WO2022234079A1 - Shaft-grounding device for establishing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing - Google Patents
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Definitions
- Shaft grounding device for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing
- the invention relates to a shaft grounding device for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing.
- the invention also relates to a transmission for a motor vehicle with such a shaft grounding device, and an electric axle drive unit for a motor vehicle with such a shaft grounding device, and an electric machine with such a shaft grounding device.
- the shaft grounding ring for diverting induced voltages from a shaft into a machine element.
- the shaft grounding ring has a housing and several discharge elements arranged on the housing. An elastically curved edge area of each of the discharge elements rests against the shaft, so that an electrically conductive sliding contact is formed with the shaft.
- a shaft grounding device for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housin se.
- the shaft grounding device is mechanically and electrically connected to the housing and has a number of flexible and electrically conductive contact elements.
- the contact elements form an electrically conductive sliding contact with a circumferential surface of the shaft or a sleeve fitted onto the shaft.
- the contact elements are arranged and designed in such a way that they bring about a prestressing of the sliding contact due to their own bending elasticity.
- the contact elements comprise at least two different types of contact element, namely a first contact element type and a second contact element type.
- the contact elements are designed in such a way that when the shaft grounding device is new, only the contact elements of the first contact element type form the sliding contact with the peripheral surface of the shaft or the sleeve.
- the shaft grounding device is new, there is a gap between the contact elements of the second contact element type and the peripheral surface of the shaft or sleeve, so that the contact elements of the second contact element type do not touch the peripheral surface.
- the contact elements of the first contact element type are sufficiently worn do the contact elements of the second contact element type come into contact with the shaft and then contribute to the electrically conductive sliding contact.
- the contact elements of the second type of contact element form a wear reserve of the shaft grounding device, so that the shaft grounding device can still form a reliably electrically conductive sliding contact even when the service life is advanced.
- the contact elements of the first contact element type preferably have a different bending elasticity than the contact elements of the second contact element type.
- An embodiment in which the flexural rigidity of the contact elements of the second contact element type is greater than the flexural rigidity of the contact elements of the first contact element type is particularly preferred. This allows a reliable electrically conductive sliding contact of the contact elements of the second contact element ment type can also be produced if they come into contact with the peripheral surface of the shaft or the sleeve without initial preload.
- At least two of the contact elements are preferably combined to form a contact element pair.
- the contact element pair has a contact element of the first contact element type and a contact element of the second contact element type. All contact elements are particularly preferably combined to form such pairs. Forming a pair in this way is advantageous for the manufacture of the shaft grounding device and also enables the different types of contact elements to be distributed uniformly along the peripheral surface of the shaft or sleeve.
- the contact elements of the first contact element type and the contact elements of the second contact element type preferably have a different number of bending joint sections.
- the flexible joint sections can be formed, for example, by a local reduction in the cross section of the respective contact element.
- An embodiment is particularly preferred in which the contact elements of the first contact element type have two flexible joint sections, and the contact elements of the second contact element type have only one flexible joint section. With such an embodiment, the contact elements of the first and second contact element types can be designed with essentially the same length. As a result, an advantageous ratio of length and deflection of the contact elements can be maintained.
- the contact elements of the contact element pair are combined to form a pair of contact elements, as described above, each of which has a contact element of the first contact element type and a contact element of the second contact element type, it is advantageous for the contact elements of the contact element pair to be one have a common bending joint section.
- the contact elements of the second contact element type are tracked by the wear-related readjustment movement of the contact elements of the first contact element to the peripheral surface of the shaft or the sleeve.
- a se- ready tracking device for delivering the contact elements of the second contact element type is not required.
- the proposed shaft grounding device can be part of a transmission for a motor vehicle, for example an automatic transmission or an automated transmission with multiple gears.
- the transmission has a shaft which is rotatably mounted in a housing of the transmission.
- the shaft is grounded to the gearbox housing by the shaft grounding device.
- the shaft can be an output shaft of the transmission for example.
- the transmission can have an electrical machine that is set up to drive the shaft.
- the proposed shaft grounding device can be part of an electric axle drive unit for a motor vehicle.
- the final drive unit has a shaft which is rotatably mounted in a housing of the final drive unit.
- the shaft is grounded to the housing of the final drive unit by the shaft grounding device.
- the proposed shaft grounding device can be part of an electrical machine with a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor.
- the rotor is coupled to a rotor shaft.
- the rotor shaft is grounded with respect to a housing of the electrical machine by the proposed shaft grounding device.
- 1 and 2 each show a drive train of a motor vehicle
- FIGS. 4 and 5 each show a view of a shaft protruding from a housing
- FIG. 6 shows a front view of a shaft grounding device
- FIGS. 7a to 7c each show a sectional view of the shaft grounding device.
- 1 schematically shows a drive train for a motor vehicle.
- the drive train has an internal combustion engine VM, the output of which is connected to an input shaft GW1 of a transmission G.
- An output shaft GW2 of the Ge gear unit G is connected to a differential gear AG.
- the differential gear AG is set up to distribute the power applied to the output shaft GW2 to drive wheels DW of the motor vehicle.
- the transmission G has a wheel set RS which, together with shifting elements not shown in FIG. 1, is set up to provide different transmission ratios between the input shaft GW1 and the output shaft GW2.
- the wheelset RS is surrounded by a housing GG, which also houses an electrical machine EM connected to the input shaft GW1.
- the electric machine EM is set up to drive the input shaft GW1.
- An inverter INV is attached to the housing GG.
- the converter INV is connected on the one hand to the electric machine EM and on the other hand to a battery BAT.
- the converter INV is used to convert the direct current from the battery BAT into an alternating current that is suitable for operating the electrical machine EM and has a number of power semiconductors for this purpose. The conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.
- Fig. 2 shows schematically a drive train for a motor vehicle, which is a purely electric drive train in Ge contrast to the embodiment shown in FIG.
- the drive train has an electric axle drive unit EX.
- the electric final drive unit EX includes an electric machine EM, the power of which is transmitted via a reduction gear set RS2 and a differential gear AG to drive wheels DW of a motor vehicle.
- Output shafts DS1, DS2 of the differential gear AG are connected to the drive wheels DW.
- the electrical machine EM, the reduction gear set RS2 and the differential gear AG are enclosed by a housing GA.
- An inverter INV is attached to the housing GA.
- the converter INV is connected on the one hand to the electrical machine EM and on the other hand to a battery BAT.
- the converter INV is used to convert the direct current from the battery BAT into an alternating current that is suitable for operating the electrical machine EM and has a number of power semiconductors for this purpose. the Conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.
- electromagnetic interference signals can arise, which are coupled into the drive shaft GW2, for example in the drive train according to FIG. 1, or into the output shafts DS1, DS2 in the drive train according to FIG. Due to the bearing of the output shaft GW2, or the output shafts DS1, DS2, which is not shown in FIG. 1 and FIG. GA has electrically insulating properties.
- interference signals coupled into the output shaft GW2 or into the output shafts DS1, DS2 cannot flow over a short distance into the housing GG or housing GA, which is connected to an electrical ground of the motor vehicle. Instead, the interference signals get back to the electrical ground through electromagnetic radiation, as a result of which other electronic components of the motor vehicle can be disturbed.
- the output shaft GW2 or output shafts DS1, DS2 protruding from the housing GG or housing GA can form an antenna which promotes the electromagnetic radiation of the interference signals.
- the electrical cal machine EM2 has a housing GE which accommodates a stator S and a rotor R.
- the stator S is rotatably fixed in the housing GE.
- the rotor R is coupled to a rotor shaft RW, the rotor shaft RW being rotatably mounted via two roller bearings WL1, WL2 supported on the housing GE.
- One end of the rotor shaft RW protrudes from the housing GE.
- a shaft grounding device E is provided at an exposed portion of the rotor shaft RW.
- a sealing ring DR2 is provided between the roller bearing WL2 and the shaft grounding device.
- the shaft grounding device E establishes an electrically conductive contact between the housing GE and the rotor shaft RW.
- the shaft grounding device E indicates this Brushes or other electrically conductive contact elements that slide on a surface of the rotor shaft RW.
