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DE102024107729B4 - Erdungseinheit für relativ zueinander um eine gemeinsame Zentralachse verdrehbare Bauteile, Elektromotor mit dieser Erdungseinheit, Antriebsstrang mit diesem Elektromotor und Kraftfahrzeug mit diesem Antriebsstrang - Google Patents

Erdungseinheit für relativ zueinander um eine gemeinsame Zentralachse verdrehbare Bauteile, Elektromotor mit dieser Erdungseinheit, Antriebsstrang mit diesem Elektromotor und Kraftfahrzeug mit diesem Antriebsstrang

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Publication number
DE102024107729B4
DE102024107729B4 DE102024107729.8A DE102024107729A DE102024107729B4 DE 102024107729 B4 DE102024107729 B4 DE 102024107729B4 DE 102024107729 A DE102024107729 A DE 102024107729A DE 102024107729 B4 DE102024107729 B4 DE 102024107729B4
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DE
Germany
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contact surface
electric motor
contact
shaft element
grounding
Prior art date
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Active
Application number
DE102024107729.8A
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English (en)
Other versions
DE102024107729A1 (de
Inventor
Frank Schönstein
Veit Wackerbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Application granted granted Critical
Publication of DE102024107729B4 publication Critical patent/DE102024107729B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/40Structural association with grounding devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003Couplings; Details of shafts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/64Devices for uninterrupted current collection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

Erdungseinheit (1) für relativ zueinander um eine gemeinsame Zentralachse (2) verdrehbare Bauteile, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:- ein Wellenelement (3), welches um die Zentralachse (2) rotierbar ist;- einen Erdungsanschluss (4), welcher koaxial zu dem Wellenelement (3) angeordnet ist, wobei ein schleifender elektrisch-leitender Kontakt zwischen einer zu dem Wellenelement (3) zugeordneten Kontaktfläche (5) und einer zu dem Erdungsanschluss (4) zugeordneten Gegenkontaktfläche (6) gebildet ist,dadurch gekennzeichnet, dassder elektrisch-leitende Kontakt zwischen der Kontaktfläche (5) und der korrespondierenden Gegenkontaktfläche (6) von zumindest einem Durchmesservorsprung (7) gebildet ist und wobeider zumindest eine Durchmesservorsprung (7) von zumindest einer der folgenden Formausprägungen gebildet ist,einen Linienkontakt (8) der Kontaktfläche (5) ausbildend:- Stegform (9) mit axialer Haupterstreckung;- Gewindeform (10); und- Wellung (11) mit Wellenkamm (12) mit axialer oder geneigter Haupterstreckung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Erdungseinheit für relativ zueinander um eine gemeinsame Zentralachse verdrehbare Bauteile, einen Elektromotor mit einer solchen Erdungseinheit mit einer Zentralachse, einen Antriebsstrang mit einem solchen Elektromotor, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
  • Elektromotoren, insbesondere elektrische Traktionsmaschinen, werden während des Betriebes durch induzierte Wellenspannungen elektrisch aufgeladen. Zusätzlich können zirkulierende Hochfrequenz-Ströme in Elektromotoren hoher Leistungsklassen entstehen. Derartige Elektromotoren weisen einen Rotor sowie eine Rotorwelle auf, welche über (beispielsweise Wälz-) Lager in einem Motorgehäuse reibungsarm rotierbar gelagert sind. Aufgrund von elektrischen Entladungen beziehungsweise der zirkulierenden Hochfrequenz-Ströme, kann es zu einer Beschädigung der Lager kommen. Um dies zu vermeiden, ist ein Abbau dieses elektrischen Potenzials notwendig. Hierzu sind beispielsweise Lösungen mit Lamellenscheiben, wie in der DE 10 2018 208 823 A1 gezeigt, Erdungsbürsten nach der DE 10 2018 218 530 A1 oder radial wirkende Schleifelemente (Kohlebürsten), wie beispielsweise in der DE 10 2018 119 288 A1 offenbart, bekannt, um die Rotorwelle zu erden. Die bisher bekannten Lösungen beachten dabei nicht den Einfluss von (elektrisch-isolierender) Kühlflüssigkeit im Bereich der Rotorwelle, wobei deren Erdung beeinträchtigt wird.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
  • Die Erfindung betrifft eine Erdungseinheit für relativ zueinander um eine gemeinsame Zentralachse verdrehbare Bauteile, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
    • - ein Wellenelement, welches um die Zentralachse rotierbar ist;
    • - einen Erdungsanschluss, welcher koaxial zu dem Wellenelement angeordnet ist, wobei ein schleifender elektrisch-leitender Kontakt zwischen einer zu dem Wellenelement zugeordneten Kontaktfläche und einer zu dem Erdungsanschluss zugeordneten Gegenkontaktfläche gebildet ist.
  • Die Erdungseinheit ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch-leitende Kontakt zwischen der Kontaktfläche und der korrespondierenden Gegenkontaktfläche von zumindest einem Durchmesservorsprung gebildet ist.
  • Es wird im Folgenden auf die genannte Zentralachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
  • Hier ist eine Erdungseinheit vorgeschlagen, welche zum Ableiten einer elektrischen Aufladung oder Erden eines Wellenelements eingerichtet ist. Das Wellenelement ist zur Rotation um eine Zentralachse eingerichtet. Das Wellenelement ist in einer Ausführungsform die Rotorwelle eines Elektromotors oder mit dieser drehmomentfest verbunden.
  • Die Erdungseinheit umfasst weiterhin einen Erdungsanschluss, mittels welchem das Wellenelement elektrisch kontaktiert ist. Die Erdungseinheit ist koaxial zu dem Wellenelement, also zu der Zentralachse angeordnet.
