Kontaktkörper 5 auf, der lippenförmig auf dem Mantel der Welle 3 aufliegt. Dabei bildet sich aus dem Kontaktkörper 5 eine erste Kontaktfläche 6 und aus der Welle 3 eine zweite Kontaktfläche 7 aus.
Der Kontaktkörper 5 umfasst eine Matrix aus Vliesstoff, welches mit PTFE getränkt und elektrisch leitfähigem Material ausgebildet ist. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit ist in den Vliesstoff elektrisch leitfähiges Material eingebracht. Das leitfähige Material umfasst nach einer ersten Ausgestaltung Silberpartikel und nach einer zweiten Ausgestaltung Graphitpulver. Eine dritte Ausgestaltung umfasst eine Kombination von Silberpartikel und Graphitpulver. Der Kontaktkörper 5 ist an einem Tragkörper 12 aus elektrisch leitfähigem Material festgelegt, wobei der Tragkörper 12 zweiteilig ausgebildet ist und den Kontaktkörper 5 mittels einer Klemmverbindung fixiert. Der Tragkörper 12 ist an dem Gehäuse 2 festgelegt.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist in die zweite Kontaktfläche 7 eine Oberflächenstrukturierung 8 eingebracht. Die Oberflächenstrukturierung 8 umfasst Rillen, welche im Schnitt betrachtet trapezförmig ausgebildet sind. Der Hochpunkt und der Tiefpunkt der Oberflächenstrukturierung 8 (von Berg zu Tal) sind 10 pm voneinander entfernt. Einander benachbarte Hochpunkte sind 100 pm voneinander entfernt.
Die Rillen sind schraubengangförmig in die Welle 3 eingebracht. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Rillen ringförmig in die Welle 3 eingebracht.
Dem Kontaktkörper 5 ist ein Federmittel 9 zugeordnet, welches den Kontaktkörper 5 mit elastischer Vorspannung an die Welle 3 andrückt. Bei der vorliegenden Ausgestaltung umfasst das Federmittel 9 eine Vielzahl gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneter Metallzungen, welche den Kontaktkörper 5 im Bereich der ersten Kontaktfläche 6 an die Welle 3 andrücken.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des in Figur 1 gezeigten Erdungsrings 4. Bei dieser Ausgestaltung ist die Oberflächenstrukturierung 8 in die erste Kontaktfläche 6 des Kontaktkörpers 5 eingebracht. Dies ist bei der vorliegenden Ausgestaltung mittels Prägen erfolgt. Die Oberflächenstrukturierung 8 umfasst dabei mehrere konzentrisch angeordnete Kreise mit Erhebungen und Vertiefungen. Alternativ kann die Oberflächenstrukturierung 8 auch spiralförmig ausgebildet sein.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung ist sowohl die Kontaktfläche 7 der Welle 3 als auch die Kontaktfläche 6 des Erdungsrings 4 mit einer Oberflächenstrukturierung 6 versehen. Die Oberflächenstrukturierung 6 kann direkt in die Oberfläche der Welle 3 eingebracht sein. Alternativ kann auf die Welle 3 eine Hülse aufgeschoben sein, wobei die Hülse elektrisch leitfähig ist und wobei in die Hülse außenseitig die Oberflächenstrukturierung 6 eingebracht ist. Figur 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung des in Figur 1 gezeigten Erdungsrings 4. Bei dieser Ausgestaltung ist das Federmittel 9 durch eine Elastomerlippe ausgebildet, welche außenseitig an dem Kontaktkörper 5 zur Anlage gelangt. Die radiale Anpressung des Federmittels 9 wird durch eine Ringwendeifeder verstärkt, welche außenseitig an der Elastomerlippe angeordnet ist.
Figur 4 zeigt eine Weiterbildung der in Figur 1 gezeigten Wellenerdungsanordnung 1 . Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind beiden Stirnseiten des Erdungsrings scheibenförmige Fluidleitelemente 10 zugeordnet. Beide Fluidleitelemente 10 sind drehfest auf der Welle 3 befestigt.
Figur 5 zeigt eine Wellenerdungsanordnung 1 in Form einer Kassettendichtung. Bei dieser Ausgestaltung weist der Erdungsring 4 eine Tragstruktur auf, die drehfest auf der Welle 3 befestigt ist und an beiden Stirnseiten Fluidleitelemente 10 in Form von Schleuderflächen aufweist. Zwischen den beiden Fluidleitelementen 10 ist ein weiterer Tragkörper 14 angeordnet, der ein Federmittel 9 trägt, der den Kontaktkörper 5 stirnseitig an die Innenseite eines Fluidleitelements 10 andrückt.
Figur 6 zeigt eine Weiterbildung des in Figur 3 gezeigten Erdungsrings 4. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die Oberflächenstrukturierung 6 in das Federmittel 9 eingebracht ist. Der Kontaktkörper 5 weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf, in die das Federmittel 9 hineinragt, wobei das Federmittel 9 in diesen Bereichen eine Verdickung aufweist. Die Oberflächenstrukturierung 6 des Federmittels 9 ist in den Bereichen der Ausnehmungen angeordnet.
Figur 7 zeigt verschiedene Ausgestaltungen von Oberflächenstrukturierungen 6.

Claims

Patentansprüche
1 . Wellenerdungsanordnung (1 ), umfassend ein Gehäuse (2), welches eine Welle (3) und ein Fluid aufnimmt, wobei der Welle (3) ein Erdungsring (4) zugeordnet ist, welcher einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der Welle (3) und dem Gehäuse (2) herstellt, wobei der Erdungsring (4) einen scheibenförmigen Kontaktkörper (5) aufweist, der lippenförmig auf dem Mantel der Welle (3) aufliegt, wobei sich aus dem Kontaktkörper (5) eine erste Kontaktfläche (6) und aus der Welle (3) eine zweite Kontaktfläche (7) ausbildet, wobei zumindest eine der beiden Kontaktflächen (6, 7) mit einer Oberflächenstrukturierung (8) versehen ist.
2. Wellenerdungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (5) eine Matrix aus Vliesstoff aufweist.
3. Wellenerdungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (8) in die zweite Kontaktfläche (7) eingebracht ist.
4. Wellenerdungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (8) Rillen umfasst, welche in Umfangsrichtung verlaufen.
5. Wellenerdungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen ringförmig oder schraubengangförmig ausgebildet sind.
6. Wellenerdungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (8) ungerichtet ist.
7. Wellenerdungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (8) in die erste Kontaktfläche (6) eingebracht ist. Wellenerdungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (8) in die erste Kontaktfläche (6) eingeprägt ist. Wellenerdungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kontaktkörper (5) ein Federmittel (9) zugeordnet ist, welches den Kontaktkörper (5) mit elastischer Vorspannung an die Welle (3) andrückt. Wellenerdungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (8) in das Federmittel (9) eingebracht ist. Wellenerdungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Erdungsring (4) Fluidleitelemente (10) zugeordnet sind. Wellenerdungsanordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Fluidleitelemente (10) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Fluidleitelement (10) einer Stirnseite des Kontaktkörpers (5) zugeordnet ist.
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