- a potential difference between the housing GE and the rotor shaft E can be reduced via the shaft grounding device E.
- the roller bearings WL1, WL2 are thereby protected against uncontrolled potential equalization via the roller bodies of the roller bearings WL1, WL2.
- FIG. 4 shows a detailed sectional view of a shaft W protruding from a housing GH according to a first exemplary embodiment.
- the shaft W shown in FIG. 4 could be, for example, the output shaft GW2 according to FIG. 1, or one of the output shafts DS1, DS2 according to FIG. 2, or the rotor shaft RW according to FIG.
- the housing GH could, for example, be the housing GG according to FIG. 1, the housing GA according to FIG. 2 or the housing GE according to FIG.
- the shaft W is made up of several parts and is mounted on the housing GH via a ball bearing WL.
- the ball bearing WL is located in an oil chamber NR.
- a radial shaft sealing ring DR is provided to seal off the oil chamber NR from an environment U.
- a shaft grounding device E is provided on the side surrounding the radial shaft seal DR.
- the shaft grounding device E is mechanically and electrically conductively connected to the housing GH.
- a holding element EH is provided, via which the shaft grounding device E is mechanically and electrically connected to the housin se GH.
- the holding element EH is shown in FIG.
- Contact elements EK of the shaft grounding device E form an electrically conductive sliding contact K1 to a peripheral surface C of the shaft W.
- the contact elements EK are fixed between the holding element EH and a clamping ring EZ, so that the contact elements EK are held in position.
- the contact elements EK can be formed, for example, by brushes or by PTFE elements with electrically conductive fillers or by an electrically conductive fleece.
- a sealing ring DX is provided.
- the sealing ring DX has a metallic structural element DX1, which is surrounded by an elastomer DX2.
- the sealing ring DX is pressed onto an outer diameter of the holding element EH.
- the sealing ring DX forms a second sliding contact K2 to the shaft W.
- the sealing ring DX has no spring to preload the Sliding contact K2 in the direction of the shaft W.
- the seal ring DX has a lip L1 and a lip L2.
- the sliding contact K2 of the sealing ring DX on the shaft W only follows the lip L2, so that there is a gap between the shaft W and the lip L1.
- the sliding contact K1 is additionally protected by the seal DA, which acts between the housing GH and the holding element EH.
- a corresponding groove is provided in the housing GH to accommodate the seal DA.
- FIG. 5 shows a detailed sectional view of a shaft W protruding from a housing GH according to a second exemplary embodiment, which essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
- the shaft W shown in FIG. 5 could be, for example, the output shaft GW2 according to FIG. 1, or one of the output shafts DS1, DS2 according to FIG. 2, or the rotor shaft RW according to FIG.
- the housing GH could, for example, be the housing GG according to FIG. 1 , the housing GA according to FIG. 2 or the housing GE according to FIG. 3 .
- a sleeve H is arranged on the shaft W.
- the sleeve H is made of stainless steel, for example, and offers a mechanically and corrosively resistant running surface for the radial shaft sealing ring DR and the contact elements EK of the shaft grounding device E.
- the sliding contact K2 of the sealing ring DX is still direct with the shaft W and not with the peripheral surface C of the sleeve H.
- the sliding contact K2 is therefore on a smaller diameter than the sliding contact K1.
- the sealing ring DX is not used to protect the sliding contact K1 against environmental influences, but also to protect against corrosive underwalling of the sleeve H.
- a grease filling F is provided between the lips L1 and L2.
- the contact elements EK include two different types of contacts lement types, namely a first contact element type EK1 and a second contact element type EK2.
- Each of the contact element pairs EKP has a contact element of the first contact element type EK1 and a contact element of the second contact element type EK2.
- the contact elements of the first contact element type EK1 have two flexible joint sections G1, G2.
- the contact elements of the second contact element type EK2 have only one flexible joint section, specifically the flexible joint section G1 of that contact element of the first contact element type EK1, with which it is combined to form the contact element pair EKP.
- the contact elements of the first contact element type EK1 appear to be significantly longer than the contact elements of the second contact element type EK2.
- the inside diameter of the contact elements of the first contact element type EK1 that is effective on the sliding contact K1 is smaller than the inside diameter of the contact elements of the second contact element type EK2.
- the length of the contact elements of the first contact element type EK1 corresponds approximately to the length of the contact elements of the second contact element type EK2. This becomes clear from the sectional views shown in FIGS. 7a and 7b.
- Fig. 7a shows a sectional view of a portion of the shaft grounding device E; the corresponding sectional plane is identified in Figure 6 as A-A.
- the section shown in FIG. 7a runs through a contact element of the first contact element type EK1.
- 7b shows another sectional view of a portion of the shaft earthing device E; the corresponding section plane is marked as B-B in Fig. 6.
- the section shown in FIG. 7b runs through a contact element of the second contact element type EK2.
- the contact elements EK of both contact element types EK1, EK2 are attached to the holding element EH by means of the clamping rings EZ.
- the holding element EH is fixed in a rotationally fixed manner, with this fixing not being shown in FIGS. 7a and 7b.
- the peripheral surface C of the shaft W or of the sleeve Z is also shown.
- FIG. 7a shows the shaft grounding device E when new, or in a condition with still little wear on the contact elements of the first contact element Type EK1.
- FIG. 7c shows an overlay of the two sectional views according to FIGS. 7a and 7b. This illustration once again makes it clear how wear causes a relaxation in the bending sections G1 and G2, which leads to an axial displacement of the sliding contact running track. With increasing wear of the contact elements of the first contact element type EK1, the contact elements of the second contact element type EK2 are tracked further and further to the peripheral surface C until these contact elements also contribute to the sliding contact K1.
- the embodiment of the shaft grounding device E shown in FIGS. 7a and 7b is only to be regarded as an example.
- the contact elements of the second contact element type EK2 could be designed with the same length as the contact elements of the first contact element type EK1.
- the contact elements of the second contact element type EK2 would have to have a stronger initial bending than the contact elements of the first contact element type EK1.
- the stronger initial bending could be realized, for example, by mechanical pre-treatment.
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Abstract
Shaft-grounding device (E) for establishing an electrically conductive connection between a rotatable shaft (W) and a housing (GH), wherein the shaft-grounding device (E) has flexible and electrically conductive contact elements (EK) which form an electrically conductive sliding contact (K1) with respect to a circumferential surface (C) of the shaft (W) or a sleeve (H) which is fitted on it, wherein the contact elements (EK) are arranged and designed in such a way that they prestress the sliding contact (K1) on account of their inherent flexibility, wherein the contact elements (EK) comprise a first contact element type (EK1) and a second contact element type (EK2), wherein, in the new state of the shaft-grounding device (E), only the contact elements of the first contact element type (EK1) form the sliding contact (K1) and there is a gap between the contact elements of the second contact element type (EK2) and the circumferential surface (C), wherein the contact elements of the second contact element type (EK2) contribute to the sliding contact (K1) only when the contact elements of the first contact element type (EK1) are sufficiently worn; and transmission (G) or electrical axle drive unit (EA) for a motor vehicle having a shaft-grounding device (E) of this kind; and electric machine (EM2) having a shaft-grounding device (E) of this kind.
Description
Wellenerdungseinrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfähiqen Verbindung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse Shaft grounding device for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing
Die Erfindung betrifft eine Wellenerdungseinrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse. Die Erfindung betrifft ferner ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wellen erdungseinrichtung, sowie eine elektrische Achsantriebs-Einheit für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wellenerdungseinrichtung, sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Wellenerdungseinrichtung. The invention relates to a shaft grounding device for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing. The invention also relates to a transmission for a motor vehicle with such a shaft grounding device, and an electric axle drive unit for a motor vehicle with such a shaft grounding device, and an electric machine with such a shaft grounding device.
Die DE 10 2016010 926 A1 beschreibt einen Wellenerdungsring zur Ableitung indu zierter Spannungen von einer Welle in ein Maschinenelement. Der Wellenerdungs ring weist ein Gehäuse und mehrere am Gehäuse angeordnete Ableitelemente auf. Ein elastisch gebogener Randbereich jedes der Ableitelemente liegt an der Welle an, sodass ein elektrisch leitfähiger Schleifkontakt zur Welle gebildet wird. DE 10 2016010 926 A1 describes a shaft grounding ring for diverting induced voltages from a shaft into a machine element. The shaft grounding ring has a housing and several discharge elements arranged on the housing. An elastically curved edge area of each of the discharge elements rests against the shaft, so that an electrically conductive sliding contact is formed with the shaft.