  • Der für eine zuverlässige Erdung notwendige sichere elektrische Kontakt zu dem Wellenelement (beziehungsweise dessen Kontaktfläche für eine elektrische Kontaktierung) ist dabei mittels einer Gegenkontaktfläche hergestellt, welche dem Erdungsanschluss zugeordnet, beispielsweise von diesem (wie entsprechend bei der antagonistischen Kontaktfläche) einstückig gebildet oder mit diesem elektrisch leitend verbunden, ist.
  • Die Kontaktfläche und/oder die Gegenkontaktfläche sind aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, Stahl oder Aluminium beziehungsweise einer Legierung davon oder auch einem mit elektrisch-leitfähigem Zusatzwerkstoff durchsetzten Kunststoff, gebildet.
  • Die elektrische Kontaktierung aufseiten des Wellenelements erfolgt also mittels einer dem Wellenelement zugeordneten Kontaktfläche. Von diesen beiden antagonistischen Flächen ist ein schleifender elektrischer Kontakt ausgebildet, welcher von einer relativen Rotation ungestört bleibt.
  • In einer Ausführungsform sind die Kontaktfläche und die Gegenkontaktfläche für einen schleifenden elektrischen Kontakt in einer sogenannten trockenen Umgebung, also ohne beispielsweise umgewälzte Schmiermittel und/oder Kühlflüssigkeit, eingerichtet und entsprechend abriebarm, also verschleißfest zueinander ausgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktfläche und die Gegenkontaktfläche für einen schleifenden elektrischen Kontakt in einer nassen Umgebung eingerichtet. In einem Nassraum in einem Elektromotor wird ein schlecht elektrisch-leitfähiges Öl oder auch eine sogenannte dielektrische Flüssigkeit eingesetzt. Hierbei kann es zu einem Ausbilden eines Films zwischen den beiden antagonistischen Flächen kommen, womit eine elektrische Isolierung auftritt beziehungsweise eine elektrische Leitfähigkeit unzulässig stark beeinträchtigt wird. Eine zuverlässige Erdung ist damit nicht sicherstellbar.
  • Hier ist vorgeschlagen, dass der schleifende elektrische Kontakt nicht vollflächig, aber auch nicht von (weichen, aufschwimmenden) Borsten einer Kontaktbürste gebildet ist. Vielmehr ist hier ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden antagonistischen Flächen des Wellenelements und des Erdungsanschlusses mittels eines Durchmesservorsprungs gebildet. Damit ist erzielt, dass ein sich eventuell ausbildender Film einer elektrisch-isolierenden Flüssigkeit (bei einer nassen Anwendung) oder eine (beispielsweise elektrostatisch anhaftende) Ablagerung von elektrisch-isolierendem Abriebmaterial (vor allem bei einer trockenen Anwendung) den mechanischen Kontakt nicht stören kann. Vielmehr ist für eine zuverlässige Verdrängung des Films beziehungsweise des Abriebmaterials ein ausreichend großer Anpressdruck zwischen den beiden antagonistischen Flächen geschaffen und zugleich dieser Anpressdruck ausschließlich auf einem geringen Flächenanteil wirksam, sodass nur ein geringer (in der Regel in der jeweiligen Anwendung vernachlässigbarer) Reibungswiderstand erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reibungswiderstand nicht größer als bei einer konventionellen Lösung mit Kontaktbürste.
  • Bevorzugt sind zwei Durchmesservorsprünge, besonders bevorzugt drei oder mehr Durchmesservorsprünge, in Umfangsrichtung (bevorzugt äquidistant) auf der Kontaktfläche des Wellenelements oder auf der Gegenkontaktfläche des Erdungsanschlusses angeordnet.
  • Ein solcher Durchmesservorsprung ist derart ausgeführt, dass dieser, mittels des schleifenden Kontakts zu dem Erdungsanschluss beziehungsweise dessen Gegenkontaktfläche, eine Flüssigkeit oder Abriebmaterial in Rotationsrichtung verdrängt. Dabei ist aufgrund des Verdrängens also kein bis nur eine (auslegungsgemäß vernachlässigbar) geringe Menge an isolierendem Material zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche vorhanden und somit bleibt ein elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche (zumindest nahezu) ungestört. Eine elektrisch-isolierende Flüssigkeit oder Ablagerung hat somit keinen bis nur einen geringen elektrisch-isolierenden Einfluss auf den elektrischen Kontakt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform das Wellenelement rotatorisch fixiert ist, also im Betrieb steht, und der Erdungsanschluss zur Rotation um die Zentralachse eingerichtet ist, also im Betrieb koaxial um das Wellenelement rotiert. Alternativ ist dies umgekehrt. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform die Gegenkontaktfläche und alternativ die Kontaktfläche von dem Durchmesservorsprung gebildet ist.
  • Der zumindest eine Durchmesservorsprung ist von zumindest einer der folgenden Formausprägungen gebildet,
    welche einen Linienkontakt der Kontaktfläche ausbilden:
    • - Stegform mit axialer Haupterstreckung;
    • - Gewindeform; und
    • - Wellung mit Wellenkamm mit axialer oder geneigter Haupterstreckung.
  • Um die Verdrängung von isolierend wirkender Flüssigkeit in einer nassen Umgebung, beispielsweise Schmiermittel, und damit einen elektrischen Kontakt zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche sicherzustellen, ist hier vorgeschlagen, dass der Durchmesservorsprung eine der genannten und im Folgenden detaillierter ausgeführten und/oder ergänzten Liste von Formausprägungen aufweist. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier genannten Formausprägungen miteinander kombinierbar sind. Die Kontaktfläche oder die Gegenkontaktfläche weisen zumindest einen Durchmesservorsprung mit folgenden Formausprägungen auf.