Die DE 10 2017 009 360 A1 beschreibt einen Wellenerdungsring, bei dem Ableitele mente mit zwei unterschiedlichen Längen verwendet werden. Dies führt zur Auftei lung des Schleifkontakts auf zwei Laufspuren, welche mit unterschiedlich hoher An presskraft auf der Welle aufliegen. DE 10 2017 009 360 A1 describes a shaft grounding ring in which discharge elements with two different lengths are used. This leads to the sliding contact being divided into two tracks, which rest on the shaft with different levels of contact pressure.
Während des Betriebs des Wellenerdungsrings kommt es zu einem Verschleiß der Kontaktelemente, sodass die Kontaktelemente mit fortschreitender Betriebsdauer kürzer werden. Dadurch sinkt die Vorspannung des Schleifkontakts, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit mit fortschreitender Betriebsdauer reduziert. During the operation of the shaft grounding ring, wear occurs on the contact elements, so that the contact elements become shorter as the service life progresses. This reduces the preload of the sliding contact, which reduces the electrical conductivity as the service life progresses.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Wellenerdungseinrichtung mit verbesserter Lebensdauer bereitzustellen. It is therefore the object of the invention to provide a shaft grounding device with an improved service life.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Be schreibung, sowie aus den Figuren.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Wellenerdungseinrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäu se vorgeschlagen. Die Wellenerdungseinrichtung ist mechanisch und elektrisch mit dem Gehäuse verbunden, und weist mehrere biege-elastische und elektrisch leitfähi ge Kontaktelemente auf. Die Kontaktelemente bilden einen elektrisch leitenden Schleifkontakt zu einer Umfangsfläche der Welle oder einer auf die Welle aufge brachten Hülse. Die Kontaktelemente sind derart angeordnet und ausgestaltet, dass sie aufgrund ihrer eigenen Biege-Elastizität eine Vorspannung des Schleifkontakts bewirken. Die Kontaktelemente umfassen zumindest zwei verschiedene Kontaktele ment-Typen, nämlich einen ersten Kontaktelement-Typ und einen zweiten Kontakte- lement-Typ. The object is solved by the features of patent claim 1 . Advantageous configurations result from the dependent patent claims, the description and from the figures. To solve the problem, a shaft grounding device for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housin se is proposed. The shaft grounding device is mechanically and electrically connected to the housing and has a number of flexible and electrically conductive contact elements. The contact elements form an electrically conductive sliding contact with a circumferential surface of the shaft or a sleeve fitted onto the shaft. The contact elements are arranged and designed in such a way that they bring about a prestressing of the sliding contact due to their own bending elasticity. The contact elements comprise at least two different types of contact element, namely a first contact element type and a second contact element type.
Erfindungsgemäß sind die Kontaktelemente derart ausgestaltet, dass im Neuzustand der Wellenerdungseinrichtung lediglich die Kontaktelemente des ersten Kontaktele ment-Typs den Schleifkontakt zur Umfangsfläche der Welle, bzw. der Hülse bilden. Zwischen den Kontaktelementen des zweiten Kontaktelement-Typs und der Umfang fläche der Welle, bzw. der Hülse besteht im Neuzustand der Wellenerdungseinrich tung ein Spalt, sodass die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs die Umfangfläche nicht berühren. Erst wenn die Kontaktelemente des ersten Kontakte lement-Typs hinreichend verschlissen sind, kommen die Kontaktelemente des zwei ten Kontaktelement-Typs in Kontakt zur Welle, und tragen dann zum elektrisch leitfä higen Schleifkontakt bei. In anderen Worten bilden die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs eine Verschleiß-Reserve der Wellenerdungseinrichtung, so dass die Wellenerdungseinrichtung auch bei fortgeschrittener Betriebsdauer noch einen zuverlässig elektrisch leitfähigen Schleifkontakt bilden kann. According to the invention, the contact elements are designed in such a way that when the shaft grounding device is new, only the contact elements of the first contact element type form the sliding contact with the peripheral surface of the shaft or the sleeve. When the shaft grounding device is new, there is a gap between the contact elements of the second contact element type and the peripheral surface of the shaft or sleeve, so that the contact elements of the second contact element type do not touch the peripheral surface. Only when the contact elements of the first contact element type are sufficiently worn do the contact elements of the second contact element type come into contact with the shaft and then contribute to the electrically conductive sliding contact. In other words, the contact elements of the second type of contact element form a wear reserve of the shaft grounding device, so that the shaft grounding device can still form a reliably electrically conductive sliding contact even when the service life is advanced.
Vorzugsweise weisen die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs eine andere Biege-Elastizität auf als die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement- Typs. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, in der die Biegesteifigkeit der Kon taktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs größer ist als die Biegesteifigkeit der Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs. Dadurch kann ein zuverlässiger elektrisch leitfähiger Schleifkontakt der Kontaktelemente des zweiten Kontaktele-
ment-Typs auch dann hergestellt werden, wenn diese ohne initiale Vorspannung in Kontakt mit der Umfangsfläche der Welle, bzw. der Hülse kommen. The contact elements of the first contact element type preferably have a different bending elasticity than the contact elements of the second contact element type. An embodiment in which the flexural rigidity of the contact elements of the second contact element type is greater than the flexural rigidity of the contact elements of the first contact element type is particularly preferred. This allows a reliable electrically conductive sliding contact of the contact elements of the second contact element ment type can also be produced if they come into contact with the peripheral surface of the shaft or the sleeve without initial preload.
Vorzugsweise sind zumindest zwei der Kontaktelemente zu einem Kontaktelement- Paar zusammengefasst. Das Kontaktelement-Paar weist ein Kontaktelement des ersten Kontaktelement-Typs, und ein Kontaktelement des zweiten Kontaktelement- Typs auf. Besonders bevorzugt sind sämtliche Kontaktelemente zu derartigen- Paaren zusammengefasst. Eine derartige Paar-Bildung ist für die Fertigung der Wel lenerdungseinrichtung vorteilhaft, und ermöglicht zudem eine gleichmäßige Vertei lung der verschiedenartigen Kontaktelemente entlang der Umfangsfläche der Welle, bzw. der Hülse. At least two of the contact elements are preferably combined to form a contact element pair. The contact element pair has a contact element of the first contact element type and a contact element of the second contact element type. All contact elements are particularly preferably combined to form such pairs. Forming a pair in this way is advantageous for the manufacture of the shaft grounding device and also enables the different types of contact elements to be distributed uniformly along the peripheral surface of the shaft or sleeve.
Vorzugsweise weisen die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs und die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs eine unterschiedliche Anzahl von Biege-Gelenkabschnitten auf. Die Biege-Gelenk-Abschnitte können beispielsweise durch eine lokale Querschnittreduktion des jeweiligen Kontaktelements gebildet wer den. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, in der die Kontaktelemente des ers ten Kontaktelement-Typs zwei Biege-Gelenk-Abschnitte, und die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs nur einen Biege-Gelenk-Abschnitt aufweisen. Durch eine solche Ausführung können die Kontakt-Elemente des ersten und zweiten Kontaktelement-Typs mit der im Wesentlichen gleichen Länge ausgeführt werden. Dadurch kann ein vorteilhaftes Verhältnis von Länge und Durchbiegung der Kontak telemente beibehalten werden. The contact elements of the first contact element type and the contact elements of the second contact element type preferably have a different number of bending joint sections. The flexible joint sections can be formed, for example, by a local reduction in the cross section of the respective contact element. An embodiment is particularly preferred in which the contact elements of the first contact element type have two flexible joint sections, and the contact elements of the second contact element type have only one flexible joint section. With such an embodiment, the contact elements of the first and second contact element types can be designed with essentially the same length. As a result, an advantageous ratio of length and deflection of the contact elements can be maintained.
Sind zumindest zwei der Kontaktelemente wie eingangs beschrieben zu einem Kon taktelement-Paar zusammengefasst, welches je ein Kontaktelement des ersten Kon taktelement-Typs und ein Kontaktelement des zweiten Kontaktelement-Typs auf weist, so ist es vorteilhaft dass die Kontaktelemente des Kontaktelement-Paares ei nen gemeinsamen Biege-Gelenk-Abschnitt aufweisen. Durch eine derartige Ausge staltung werden die Kontaktelemente des zweiten Kontakt-Element-Typs durch die verschleißbedingte Nachstellbewegung der Kontaktelemente des ersten Kontaktele ments zur Umfangsfläche der Welle, bzw. der Hülse nachgeführt. Somit ist eine se-
parate Nachführeinrichtung zum Zustellen der Kontaktelemente des zweiten Kontak telement-Typs nicht erforderlich. If at least two of the contact elements are combined to form a pair of contact elements, as described above, each of which has a contact element of the first contact element type and a contact element of the second contact element type, it is advantageous for the contact elements of the contact element pair to be one have a common bending joint section. Through such a design, the contact elements of the second contact element type are tracked by the wear-related readjustment movement of the contact elements of the first contact element to the peripheral surface of the shaft or the sleeve. Thus, a se- ready tracking device for delivering the contact elements of the second contact element type is not required.
Die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung kann Bestandteil eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug sein, beispielsweise ein Automatikgetriebe oder ein automatisiertes Getriebe mit mehreren Gangstufen. Das Getriebe weist eine Welle auf, welche in einem Gehäuse des Getriebes drehbar gelagert ist. Durch die Wellenerdungseinrich tung ist die Welle gegenüber dem Getriebegehäuse geerdet. Die Welle kann bei spielsweise eine Abtriebswelle des Getriebes sein. Das Getriebe kann eine elektri sche Maschine aufweisen, welche zum Antrieb der Welle eingerichtet ist. The proposed shaft grounding device can be part of a transmission for a motor vehicle, for example an automatic transmission or an automated transmission with multiple gears. The transmission has a shaft which is rotatably mounted in a housing of the transmission. The shaft is grounded to the gearbox housing by the shaft grounding device. The shaft can be an output shaft of the transmission for example. The transmission can have an electrical machine that is set up to drive the shaft.
Die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung kann Bestandteil einer elektrischen Achsantriebs-Einheit für ein Kraftahrzeug sein. Das Achsantriebs-Einheit weist eine Welle auf, welche in einem Gehäuse der Achsantriebs-Einheit drehbar gelagert ist. Durch die Wellenerdungseinrichtung ist die Welle gegenüber dem Gehäuse der Achsantriebs-Einheit geerdet. The proposed shaft grounding device can be part of an electric axle drive unit for a motor vehicle. The final drive unit has a shaft which is rotatably mounted in a housing of the final drive unit. The shaft is grounded to the housing of the final drive unit by the shaft grounding device.
Die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung kann Bestandteil einer elektrischen Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor sein. Der Rotor ist mit einer Rotorwelle gekoppelt. Die Rotorwelle ist durch die vorgeschlagene Wellenerdungseinrichtung gegenüber einem Gehäuse der elektrischen Maschine geerdet. The proposed shaft grounding device can be part of an electrical machine with a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor. The rotor is coupled to a rotor shaft. The rotor shaft is grounded with respect to a housing of the electrical machine by the proposed shaft grounding device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen: Exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 und Fig. 2 je einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs; 1 and 2 each show a drive train of a motor vehicle;
Fig. 3 eine elektrische Maschine; 3 shows an electrical machine;
Fig. 4 und Fig. 5 je eine Ansicht einer aus einem Gehäuse hervorragenden Welle; FIGS. 4 and 5 each show a view of a shaft protruding from a housing;
Fig. 6 zeigt eine Front-Ansicht einer Wellenerdungseinrichtung; sowie Fig. 7a bis Fig. 7c je eine Schnittansicht der Wellenerdungseinrichtung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug. Der Antriebs strang weist einen Verbrennungsmotor VM auf, dessen Ausgang mit einer Ein gangswelle GW1 eines Getriebes G verbunden ist. Eine Abtriebswelle GW2 des Ge triebes G ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden. Das Differentialgetriebe AG ist dazu eingerichtet, die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf An triebsräder DW des Kraftfahrzeugs zu verteilen. Das Getriebe G weist einen Radsatz RS auf, welcher zusammen mit in Fig. 1 nicht dargestellten Schaltelementen dazu eingerichtet ist verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 bereitzustellen. Der Radsatz RS ist von einem Ge häuse GG umschlossen, welches auch eine mit der Eingangswelle GW1 verbundene elektrische Maschine EM beherbergt. Die elektrische Maschine EM ist dazu einge richtet die Eingangswelle GW1 anzutreiben. Am Gehäuse GG ist ein Umrichter INV befestigt. Der Umrichter INV ist einerseits mit der elektrischen Maschine EM und an dererseits mit einer Batterie BAT verbunden. Der Umrichter INV dient zur Wandlung des Gleichstroms der Batterie BAT in einen zum Betrieb der elektrischen Maschine EM geeigneten Wechselstrom, und weist dazu mehrere Leistungshalbleiter auf. Die Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom erfolgt durch einen gesteuerten pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter. Fig. 6 shows a front view of a shaft grounding device; and FIGS. 7a to 7c each show a sectional view of the shaft grounding device. 1 schematically shows a drive train for a motor vehicle. The drive train has an internal combustion engine VM, the output of which is connected to an input shaft GW1 of a transmission G. An output shaft GW2 of the Ge gear unit G is connected to a differential gear AG. The differential gear AG is set up to distribute the power applied to the output shaft GW2 to drive wheels DW of the motor vehicle. The transmission G has a wheel set RS which, together with shifting elements not shown in FIG. 1, is set up to provide different transmission ratios between the input shaft GW1 and the output shaft GW2. The wheelset RS is surrounded by a housing GG, which also houses an electrical machine EM connected to the input shaft GW1. The electric machine EM is set up to drive the input shaft GW1. An inverter INV is attached to the housing GG. The converter INV is connected on the one hand to the electric machine EM and on the other hand to a battery BAT. The converter INV is used to convert the direct current from the battery BAT into an alternating current that is suitable for operating the electrical machine EM and has a number of power semiconductors for this purpose. The conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welcher im Ge gensatz zur in Fig. 1 dargestellten Ausführung ein rein elektrischer Antriebsstrang ist. Der Antriebsstrang weist eine elektrische Achsantriebs-Einheit EX auf. Die elektri sche Achsantriebs-Einheit EX umfasst eine elektrische Maschine EM, deren Leistung über einen Reduktionsradsatz RS2 und ein Differentialgetriebe AG auf Antriebsräder DW eines Kraftfahrzeugs übertragen werden. Ausgangswellen DS1 , DS2 des Diffe rentialgetriebes AG sind mit den Antriebsrädern DW verbunden. Die elektrische Ma schine EM, der Reduktionsradsatz RS2 und das Differentialgetriebe AG sind von ei nem Gehäuse GA umschlossen. Am Gehäuse GA ist ein Umrichter INV befestigt.Fig. 2 shows schematically a drive train for a motor vehicle, which is a purely electric drive train in Ge contrast to the embodiment shown in FIG. The drive train has an electric axle drive unit EX. The electric final drive unit EX includes an electric machine EM, the power of which is transmitted via a reduction gear set RS2 and a differential gear AG to drive wheels DW of a motor vehicle. Output shafts DS1, DS2 of the differential gear AG are connected to the drive wheels DW. The electrical machine EM, the reduction gear set RS2 and the differential gear AG are enclosed by a housing GA. An inverter INV is attached to the housing GA.