  • In einer Ausführungsform ist der Durchmesservorsprung als eine Stegform mit axialer Haupterstreckung ausgeführt. Von einer solchen Stegform ist die Kontaktfläche des Wellenelements beziehungsweise die Gegenkontaktfläche des Erdungsanschlusses als Erhebungen aus einer Umfangsfläche ausgebildet. Damit ist die Gesamtfläche einer solchen Kontaktfläche beziehungsweise Gegenkontaktfläche, also Kontaktpaarung, reduziert. Infolge der reduzierten Fläche ist eine Verdrängung der Flüssigkeit auf beziehungsweise Benetzung von der antagonistischen Fläche der Kontaktpaarung vereinfacht und damit ein elektrischer Kontakt (ausreichend) sichergestellt, bevorzugt dauerhaft sichergestellt.
  • In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist der Durchmesservorsprung als Gewindeform ausgeführt, also als eine sich um die Zentralachse windende Erhebung mit einer Gewindesteigung in axialer Richtung ausgeführt. Die Gewindeform bietet neben dem elektrischen Kontakt zusätzlich den Vorteil, dass aufgrund der Gewindesteigung eine Flüssigkeit auf beziehungsweise eine Benetzung von der antagonistischen Fläche der Kontaktpaarung nicht in Umlaufrichtung verschoben, sondern bei einer im Gewindeverlauf (zumindest angenähert) durchgehend geschlossenen Ausführungsform der Erhebung in axialer Richtung ausgefördert wird.
  • Letzteres ist vorteilhaft bei einer sporadisch auftretenden Benetzung und/oder bei der Unterstützung eines Transports von Flüssigkeit. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform die Erhebung entlang des Gewindelaufs unterbrochen ist, beispielsweise um einen Transport und damit einen Rotationswiderstand gering zu halten.
  • In einer Ausführungsform ist sowohl eine Stegform mit axialer Haupterstreckung als auch eine Gewindeform vorgesehen, wobei bevorzugt die Gewindeform bei der Stegform unterbrochen ist, bevorzugt mit einem Abstand beziehungsweise auf Lücke.
  • In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist der Durchmesservorsprung als eine Wellung mit Wellenkamm mit axialer oder geneigter Haupterstreckung ausgeführt. Eine Wellung ist beispielsweise eine sinus-artige Ausgestaltung der Kontaktfläche oder der Gegenkontaktfläche, beispielsweise bei axialer Haupterstreckung entlang der Umlaufrichtung. Ein Wellenkamm mit axialer Haupterstreckung ist eine besondere Stegform mit axialer Haupterstreckung, wobei die Erhebung (also der Wellenkamm) hier (zumindest technisch angenähert) stetig zu den Seiten in Umlaufrichtung hin abfällt und der Wellenkamm eine entsprechende Rundung oder ein Plateau an den radialen Enden aufweist. Damit ist unter Umständen eine sanftere Einleitung der Verdrängungskräfte erzielbar.
  • Eine Wellung mit einem in geneigter Haupterstreckung verlaufenden Wellenkamm ist eine entsprechend besondere Gewindeform wie analog zur Stegform beschrieben. Insofern wird auf die vorhergehende Beschreibung betreffend die (zumindest technisch angenähert) stetige Steigung zu den Seiten (hier zur Tangente des Gewindegangs) verwiesen.
  • In allen Ausführungsformen ist von der jeweiligen Formausprägung ein Linienkontakt zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche gebildet. Ein Linienkontakt ist dabei ein Kontakt mit einer geringen Flächenausdehnung, welcher technisch angenähert einer Linie entspricht. Diese Linie hat also eine Haupterstreckung und eine geringe Ausdehnung quer dazu, bevorzugt eine technisch vernachlässigbare Querausdehnung. Die Richtung der Haupterstreckung ist dabei nach Bedarf ausgerichtet. Infolge des Linienkontakts ist der notwendige Druck zum Durchdringen einer Oberflächenspannung beziehungsweise der Viskosität der Flüssigkeit gering und damit auch der Reibungswiderstand unter Berücksichtigung einer Fertigungstoleranz und Montagetoleranz gering.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erdungseinheit vorgeschlagen, dass zumindest die Kontaktfläche des Wellenelements und/oder die Gegenkontaktfläche des Erdungsanschlusses aus einem Gleitlagerwerkstoff gebildet ist.
  • Um einen elektrischen Kontakt mit geringem Reibkoeffizienten und gleichzeitig guter Reibfestigkeit gegen Abrieb in dem schleifenden Kontakt sicherzustellen, ist hier vorgeschlagen, dass die Kontaktfläche des Wellenelements und/oder der Gegenkontaktfläche des Erdungsanschlusses aus einem Gleitlagerwerkstoff gebildet sind. Ein Gleitlagerwerkstoff ist gut elektrisch-leitend ausführbar. Beispielsweise ist der Gleitlagerwerkstoff aus oder umfassend Messing oder einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften (beispielsweise Polyamid), welcher mittels Einlagerung eines Zusatzwerkstoffs (beispielsweise Metallpartikel und/oder Kohlefasern) ausreichend elektrisch-leitfähig gestaltet ist. Dabei ist der Gleitlagerwerkstoff beispielsweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens (bevorzugt Auftragschweißen) auf das Wellenelement und/oder den Erdungsanschluss aufgetragen. Alternativ ist der Gleitlagerwerkstoff von einem separaten Bauelement, beispielsweise einer Hülse, gebildet.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erdungseinheit vorgeschlagen, dass die Kontaktfläche von einem als separates Bauelement ausgebildeten Kontaktring gebildet ist,
    wobei bevorzugt der Kontaktring aus einem Gleitlagerwerkstoff gebildet ist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform der hier vorgeschlagene Kontaktring nicht (wie zuvor genannt) als einfache Hülse ausgeführt ist, sondern weitere konstruktive Aufgaben erfüllt, wie beispielsweise Überbrückung eines radialen und/oder axialen Abstands, rotative Fixierung und/oder Aufnahme eines Lagerelements. Bevorzugt ist der Kontaktring für einen Toleranzausgleich eingerichtet.