Der Umrichter INV ist einerseits mit der elektrischen Maschine EM und andererseits mit einer Batterie BAT verbunden. Der Umrichter INV dient zur Wandlung des Gleichstroms der Batterie BAT in einen zum Betrieb der elektrischen Maschine EM geeigneten Wechselstrom, und weist dazu mehrere Leistungshalbleiter auf. Die
Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom erfolgt durch einen gesteuerten pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter. The converter INV is connected on the one hand to the electrical machine EM and on the other hand to a battery BAT. The converter INV is used to convert the direct current from the battery BAT into an alternating current that is suitable for operating the electrical machine EM and has a number of power semiconductors for this purpose. the Conversion between direct current and alternating current takes place through controlled pulsed operation of the power semiconductors.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Antriebsstränge sind nur beispielhaft anzuse hen. The drive trains shown in FIGS. 1 and 2 are only to be seen as examples.
Durch den pulsartigen Betrieb der Leistungshalbleiter können elektromagnetische Störsignale entstehen, die beispielsweise im Antriebsstrang gemäß Fig. 1 in die Ab triebswelle GW2 oder im Antriebsstrang gemäß Fig. 2 in die Ausgangswellen DS1 , DS2 eingekoppelt werden. Durch die in Fig. 1 und Fig. 2 nicht dargestellte Lagerung der Abtriebswelle GW2, bzw. der Ausgangswellen DS1, DS2 sind diese jedoch ge genüber dem Gehäuse GG, bzw. dem Gehäuse GA elektrisch isoliert, da das Schmieröl im Inneren der Gehäuse GG, GA elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Somit können in die Abtriebswelle GW2, bzw. in die Ausgangswellen DS1 , DS2 eingekoppelte Störsignale nicht auf kurzem Weg in das Gehäuse GG, bzw. Ge häuse GA fließen, welches mit einer elektrischen Masse des Kraftfahrzeugs verbun den ist. Stattdessen gelangen die Störsignale durch elektromagnetische Abstrahlung zurück zur elektrischen Masse, wodurch andere elektronische Komponenten des Kraftfahrzeugs gestört werden können. Die aus dem Gehäuse GG, bzw. Gehäuse GA hervortretende Abtriebswelle GW2, bzw. Ausgangswellen DS1, DS2 können da bei eine Antenne bilden, welche die elektromagnetische Abstrahlung der Störsignale begünstigt. Due to the pulsed operation of the power semiconductors, electromagnetic interference signals can arise, which are coupled into the drive shaft GW2, for example in the drive train according to FIG. 1, or into the output shafts DS1, DS2 in the drive train according to FIG. Due to the bearing of the output shaft GW2, or the output shafts DS1, DS2, which is not shown in FIG. 1 and FIG. GA has electrically insulating properties. Thus, interference signals coupled into the output shaft GW2 or into the output shafts DS1, DS2 cannot flow over a short distance into the housing GG or housing GA, which is connected to an electrical ground of the motor vehicle. Instead, the interference signals get back to the electrical ground through electromagnetic radiation, as a result of which other electronic components of the motor vehicle can be disturbed. The output shaft GW2 or output shafts DS1, DS2 protruding from the housing GG or housing GA can form an antenna which promotes the electromagnetic radiation of the interference signals.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine EM2. Die elektri sche Maschine EM2 weist ein Gehäuse GE auf, welches einen Stator S und einen Rotor R aufnimmt. Der Stator S ist drehfest im Gehäuse GE fixiert. Der Rotor R ist mit einer Rotorwelle RW gekoppelt, wobei die Rotorwelle RW über zwei am Gehäuse GE abgestützte Wälzlager WL1 , WL2 drehbar gelagert ist. Ein Ende der Rotorwelle RW ragt aus dem Gehäuse GE hervor. An einem freiliegenden Abschnitt der Rotor welle RW ist eine Wellenerdungseinrichtung E vorgesehen. Zwischen dem Wälzlager WL2 und der Wellenerdungseinrichtung ist ein Dichtring DR2 vorgesehen. Die Wel lenerdungseinrichtung E stellt einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Ge häuse GE und der Rotorwelle RW her. Die Wellenerdungseinrichtung E weist dazu
Bürsten oder andere elektrisch leitfähige Kontaktelemente auf, welche auf einer Oberfläche der Rotorwelle RW schleifen. Über die Wellenerdungseinrichtung E kann ein Potentialunterschied zwischen dem Gehäuse GE und der Rotorwelle E abgebaut werden. Die Wälzlager WL1 , WL2 werden dadurch vor einem unkontrollierten Poten tialausgleich über die Wälzkörper der Wälzlager WL1 , WL2 geschützt. 3 shows a schematic view of an electrical machine EM2. The electrical cal machine EM2 has a housing GE which accommodates a stator S and a rotor R. The stator S is rotatably fixed in the housing GE. The rotor R is coupled to a rotor shaft RW, the rotor shaft RW being rotatably mounted via two roller bearings WL1, WL2 supported on the housing GE. One end of the rotor shaft RW protrudes from the housing GE. A shaft grounding device E is provided at an exposed portion of the rotor shaft RW. A sealing ring DR2 is provided between the roller bearing WL2 and the shaft grounding device. The shaft grounding device E establishes an electrically conductive contact between the housing GE and the rotor shaft RW. The shaft grounding device E indicates this Brushes or other electrically conductive contact elements that slide on a surface of the rotor shaft RW. A potential difference between the housing GE and the rotor shaft E can be reduced via the shaft grounding device E. The roller bearings WL1, WL2 are thereby protected against uncontrolled potential equalization via the roller bodies of the roller bearings WL1, WL2.
Fig. 4 zeigt eine Detail-Schnittansicht einer aus einem Gehäuse GH hervorragenden Welle W gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die in Fig. 4 dargestellte Welle W könnte beispielsweise die Abtriebswelle GW2 gemäß Fig. 1 , oder eine der Aus gangswellen DS1 , DS2 gemäß Fig. 2, oder die Rotorwelle RW gemäß Fig. 3 sein.FIG. 4 shows a detailed sectional view of a shaft W protruding from a housing GH according to a first exemplary embodiment. The shaft W shown in FIG. 4 could be, for example, the output shaft GW2 according to FIG. 1, or one of the output shafts DS1, DS2 according to FIG. 2, or the rotor shaft RW according to FIG.
Das Gehäuse GH könnte beispielsweise das Gehäuse GG gemäß Fig. 1 , das Ge häuse GA gemäß Fig. 2 oder das Gehäuse GE gemäß Fig. 3 sein. Die Welle W ist mehrteilig aufgebaut, und ist über ein Kugellager WL am Gehäuse GH gelagert. Das Kugellager WL befindet sich in einem Ölraum NR. Zur Abdichtung des Ölraums NR gegenüber einer Umgebung U ist ein Radialwellendichtring DR vorgesehen. An der Umgebungsseite des Radialwellendichtrings DR ist eine Wellenerdungseinrichtung E vorgesehen. Die Wellenerdungseinrichtung E ist mit dem Gehäuse GH mechanisch und elektrisch leitfähig verbunden. Dazu ist ein Halteelement EH vorgesehen, über welches die Wellenerdungseinrichtung E mechanisch und elektrisch mit dem Gehäu se GH verbunden ist. Das Halteelement EH ist in Fig. 4 nur abschnittsweise darge stellt. Kontaktelemente EK der Wellenerdungseinrichtung E bilden einen elektrisch leitfähigen Schleifkontakt K1 zu einer Umfangsfläche C der Welle W. Die Kontakte lemente EK sind zwischen dem Halteelement EH und einem Klemmring EZ fixiert, sodass die Kontaktelemente EK in Position gehalten werden. Die Kontaktelemente EK können beispielsweise durch Bürsten oder durch PTFE-Elemente mit elektrisch leifähigen Füllstoffen oder durch ein elektrisch leitfähiges Vlies gebildet sein. The housing GH could, for example, be the housing GG according to FIG. 1, the housing GA according to FIG. 2 or the housing GE according to FIG. The shaft W is made up of several parts and is mounted on the housing GH via a ball bearing WL. The ball bearing WL is located in an oil chamber NR. A radial shaft sealing ring DR is provided to seal off the oil chamber NR from an environment U. A shaft grounding device E is provided on the side surrounding the radial shaft seal DR. The shaft grounding device E is mechanically and electrically conductively connected to the housing GH. For this purpose, a holding element EH is provided, via which the shaft grounding device E is mechanically and electrically connected to the housin se GH. The holding element EH is shown in FIG. 4 only in sections. Contact elements EK of the shaft grounding device E form an electrically conductive sliding contact K1 to a peripheral surface C of the shaft W. The contact elements EK are fixed between the holding element EH and a clamping ring EZ, so that the contact elements EK are held in position. The contact elements EK can be formed, for example, by brushes or by PTFE elements with electrically conductive fillers or by an electrically conductive fleece.
Um den elektrisch leitfähigen Schleifkontakt K1 gegenüber der Umgebung U zu schützen ist ein Dichtring DX vorgesehen. Der Dichtring DX weist eine metallisches Strukturelement DX1 auf, welches von einem Elastomer DX2 umgeben ist. Der Dicht ring DX ist auf einen Außendurchmesser des Halteelements EH aufgepresst. Der Dichtring DX bildet einen zweiten Schleifkontakt K2 zur Welle W. Im Gegensatz zum Radialwellendichtring DR weist der Dichtring DX keine Feder zur Vorspannung des
Schleifkontakts K2 in Richtung der Welle W auf. Der Dichtring DX weist eine Lippe L1 und eine Lippe L2 auf. Der Schleifkontakt K2 des Dichtrings DX an der Welle W er folgt nur über die Lippe L2, sodass zwischen der Welle W und der Lippe L1 ein Spalt besteht. In order to protect the electrically conductive sliding contact K1 from the environment U, a sealing ring DX is provided. The sealing ring DX has a metallic structural element DX1, which is surrounded by an elastomer DX2. The sealing ring DX is pressed onto an outer diameter of the holding element EH. The sealing ring DX forms a second sliding contact K2 to the shaft W. In contrast to the radial shaft sealing ring DR, the sealing ring DX has no spring to preload the Sliding contact K2 in the direction of the shaft W. The seal ring DX has a lip L1 and a lip L2. The sliding contact K2 of the sealing ring DX on the shaft W only follows the lip L2, so that there is a gap between the shaft W and the lip L1.
Ein zusätzlicher Schutz des Schleifkontakts K1 erfolgt über die Dichtung DA, welche zwischen dem Gehäuse GH und dem Halteelement EH wirkt. Zur Aufnahme der Dichtung DA ist im Gehäuse GH eine entsprechende Nut vorgesehen. The sliding contact K1 is additionally protected by the seal DA, which acts between the housing GH and the holding element EH. A corresponding groove is provided in the housing GH to accommodate the seal DA.
Fig. 5 zeigt eine Detail-Schnittansicht einer aus einem Gehäuse GH hervorragenden Welle W gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die in Fig. 5 dargestell te Welle W könnte beispielsweise die Abtriebswelle GW2 gemäß Fig. 1 , oder eine der Ausgangswellen DS1, DS2 gemäß Fig. 2, oder die Rotorwelle RW gemäß Fig. 3 sein. Das Gehäuse GH könnte beispielsweise das Gehäuse GG gemäß Fig. 1 , das Gehäuse GA gemäß Fig. 2 oder das Gehäuse GE gemäß Fig. 3 sein. FIG. 5 shows a detailed sectional view of a shaft W protruding from a housing GH according to a second exemplary embodiment, which essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG. The shaft W shown in FIG. 5 could be, for example, the output shaft GW2 according to FIG. 1, or one of the output shafts DS1, DS2 according to FIG. 2, or the rotor shaft RW according to FIG. The housing GH could, for example, be the housing GG according to FIG. 1 , the housing GA according to FIG. 2 or the housing GE according to FIG. 3 .
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist auf der Welle W eine Hülse H angeordnet. Die Hülse H besteht beispielsweise aus Edelstahl, und bietet eine mechanisch und korrosiv widerstandsfähige Lauffläche für den Radialwellendichtring DR und die Kon taktelemente EK der Wellenerdungseinrichtung E. Der Schleifkontakt K2 des Dicht rings DX besteht weiterhin direkt zur Welle W, und nicht zur Umfangsfläche C der Hülse H. Der Schleifkontakt K2 erfolgt somit an einem kleineren Durchmesser als der Schleifkontakt K1. Bei einer derartigen Ausführung dient der Dichtring DX nicht zur zum Schutz des Schleifkontakts K1 vor Umwelteinflüssen, sondern auch zum Schutz vor einer korrosiven Unterwandung der Hülse H. Zwischen den Lippen L1 und L2 ist eine Fettfüllung F vorgesehen. In the exemplary embodiment according to FIG. 5, a sleeve H is arranged on the shaft W. The sleeve H is made of stainless steel, for example, and offers a mechanically and corrosively resistant running surface for the radial shaft sealing ring DR and the contact elements EK of the shaft grounding device E. The sliding contact K2 of the sealing ring DX is still direct with the shaft W and not with the peripheral surface C of the sleeve H. The sliding contact K2 is therefore on a smaller diameter than the sliding contact K1. In such an embodiment, the sealing ring DX is not used to protect the sliding contact K1 against environmental influences, but also to protect against corrosive underwalling of the sleeve H. A grease filling F is provided between the lips L1 and L2.
Fig. 6 zeigt eine Frontansicht der Wellenerdungseinrichtung E im Neuzustand. Darin ist deutlich zu erkennen, dass je zwei der Kontaktelemente EKzu einem Kontaktele ment-Paar EKP zusammengefasst sind. Jedes der Kontaktelemente EK ist am Hal teelement EH befestigt, wobei das Halteelement EH in Fig. 6 nur abschnittsweise dargestellt ist. Die Kontaktelemente EK umfassen zwei verschiedenartige Kontakte-
lement-Typen, nämlich einen ersten Kontaktelement-Typ EK1 und einen zweiten Kontaktelement-Typ EK2. Jedes der Kontaktelement-Paare EKP weist ein Kontakte lement des ersten Kontaktelement-Typs EK1 und ein Kontaktelement des zweiten Kontaktelements-Typs EK2 auf. Die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement- Typs EK1 weisen zwei Biege-Gelenk-Abschnitte G1, G2 auf. Die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs EK2 weisen nur einen Biege-Gelenk-Abschnitt auf, und zwar den Biege-Gelenk-Abschnitt G1 jenes Kontaktelements des ersten Kontak telement-Typs EK1, mit dem es zu dem Kontaktelement-Paar EKP zusammenge fasst ist. Die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs EK1 scheinen in der Ansicht gemäß Fig. 6 deutlich länger zu sein als die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs EK2. Tatsächlich ist der am Schleifkontakt K1 wirksame Innen durchmesser der Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs EK1 kleiner als der Innendurchmesser der Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs EK2. Die Länge der Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs EK1 entspricht je doch in etwa der Länge der Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs EK2. Dies wird durch die in Fig. 7a und Fig. 7b dargestellten Schnittansichten deutlich. 6 shows a front view of the shaft grounding device E when new. It can be clearly seen that two of the contact elements EK are combined to form a contact element pair EKP. Each of the contact elements EK is attached to the holding element EH, the holding element EH being shown in FIG. 6 only in sections. The contact elements EK include two different types of contacts lement types, namely a first contact element type EK1 and a second contact element type EK2. Each of the contact element pairs EKP has a contact element of the first contact element type EK1 and a contact element of the second contact element type EK2. The contact elements of the first contact element type EK1 have two flexible joint sections G1, G2. The contact elements of the second contact element type EK2 have only one flexible joint section, specifically the flexible joint section G1 of that contact element of the first contact element type EK1, with which it is combined to form the contact element pair EKP. In the view according to FIG. 6, the contact elements of the first contact element type EK1 appear to be significantly longer than the contact elements of the second contact element type EK2. In fact, the inside diameter of the contact elements of the first contact element type EK1 that is effective on the sliding contact K1 is smaller than the inside diameter of the contact elements of the second contact element type EK2. However, the length of the contact elements of the first contact element type EK1 corresponds approximately to the length of the contact elements of the second contact element type EK2. This becomes clear from the sectional views shown in FIGS. 7a and 7b.