  • Die Kontaktfläche ist hier als ein separater Kontaktring ausgebildet, wobei der Kontaktring auf dem Wellenelement angeordnet ist. Damit ist in einer Ausführungsform eine leichte Austauschbarkeit der Kontaktfläche nach einer vorbestimmten Lebensdauer geschaffen. In einer alternativen Ausführungsform ist mittels der Ausgestaltung als separates Bauelement eine unterschiedliche Materialpaarung zwischen dem Wellenelement und dem Kontaktring darstellbar. Beispielsweise ist das Wellenelement weniger reibfest als der Kontaktring ausführbar und damit kostengünstiger und/oder für die jeweilige Aufgabenstellung mechanisch vorteilhafter fertigbar als der Kontaktring. Alternativ oder zusätzlich ist bei einer Wartung somit die (gegebenenfalls verschlissene) Kontaktfläche mittels Austauschen des separaten Bauelements kostengünstig wiederaufbereitbar, sodass also mittels eines Austauschs ein ausreichend elektrisch-leitender Kontakt wiederhergestellt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktring aus einem Gleitlagerwerkstoff gebildet. Beispielsweise ist der Kontaktring aus oder umfassend Messing, Kupfer beziehungsweise eine Legierung oder einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften, wie beispielsweise Polyamid gefertigt.
  • Alternativ oder zusätzlich ist die Gegenkontaktfläche des Erdungsanschlusses ebenfalls als ein separates Bauelement gefertigt, sodass auch die Gegenkontaktfläche austauschbar ist und/oder unterschiedliche Materialien zwischen Erdungsanschluss und Gegenkontaktfläche darstellbar sind. Beispielsweise ist in dieser Ausführungsform die Gegenkontaktfläche des Erdungsanschlusses aus einem Gleitlagerwerkstoff ausgeführt. Insoweit wird auf die Beschreibung der Kontaktfläche analog verwiesen. Alternativ ist die Gegenkontaktfläche aus einem anderen Werkstoff, jedoch für eine besonders günstige Materialpaarung, ausgeführt, und zwar günstig hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Abriebfestigkeit und eines geringen Reibkoeffizienten.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erdungseinheit vorgeschlagen, dass der Kontaktring mit dem Wellenelement oder mit dem Erdungsanschluss rotatorisch gesichert, bevorzugt kraftschlüssig, verbunden ist.
  • Um ein relatives Rotieren des Kontaktrings auf dem Partner (also Wellenelement oder Erdungsanschluss) um die Zentralachse zu unterbinden, ist der Kontaktring auf dem jeweiligen Partner rotatorisch gesichert (bevorzugt rotatorisch fixiert). Bevorzugt ist die Verbindung kraftschlüssig und/oder formschlüssig ausgeführt. Beispielsweise ist der Kontaktring mittels Verstemmung, Verpressung, Verklemmung oder Verclippsung an das Wellenelement oder den Erdungsanschluss rotatorisch gesichert angebunden. Alternativ ist eine solche rotationsfeste Verbindung mittels beispielsweise einer Verzahnung, einer Passfeder oder einer Nut-Feder-Verbindung geschaffen. Alternativ oder zusätzlich ist der Kontaktring mittels einer stoffschlüssigen Verbindung wie beispielsweise Kleben, Löten oder Schweißen mit dem jeweiligen Partner rotatorisch gesichert verbunden.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erdungseinheit vorgeschlagen, dass in dem Wellenelement und/oder in dem Erdungsanschluss eine Durchlassöffnung vorgesehen ist.
  • Aufgrund der Notwendigkeit, einen sicheren elektrisch-leitenden Kontakt herzustellen, wird (beispielsweise vergleichbar mit einem Scheibenwischer auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs) ein eventuell vorliegende Flüssigkeit oder Benetzung der betreffenden antagonistischen Fläche von dem Durchmesservorsprung verdrängt. Aufgrund der Möglichkeit einer Nachführung von Flüssigkeit, beispielsweise in einem Elektromotor mittels einer Zuführlanze für ein Temperiermittel, ist bei der hier vorgeschlagenen Ausführungsform eine Anstauung von Flüssigkeit innerhalb der Erdungseinheit dadurch sicher unterbunden, dass zumindest eine Durchlassöffnung vorgesehen ist. Eine solche Durchlassöffnung ist beispielsweise mit der geometrischen Form eines Schlitzes oder einer Durchgangsbohrung ausgeführt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Elektromotor mit einer Zentralachse vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
    • - einen Stator mit einer Statorwicklung;
    • - ein Motorgehäuse zum Fixieren des Elektromotors in einer Einbausituation und/oder zum Aufnehmen des Stators;
    • - einen Rotor mit einem Rotorpaket und einer Rotorwelle, welcher zur Drehmomentübertragung mittels eines Magnetfelds des Stators um die Zentralachse rotierbar ist;
    • - ein Temperiersystem zum Zuführen eines flüssigen Temperiermittels zum Temperieren des Rotors und/oder des Stators,
    wobei zwischen der Rotorwelle und dem Motorgehäuse und/oder der Umgebung eine Erdungseinheit nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung angeordnet ist.
  • Der Elektromotor ist beispielsweise zumindest funktional konventionell ausgeführt, beispielsweise als permanenterregte oder fremderregte Synchronmaschine für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Meist wird ein solcher Elektromotor als fertige Baueinheit ausgeführt, welche in einem Motorgehäuse in einer Einbausituation fixiert ist. Ein solches Motorgehäuse ist beispielsweise zur Drehmomentabstützung (beispielsweise in einem Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs), zur Wärmeabgabe (mittels beispielsweise Rippen) und/oder zum mechanischen Verbinden mit einem Getriebegehäuse eingerichtet. Weiterhin ist das Motorgehäuse alleine oder zusätzlich zu den eben beschriebenen Aufgaben zur Aufnahme eines Stators eingerichtet.