Fig. 7a zeigt eine Schnittansicht eines Abschnitts der Wellenerdungseinrichtung E; die entsprechende Schnittebene ist in Fig. 6 als A-A gekennzeichnet. Der in Fig. 7a dargestellte Schnitt verläuft durch ein Kontaktelement des ersten Kontaktelement- Typs EK1. Fig. 7b zeigt eine weitere Schnittansicht eines Abschnitts der Wellener dungseinrichtung E; die entsprechende Schnittebene ist in Fig. 6 als B-B gekenn zeichnet. Der in Fig. 7b dargestellte Schnitt verläuft durch ein Kontaktelement des zweiten Kontaktelement-Typs EK2. Die Kontaktelemente EK beider Kontaktelement- Typen EK1, EK2 sind am Halteelement EH befestigt, und zwar mittels des Klemm rings EZ. Das Halteelement EH ist drehfest fixiert, wobei diese Fixierung in Fig. 7a und Fig. 7b nicht dargestellt ist. In den Schnittansichten gemäß Fig. 7a und Fig. 7b ist zudem die Umfangsfläche C der Welle W, bzw. der Hülse Z dargestellt. Fig. 7a shows a sectional view of a portion of the shaft grounding device E; the corresponding sectional plane is identified in Figure 6 as A-A. The section shown in FIG. 7a runs through a contact element of the first contact element type EK1. 7b shows another sectional view of a portion of the shaft earthing device E; the corresponding section plane is marked as B-B in Fig. 6. The section shown in FIG. 7b runs through a contact element of the second contact element type EK2. The contact elements EK of both contact element types EK1, EK2 are attached to the holding element EH by means of the clamping rings EZ. The holding element EH is fixed in a rotationally fixed manner, with this fixing not being shown in FIGS. 7a and 7b. In the sectional views according to FIGS. 7a and 7b, the peripheral surface C of the shaft W or of the sleeve Z is also shown.
Aus Fig. 7a ist ersichtlich, dass das Kontaktelement des ersten Kontaktelement-Typs EK1 an der Umfangsfläche C anliegt, und derart den Schleifkontakt K1 herstellt. It can be seen from FIG. 7a that the contact element of the first contact element type EK1 bears against the peripheral surface C and thus produces the sliding contact K1.
Fig. 7a zeigt die Wellenerdungseinrichtung E im Neuzustand, bzw. in einem Zustand mit noch geringem Verschleiß an den Kontaktelementen des ersten Kontaktelement-
Typs EK1. In einem derartigen Zustand der Wellenerdungseinrichtung E besteht ein Spalt zwischen der Umfangsfläche C und den Kontaktelementen des zweiten Kon taktelement-Typs EK2, wie in Fig. 7b dargestellt. 7a shows the shaft grounding device E when new, or in a condition with still little wear on the contact elements of the first contact element Type EK1. In such a state of the shaft grounding device E, there is a gap between the peripheral surface C and the contact elements of the second contact element type EK2, as shown in FIG. 7b.
Mit zunehmendem Verschleiß der Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs EK1 werden diese Kontaktelemente kürzer. Dies führt zu einer Relaxation an den Biege-Gelenk-Abschnitten G1 und G2. Dadurch verlagert sich die Laufspur des Schleifkontakts K1 an der Umfangsfläche C. In der Darstellung gemäß Fig. 7a verla gert sich die Laufspur des Schleifkontakts K1 nach rechts. Durch die verschleißbe dingte Relaxation an den Biege-Gelenk-Abschnitten G1 und G2 verändert sich auch die Winkellage an den Kontaktelementen des zweiten Kontaktelement-Typs EK2, sodass mit zunehmendem Verschleiß auch die Kontaktelemente des zweiten Kontak telement-Typs EK2 die Umfangsfläche C berühren, und derart zum Schleifkontakt K1 beitragen. With increasing wear of the contact elements of the first contact element type EK1, these contact elements become shorter. This leads to a relaxation at the flexural hinge sections G1 and G2. As a result, the running track of the sliding contact K1 is shifted on the peripheral surface C. In the illustration according to FIG. 7a, the running track of the sliding contact K1 is shifted to the right. Due to the wear-related relaxation on the bending joint sections G1 and G2, the angular position on the contact elements of the second contact element type EK2 also changes, so that with increasing wear the contact elements of the second contact element type EK2 also touch the peripheral surface C, and contribute in this way to the sliding contact K1.
Fig. 7c zeigt eine Überlagerung der beiden Schnittansichten gemäß Fig. 7a und Fig. 7b. Aus dieser Darstellung wird nochmals verdeutlicht, wie durch Verschleiß eine Relaxation in den Biege-Abschnitten G1 und G2 hervorgerufen wird, welche zu einer axialen Verlagerung des Schleifkontakt-Laufspur führt. Mit zunehmendem Verschleiß der Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs EK1 werden die Kontaktele mente des zweiten Kontaktelement-Typs EK2 immer weiter zur Umfangsfläche C nachgeführt, bis auch diese Kontaktelemente zum Schleifkontakt K1 beitragen. FIG. 7c shows an overlay of the two sectional views according to FIGS. 7a and 7b. This illustration once again makes it clear how wear causes a relaxation in the bending sections G1 and G2, which leads to an axial displacement of the sliding contact running track. With increasing wear of the contact elements of the first contact element type EK1, the contact elements of the second contact element type EK2 are tracked further and further to the peripheral surface C until these contact elements also contribute to the sliding contact K1.
Die in Fig. 7a und Fig. 7b dargestellte Ausführung der Wellenerdungseinrichtung E ist nur beispielhaft anzusehen. In einer alternativen Ausgestaltung könnten die Kontak telemente des zweiten Kontaktelement-Typs EK2 mit der gleichen Länge wie die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs EK1 ausgeführt werden. Bei einer derartigen Ausführung müssten die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement- Typs EK2 eine stärkere initiale Biegung aufweisen als die Kontaktelemente des ers ten Kontaktelement-Typs EK1. Die stärkere initiale Biegung könnte beispielsweise durch eine mechanische Vorbehandlung realisiert werden.
Bezuqszeichen The embodiment of the shaft grounding device E shown in FIGS. 7a and 7b is only to be regarded as an example. In an alternative embodiment, the contact elements of the second contact element type EK2 could be designed with the same length as the contact elements of the first contact element type EK1. In such an embodiment, the contact elements of the second contact element type EK2 would have to have a stronger initial bending than the contact elements of the first contact element type EK1. The stronger initial bending could be realized, for example, by mechanical pre-treatment. reference sign
VM Verbrennungsmotor VM internal combustion engine
EX Elektrische Achsantriebs-Einheit EX Electric final drive unit
G Getriebe G gear
GW1 Eingangswelle GW1 input shaft
GW2 Abtriebswelle GW2 output shaft
RS Radsatz RS wheelset
RS2 Reduktionsradsatz RS2 reduction gear set
EM Elektrische Maschine EM Electric Machine
INV Umrichter INV converter
BAT Batterie BAT battery
AG Differentialgetriebe AG differential gear
DS1 Ausgangswelle DS1 output shaft
DS2 Ausgangswelle DS2 output shaft
DW Antriebsrad DW drive wheel
GA Gehäuse GA housing
EM2 Elektrische Maschine EM2 Electric Machine
S Stator S stator
R Rotor R Rotor
RW Rotorwelle RW rotor shaft
WL1 Lager WL1 camp
WL2 Lager WL2 camp
DR2 Dichtring DR2 sealing ring
GE Gehäuse GE housing
W Welle W wave
H Hülse H sleeve
C Umfangsfläche C peripheral surface
GH Gehäuse GH housing
WL Lager WL camp
DR Radialwellendichtring DR radial shaft seal
NR Ölraum NR oil room
E Wellenerdungseinrichtung
EK Kontaktelement E shaft grounding device EK contact element
EK1 Erster Kontaktelement-TypEK1 First contact element type
EK2 Zweiter Kontaktelement-TypEK2 Second contact element type
EKP Kontaktelement-Paar EKP contact element pair
G1 Biege-Gelenk-AbschnittG1 flexural joint section
G2 Biege-Gelenk-AbschnittG2 bending joint section
K1 Erster Schleifkontakt K1 First sliding contact
EH Halteelement EH holding element
EZ Klemmring EZ clamping ring
DA Dichtung DA seal
U Umgebung U environment
DX Dichtring DX sealing ring
K2 Zweiter SchleifkontaktK2 Second sliding contact
DX1 Strukturelement DX1 structure element
DX2 Elastomer DX2 Elastomer
L1. L2 Lippe L1 L2 lip
F Fettfüllung
F fat filling
Claims
1 . Wellenerdungseinrichtung (E) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbin dung zwischen einer drehbaren Welle (W) und einem Gehäuse (GH), wobei die Wel lenerdungseinrichtung (E) mechanisch und elektrisch mit dem Gehäuse (GH) ver bunden ist und mehrere biege-elastische und elektrisch leitfähige Kontaktelemente (EK) aufweist, welche einen elektrisch leitenden Schleifkontakt (K1 ) zu einer Um fangsfläche (C) der Welle (W) oder einer auf die Welle (W) aufgebrachten Hülse (H) bilden, wobei die Kontaktelemente (EK) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie aufgrund ihrer eigenen Biege-Elastizität eine Vorspannung des Schleifkon takts (K1) bewirken, wobei die Kontaktelemente (EK) der Wellenerdungseinrichtung (E) zumindest zwei verschiedenartige Kontaktelement-Typen umfassen, nämlich ei nen ersten Kontaktelement-Typ (EK1 ) und einen zweiten Kontaktelement-Typ (EK2), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (EK) derart ausgestaltet sind, dass im Neuzustand der Wellenerdungseinrichtung (E) lediglich die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs (EK1) den Schleifkontakt (K1 ) bilden und zwischen den Kontaktelementen des zweiten Kontaktelement-Typs (EK2) und der Umfangsflä che (C) ein Spalt besteht, wobei die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement- Typs (EK2) erst dann zum Schleifkontakt (K1 ) beitragen, wenn die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs (EK1 ) hinreichend verschlissen sind. 1 . Shaft grounding device (E) for producing an electrically conductive connection between a rotatable shaft (W) and a housing (GH), the shaft grounding device (E) being mechanically and electrically connected to the housing (GH) and having a plurality of flexible and electrically conductive contact elements (EK) which form an electrically conductive sliding contact (K1) to a peripheral surface (C) of the shaft (W) or to a sleeve (H) applied to the shaft (W), the contact elements (EK) being such are arranged and designed such that they bring about a prestressing of the sliding contact (K1) due to their own bending elasticity, the contact elements (EK) of the shaft grounding device (E) comprising at least two different types of contact element, namely a first contact element type ( EK1) and a second contact element type (EK2), characterized in that the contact elements (EK) are designed such that when new the shaft grounding device (E) only the contact elements of the first contact element type (EK1) form the sliding contact (K1) and between the contact elements of the second contact element type (EK2) and the peripheral surface (C) there is a gap, the contact elements of the second contact element - Type (EK2) only contribute to the sliding contact (K1) when the contact elements of the first contact element type (EK1) are sufficiently worn.
2. Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs (EK1 ) eine andere Biege- Elastizität aufweisen als die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs (EK2). 2. Shaft grounding device (E) according to claim 1, characterized in that the contact elements of the first contact element type (EK1) have a different bending elasticity than the contact elements of the second contact element type (EK2).
3. Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs (EK2) eine höhere Biegestei figkeit aufweisen als die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs (EK1). 3. Shaft grounding device (E) according to claim 2, characterized in that the contact elements of the second contact element type (EK2) have a higher bending stiffness than the contact elements of the first contact element type (EK1).
4. Wellenerdungseinrichtung (E) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest zwei der Kontaktelemente (EK) zu einem Kontaktele ment-Paar (EKP) zusammengefasst sind, wobei das Kontaktelement-Paar (EKP) ein
Kontaktelement des ersten Kontaktelement-Typs (EK1 ) und ein Kontaktelement des zweiten Kontaktelement-Typs (EK2) aufweist. 4. Shaft grounding device (E) according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least two of the contact elements (EK) are combined to form a pair of elements Kontaktele (EKP), wherein the contact element pair (EKP). Contact element of the first contact element type (EK1) and a contact element of the second contact element type (EK2).
5. Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Kontaktelemente (EK) zu derartigen Kontaktelement-Paaren (EKP) zu sammengefasst sind. 5. Shaft grounding device (E) according to claim 4, characterized in that all contact elements (EK) are combined to form such contact element pairs (EKP).
6. Wellenerdungseinrichtung (E) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs (EK1) und die Kontaktelemente des zweiten Kontaktelement-Typs (EK2) eine unterschiedliche Anzahl von Biege-Gelenk-Abschnitten (G1, G2) aufweisen. 6. Shaft grounding device (E) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contact elements of the first contact element type (EK1) and the contact elements of the second contact element type (EK2) have a different number of flexible joint sections ( G1, G2).
7. Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente des ersten Kontaktelement-Typs (EK1) zwei Biege-Gelenk- Abschnitte (G1, G2) aufweisen, wobei die Kontaktelemente des zweiten Kontaktele ment-Typs (EK2) nur einen Biege-Gelenk-Abschnitt (G1 ) aufweist. 7. Shaft grounding device (E) according to claim 6, characterized in that the contact elements of the first contact element type (EK1) have two bending joint sections (G1, G2), the contact elements of the second contact element type (EK2) only has a flexible joint section (G1).
8. Wellenerdungseinrichtung (E) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Kontaktelemente (EK) zu einem Kontaktelement-Paar (EKP) zu sammengefasst sind, wobei das Kontaktelement-Paar (EKP) ein Kontaktelement des ersten Kontaktelement-Typs (EK1) und ein Kontaktelement des zweiten Kontaktele ment-Typs (EK2) aufweist, wobei die Kontaktelemente (EK) des Kontaktelement- Paares (EKP) einen gemeinsamen Biege-Gelenk-Abschnitt (G1) aufweisen. 8. Shaft grounding device (E) according to Claim 7, characterized in that at least two of the contact elements (EK) are combined to form a contact element pair (EKP), the contact element pair (EKP) being a contact element of the first contact element type (EK1 ) and a contact element of the second contact element type (EK2), wherein the contact elements (EK) of the contact element pair (EKP) have a common flexible joint section (G1).
9. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Wellenerdungsein richtung (E) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Erdung einer in einem Gehäuse (GG) des Getriebes (G) gelagerten Welle (GW2). 9. Transmission (G) for a motor vehicle, characterized by a shaft grounding device (E) according to one of claims 1 to 8 for grounding a housing (GG) of the transmission (G) mounted shaft (GW2).
10. Getriebe (G) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (GW2) eine Abtriebswelle des Getriebes (G) bildet.
10. Transmission (G) according to claim 9, characterized in that the shaft (GW2) forms an output shaft of the transmission (G).
11. Getriebe (G) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) aufweist, welche zum Antrieb der Welle (GW2) eingerichtet ist. 11. Transmission (G) according to claim 9 or claim 10, characterized in that the transmission (G) has an electric machine (EM) which is set up to drive the shaft (GW2).
12. Elektrische Achsantriebs-Einheit (EA) für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Wellenerdungseinrichtung (E) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Er dung einer in einem Gehäuse (GA) der Achsantriebs-Einheit (EA) gelagerten Welle (DS1 , DS2). 12. Electrical axle drive unit (EA) for a motor vehicle, characterized by a shaft grounding device (E) according to one of claims 1 to 8 for earthing a shaft (DS1, DS2) mounted in a housing (GA) of the axle drive unit (EA). ).
13. Elektrische Maschine (EM2) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehba ren Rotor (R), wobei der Rotor (R) mit einer Rotorwelle (RW) gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle (RW) in einem Gehäuse (GE) der elektrischen Maschine (EM2) gelagert ist, gekennzeichnet durch eine Wellenerdungseinrichtung (E) nach einem der An sprüche 1 bis 8 zur Erdung der Rotorwelle (RW).
13. Electrical machine (EM2) with a non-rotatable stator (S) and a rotatable rotor (R), the rotor (R) being coupled to a rotor shaft (RW), the rotor shaft (RW) in a housing (GE) of the electrical machine (EM2), characterized by a shaft grounding device (E) according to one of claims 1 to 8 for grounding the rotor shaft (RW).
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- 2022-05-06 WO PCT/EP2022/062269 patent/WO2022234079A1/en active Application Filing
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