  • In dem Motorgehäuse ist der Stator angeordnet, also gegen ein Drehmoment abgestützt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Motorgehäuse gegenüber dem Leistungsstrom in dem Stator (und/oder gegebenenfalls in dem Rotor) elektrisch isoliert ist. Das Motorgehäuse ist oftmals als Erdungsmasse (also als die Erde) geeignet, bevorzugt mit dem Fahrgestell beziehungsweise einem zu einer Transportzelle elektrisch isolierten Komponente des Fahrgestells elektrisch leitend verbunden. Der Stator umfasst zumindest eine Statorwicklung. Die Statorwicklung ist beispielsweise als Hairpin-Wicklung, Nadelwicklung oder konventionelle Spulenwicklung ausgeführt, wobei die Statorwicklung an außengenuteten, innengenuteten oder geschlossenen Polen des Stators angeordnet ist.
  • Im Zentrum des Stators ist ein Rotor vorgesehen, welcher mit einem Rotorpaket eine zu der Statorwicklung des Stators komplementäre Wicklung (beziehungsweise ein magnetisches Blechpaket) aufweist. Das Rotorpaket ist auf einer Rotorwelle zur Rotation um die Zentralachse eingerichtet. Mittels entsprechender Beschaltung des Stators (alternativ oder zusätzlich des Rotors) wird mittels magnetischer Induktion ein Magnetfeld innerhalb des Stators, eine Drehmomentübertragung um die Zentralachse des Elektromotors an dem Rotor erzeugt und über die Rotorwelle abgegeben.
  • Weiterhin ist hier ein Temperiersystem vorgeschlagen, das Temperiersystem ist zum Zuführen von flüssigem Temperiermittel eingerichtet. Aufgrund der hohen Ströme ist eine nicht vernachlässigbare Menge an Abwärme innerhalb des Motorgehäuses erzeugt, welche es aus dem Motorgehäuse auszubringen gilt. Mittels des Temperiermittels ist der Rotor und/oder der Stator temperierbar, sodass die Abwärme aus dem Motorgehäuse ausbringbar ist, wobei das Temperiermittel zur Aufnahme der Abwärme eingerichtet ist und somit als eine Wärmesenke fungiert. Es sei darauf hingewiesen, dass in manchen Betriebspunkten ein Erwärmen eines Elektromotors vorteilhaft ist. Dann ist das Temperiermittel dafür einsetzbar, also um als Wärmequelle Wärme an den Elektromotor abzugeben.
  • In einer Ausführungsform ist das Temperiermittel mittels des Temperiersystems in einem Wärmekreislauf mit einem Wärmetauscher mit der Umgebung oder einer größeren Wärmesenke als das Temperiermittel beispielsweise das Fahrgestell thermisch verbunden, sodass ein dauerhaftes Aufheizen des Temperiermittels innerhalb des Motorgehäuses bei Dauerbetrieb unterbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist das Temperiermittel beispielsweise in einem Vorratsbehälter in ausreichender Menge vorhanden.
  • Das Temperiermittel ist als guter elektrischer Isolator oftmals als dielektrisches Öl mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit ausgeführt, sodass Kurzschlüsse aufgrund von abriebbedingtem Verlust von Isolationsbeschichtungen an stromführenden Elementen des Elektromotors ausgeschlossen sind.
  • In einer Ausführungsform ist eine Flüssigkeit als Schmiermittel, meist ebenso als elektrisch schlecht leitendes Öl ausgeführt, für die Lagerung des Rotors vorgehalten oder umwälzend zugeführt. Das Motorgehäuse ist dafür zumindest in diesem Bereich als Nassraum ausgeführt. Innerhalb des Nassraums ist das Schmiermittel an mehreren oder allen Bauelementen verteilt.
  • Hier ist dafür vorgeschlagen, dass zwischen der Rotorwelle und dem Motorgehäuse und/oder der Umgebung die oben beschriebene Erdungseinheit angeordnet ist. Mittels dieser Erdungseinheit ist das Schmiermittel beziehungsweise Temperiermittel innerhalb des Motorgehäuse von der vorgesehenen Kontaktpaarung verdrängbar, sodass ein (schleifender) elektrischer Kontakt sichergestellt ist.
  • Für eine Erdung der Rotorwelle ist die Erdungseinheit (integriert in eine oder separat von einer Lagereinrichtung gebildet) vorgesehen. Das Wellenelement ist mit der Rotorwelle (elektrisch leitend) verbunden oder mit dieser einstückig gebildet, beispielsweise als Stege und/oder Wellung, gegebenenfalls mit einer Beschichtung mit einem elektrisch hoch leitfähigen Werkstoff (beispielsweise Kupfer oder Silber). Das Wellenelement und der Erdungsanschluss sind mit einem Bauteil in der Umgebung (beispielsweise des Fahrgestells eines Kraftfahrzeugs) oder mit dem Motorgehäuse elektrisch leitend verbunden oder in dieses integriert.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Elektromotors vorgeschlagen, dass der Erdungsanschluss von einer, bevorzugt stehenden, Zuführlanze für das Temperiermittel des Temperiersystems gebildet ist, und/oder das Wellenelement von der Rotorwelle gebildet ist.
  • Hier ist nun vorgeschlagen, dass eine Zuführlanze für das Zuführen des Schmiermittels beziehungsweise des Temperiermittels in das Motorgehäuse eingerichtet ist und zudem den Erdungsanschluss bildet. Die Zuführlanze ist in einer Ausführungsform konventionell als steife Zuführleitung ausgeführt und beispielsweise in das Temperiersystem integriert. Das Temperiermittel ist mittels der Zuführlanze an eine vorbestimmte Position innerhalb des Motorgehäuses in die Erdungseinheit zuführbar. Innerhalb der Erdungseinheit ist mittels der Zuführlanze die elektrische Verbindung des Wellenelements an eine Erdungsmasse darstellbar. Beispielsweise verbindet die Zuführlanze, mittels dessen Gegenkontaktfläche, das Wellenelement mit der Umgebung, sodass eine Erdung des Wellenelements ausführbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zuführlanze derart ausgeführt, dass diese steht, also nicht mit der Rotorwelle mitrotierend ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Zuführlanze fest stehend, koaxial zu dem ebenfalls stehenden, rotativ freien oder mit der Gegenseite mitrotierenden Wellenelement angeordnet.
  • Alternativ oder zusätzlich ist hier vorgeschlagen, dass das Wellenelement von der Rotorwelle gebildet ist. Beispielsweise ist das Wellenelement mittels einer Verzahnung elektrisch leitend mit der Rotorwelle verbunden oder einstückig von der Rotorwelle gebildet. Beispielsweise ist ein axiales Ende der Rotorwelle als Wellenelement ausgeführt. Somit ist sichergestellt, dass (trotz einer Benetzung der Rotorwelle (mit beispielsweise einem dielektrischen Temperiermittel) eine Erdung der Rotorwelle mittels der Erdungseinheit an dem Wellenelement sichergestellt ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest einen Elektromotor nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, zumindest einen Verbraucher und zumindest ein Getriebe, mittels welchem der zumindest eine Verbraucher mit dem Elektromotor drehmomentübertragend verbunden ist.
  • Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst zumindest einen Elektromotor gemäß der obigen Beschreibung, beispielsweise verbunden mit einer wiederaufladbaren Hochvoltbatterie für eine batterie-elektrische Leistungsstrom-Versorgung, welche zumindest in einem Hauptzustand die Drehmomentquelle eines Drehmomentflusses bildet. Weiterhin ist zumindest ein Verbraucher umfasst, beispielsweise Vortriebsräder eines Kraftfahrzeugs, welcher zumindest in einem Hauptzustand die Drehmomentsenke des Drehmomentflusses bildet. Zwischengeschaltet ist ein Getriebe, über welches der (bevorzugt gesamte radseitige) Drehmomentfluss geleitet ist. In und/oder bei dem Elektromotor und/oder in dem Getriebe ist zumindest eine Erdungseinheit vorgesehen, sodass ein Aufbauen einer elektrischen Spannung mit der Gefahr eines Spannungsüberschlags oder elektrische Störung von anderen Komponenten des Antriebsstrangs beziehungsweise seiner Umbauungsumgebung sicher unterbunden ist.
  • Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst einen Elektromotor beziehungsweise zumindest eine Erdungseinheit, mittels welcher eine elektrische Erdung auch in einer nassen Umgebung sichergestellt ist, mittels welcher dennoch eine hohe Drehzahl (beispielsweise bis zu 20 tausend U/min oder mehr) sowie eine ausreichend lange (wartungsfreie) Betriebsdauer für eine gewünschte Lebenszeit eines Elektromotors erzielbar ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend ein Fahrgestell, einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und zumindest ein Vortriebsrad, wobei an dem Fahrgestell der Antriebsstrang befestigt und das zumindest eine Vortriebsrad aufgehängt ist, und
    wobei das zumindest eine Vortriebsrad mit dem Elektromotor drehmomentübertragend verbunden ist,
    wobei bevorzugt die Rotorwelle des Elektromotors zu dem Fahrgestell geerdet ist.
  • Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein motorisiertes Zweirad. Das Kraftfahrzeug weist einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der vorhergehenden Beschreibung und ein Fahrgestell auf, wobei der Antriebsstrang in dem Fahrgestell befestigt (beispielsweise der Elektromotor drehmomentabgestützt) ist und bevorzugt mit diesem für eine Erdung elektrisch leitend verbunden ist. Das Fahrgestell ist somit eine Erdungsmasse und dazu bevorzugt zu einer Transportzelle (beispielsweise zum Aufnehmen von Personen oder Gütern) und anderen Kontaktbereichen (beispielsweise Tankstutzen und/oder elektrischer Ladeanschluss für eine Hochvoltbatterie) elektrisch isoliert. Das von dem zumindest einen Elektromotor abgebbare Drehmoment wird über das Getriebe an das zumindest eine Vortriebsrad (Verbraucher) abgegeben. Das hier bezeichnete Getriebe ist beziehungsweise umfasst ein (bevorzugt schaltbares) Übersetzungsgetriebe. Alternativ ist beziehungsweise umfasst das Getriebe beispielsweise ein festes Übersetzungsgetriebe (also mit unveränderbarer Übersetzung), ein Differential und/oder eine Rutschkupplung.
  • Das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang beziehungsweise zumindest eine Erdungseinheit, mittels welcher eine elektrische Erdung auch in einer nassen Umgebung sichergestellt ist, mittels welcher dennoch eine hohe Drehzahl (beispielsweise bis zu 20 tausend U/min oder mehr) sowie eine ausreichend lange (wartungsfreie) Betriebsdauer für eine gewünschte Lebenszeit eines Elektromotors erzielbar ist.
  • Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
    • 1: ein Elektromotor mit einer Erdungseinheit;
    • 2: in einer schematischen Schnittansicht eine Erdungseinheit in einer ersten Ausführungsform;
    • 3: in einer Querschnittansicht Erdungseinheit in einer ersten Ausführungsform;
    • 4: in einer Querschnittansicht Erdungseinheit in einer zweiten Ausführungsform;
    • 5: in einer schematischen Schnittansicht eine Erdungseinheit in einer dritten Ausführungsform; und
    • 6: in einer schematischen Draufsicht ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug.
  • In 1 ist ein Elektromotor 15 mit einer Erdungseinheit 1 in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. Der Elektromotor 15 umfasst einen Stator 16 und einen Rotor 19, welche rotierbar um eine Zentralachse 2 innerhalb eines Motorgehäuses 18 angeordnet sind. Der Rotor 19 umfasst ein magnetisch wirksames Rotorpaket 20, welches von einer Rotorwelle 21 gehalten ist, wobei die Rotorwelle rotierbar mittels einer Lageranordnung (mit hier zwei hier rein beispielhaft als Kugellager angedeutete Lagereinrichtungen 34) abgestützt ist. Mittels entsprechender Beschaltung des Stators 16 beziehungsweise dessen Statorwicklung 17 (alternativ oder zusätzlich des Rotors 19 mit dessen Rotorpakets 20) wird mittels magnetischer Induktion ein Magnetfeld und damit ein Drehmoment um die Zentralachse 2 des Elektromotors 15 an dem Rotor 19 erzeugt, welches über die Rotorwelle 21 abgebbar ist. Das Motorgehäuse 18 ist beispielsweise zur Drehmomentabstützung (beispielsweise in einem Fahrgestell 35 eines Kraftfahrzeugs 29), zur Wärmeabgabe (mittels beispielsweise Rippen) und/oder zum mechanischen Verbinden mit einem Getriebegehäuse eingerichtet. Die Rotorwelle 21 ist von einer Lageranordnung an dem Motorgehäuse 18 abgestützt, hier mittels der dargestellten zwei Lagereinrichtungen 34. Innerhalb der Rotorwelle 21 ist zudem eine Zuführlanze 24 angeordnet, wobei die Zuführlanze 24 hier neben der Zuführung von einem Temperiermittel gleichzeitig als Erdungsanschluss 4 ausgeführt ist
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist bei der darstellungsgemäß linken Lagereinrichtung 34 eine Erdungseinheit 1 vorgesehen, beispielsweise wie in 2 bis 5 dargestellt. Dabei ist die Erdungseinheit 1 derart angeordnet, dass die Zentralachse 2 der Erdungseinheit 1 mit der Zentralachse 2 des Elektromotors 15 kongruent sind. Die Erdungseinheit 1 ist hier zwischen einer Zuführlanze 24 und der Rotorwelle 21 angeordnet und umfasst ein rotorseitiges Wellenelement 3 (mit einem rein optional vorgesehenen Kontaktring 13) und einem Erdungsanschluss 4. Hierbei ist der elektrische Leitungspfad über die Erdungseinheit 1 klar von den Komponenten der Lagereinrichtungen 34 getrennt. Damit ist eine Funkenerosion in den Lagereinrichtungen 34 (vor allem an Laufflächen und Wälzkörpern) zuverlässig ausgeschlossen.
  • In 2 ist in einer schematischen Schnittansicht eine Erdungseinheit 1 in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Die Erdungseinheit 1 umfasst ein koaxial um die Zentralachse 2 angeordnetes Wellenelement 3 und radial innenseitig eine (hier rein optional vollständig umlaufende) Kontaktfläche 5 (hier rein optional an einem separat gebildeten und mit dem Wellenelement 3 rotatorisch fixierten Kontaktring 13 gebildet). Das Wellenelement 3 ist zur Rotation um die Zentralachse 2 eingerichtet, beispielsweise (wie in 1 gezeigt) mit einer Rotorwelle 21 rotatorisch fixiert verbunden. Koaxial radial innerhalb des Wellenelements 3 ist ein Erdungsanschluss 4 angeordnet. Der Erdungsanschluss 4 umfasst eine zur Kontaktfläche 5 antagonistische Gegenkontaktfläche 6, welche in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise als eine zu der Zentralachse 2 koaxial-kreisrunde Oberfläche ausgebildet ist. Die Kontaktfläche 5 hingegen weist einen Durchmesservorsprung 7 (bevorzugt eine Mehrzahl von Durchmesservorsprüngen 7) auf. Beispielsweise ist der gezeigte Durchmesservorsprung 7 in einer Stegform 9 ausgebildet. Aufgrund der reduzierten Fläche der Kontaktpaarung 30 aus Kontaktfläche 5 und Gegenkontaktfläche 6 ist auch bei einer Benetzung der Kontaktpaarung 30 beziehungsweise bei durchlaufender (schlecht elektrisch-leitender) Flüssigkeit permanenter schleifender elektrisch-Leitender Kontakt zwischen dem Wellenelement 3 und dem Erdungsanschluss 4 sichergestellt und damit ein elektrischer Widerstand gering. Somit ist eine zuverlässige Erdung über diese Kontaktpaarung 30 sichergestellt.
  • Die Kontaktfläche 5 und die Gegenkontaktfläche 6 sind beispielsweise aus einem Gleitlagerwerkstoff gefertigt. Die Gegenkontaktfläche 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein, bevorzugt austauschbarer, Kontaktring 13 ausgeführt. Die Durchmesservorsprünge 7 sind derart ausgeführt, dass diese im Betrieb mit der Kontaktfläche 5 des Wellenelements 3 die Kontaktpaarung 30 ausbilden, mit bevorzugt einem Linienkontakt 8 (vergleiche 3).
  • In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Erdungsanschluss 4 (rein optional) eine Durchlassöffnung 14, welche zum Abführen von einer Flüssigkeit (beispielsweise einem Temperiermittel) aus der Erdungseinheit 1 heraus eingerichtet ist (vergleiche hierzu 3). In dieser Darstellung ist eine Schnittachse 33 durch die Durchlassöffnung 14 eingezeichnet. Die Schnittansicht durch die Schnittachse 33 ist in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • In 3 ist in einer Querschnittansicht Erdungseinheit 1, beispielsweise gemäß 2, in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Es wird rein beispielhaft auf die dortige Beschreibung verwiesen. Hier und in den anderen Beispielen wird für die Übersichtlichkeit stets der äußere Ring als Wellenelement 3 und die innere Komponente als Erdungsanschluss 4 bezeichnet. Es sei aber darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung für den äußeren Ring als Wellenelement 3 und die innere (hier kreisrunde) Komponente als Erdungsanschluss 4 auch umkehrbar ist, beispielsweise mit der Rotorwelle 21 als (radial-inneres) Wellenelement 3 und dem Erdungsanschluss 4 als gehäuseseitige (stehende) Komponente, beispielsweise in der Bohrung in einem Motorgehäuse 18 für eine Lagereinrichtung 34 (vergleiche 1). Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass in beiden Fällen ein Durchmesservorsprung 7 von dem radial-äußeren (vergleiche 2 und hier) oder einem radial-inneren (vergleiche 4 und 5) Bauteil gebildet ist und/oder von einem (rein optional vorgesehenen) Kontaktring 13 oder aus dem vollen Material der jeweiligen Komponente.
  • Hier ist die Ausbildung der Kontaktpaarung 30 über einen Linienkontakt 8 zwischen den (hier rein optional drei) Durchmesservorsprüngen 7 an der Kontaktfläche 5 und der antagonistischen Gegenkontaktfläche 6 gut zu erkennen. Unten in der Darstellung ist die (rein optional vorgesehene) Durchlassöffnung 14 zu erkennen, bevorzugt im Einsatz (und gegebenenfalls in einem Hauptzustand bei einer mobilen Anwendung, wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 29) im Erdschwerefeld zum passivunterstützten Abfließen von einer Flüssigkeit unten angeordnet.
  • In 4 ist in einer Querschnittansicht Erdungseinheit 1, beispielsweise gemäß 2, in einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Es wird auch hier rein beispielhaft auf die dortige Beschreibung verwiesen. Die Erdungseinheit 1 ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit weitestgehend mit der Erdungseinheit 1 nach 3 identisch und insoweit wird auf die dortige Beschreibung verwiesen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen.
  • Hier sind eine Mehrzahl von Durchmesservorsprüngen 7 vorgesehen, wobei diese an der Gegenkontaktfläche 6 gebildet sind, wobei also die antagonistische Kontaktfläche 5 zu der Zentralachse 2 für eine dauerhaft schleifende, zuverlässig elektrisch-leitende Kontaktpaarung 30 kreisrund gebildet ist. Zudem sind (unabhängig davon) die Durchmesservorsprünge 7 als Wellung 11 ausgeführt, also eine besondere Stegform 9, wobei bevorzugt auch hier jeweils von dem Wellenkamm 12 ein Linienkontakt 8 zur antagonistischen Kontaktfläche 5 ausgebildet ist. Unabhängig davon sind hier zwei (rein optional diametral gegenüberliegend, sowie unten und oben angeordnet) Durchlassöffnungen 14 vorgesehen.
  • In 5 ist in einer schematischen Schnittansicht (wie in 2) eine Erdungseinheit 1 in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Beispielsweise ist die gezeigte Ausführungsform ähnlich der Ausführungsform gemäß 4 (beispielsweise gemäß der eingezeichneten Schnittachse 33) und insoweit wird auf die dortige Beschreibung verwiesen. Hierbei sind die Durchmesservorsprünge 7 nicht zwangsläufig als Wellung 11 ausgeführt. Hier sind die Durchmesservorsprünge 7 ähnlich oder gleich einer Gewindeform 10 ausgeführt.
  • In 6 ist in einer schematischen Draufsicht ein Antriebsstrang 25 in einem Kraftfahrzeug 29 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 29 weist eine Transportzelle 31 (beispielsweise für menschliche Insassen) auf, welche entlang der Längsachse 32 (entlang der Hauptfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 29) und ein Elektromotor 15 des Antriebsstrangs 25 ist vor der Transportzelle 31 sowie dessen Zentralachse 2 quer zu der Längsachse 32 ausgerichtet. Das Kraftfahrzeug 29 weist ein Fahrgestell 35 auf, von welchem hier eine Erdungssenke (also Umgebung 23) gebildet ist. Die Transportzelle 31 ist bevorzugt hin zu den Insassen des Kraftfahrzeugs 29 von dem Fahrgestell 35 elektrisch isoliert gebildet. Der Elektromotor 15 ist über seine Rotorwelle 21 mit einem Getriebe 28 drehmomentübertragend verbunden. Mittels des Elektromotors 15 wird somit ein Drehmoment für den Antriebsstrang 25 abgegeben. Es ist aber auch ein Drehmoment aufnehmbar, beispielsweise mittels Rekuperation von Bremsenergie. Ausgangsseitig ist das Getriebe 28 mit einem rein schematisch dargestellten Abtrieb verbunden, sodass hier ein linkes Vortriebsrad 36 und ein rechtes Vortriebsrad 37 mit einem Drehmoment von dem Elektromotor 15 mit veränderbarer Übersetzung versorgbar sind. Die Rotorwelle 21 ist mittels einer Erdungseinheit 1 einfach und sicher mit einer Erdungssenke, beispielsweise dem Motorgehäuse 18 und darüber mit dem Fahrgestell 35 oder unmittelbar mit dem Fahrgestell 35, elektrisch-leitend verbunden. Der Elektromotor 15 ist dazu beispielsweise wie in 1 gezeigt mit einer Erdungseinheit 1 ausgestattet.
  • Der Elektromotor 15 ist mittels eines Temperiersystem 22 direkt gekühlt, sodass das Temperiersystem 22 mit dem Elektromotor 15 fluidisch verbunden ist. Das Motorgehäuse 18 bildet dabei eine Nasszelle aus, sodass ein Temperiermittel des Temperiersystems 22 den Elektromotor 15 von innen temperiert. Mittels der Erdungseinheit 1 nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ist zum Erden ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Elektromotor 15 und der Rotorwelle 21 gebildet, und somit ein zuverlässiger Schutz gegen Funkenerosion an der Lageranordnung des Elektromotors 15 gebildet.
  • Mit der hier vorgeschlagenen Erdungseinheit ist eine zuverlässige elektrische Erdung auch in einer nassen Umgebung dauerhaft sichergestellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Erdungseinheit
    2
    Zentralachse
    3
    Wellenelement
    4
    Erdungsanschluss
    5
    Kontaktfläche
    6
    Gegenkontaktfläche
    7
    Durchmesservorsprung
    8
    Linienkontakt
    9
    Stegform
    10
    Gewindeform
    11
    Wellung
    12
    Wellenkamm
    13
    Kontaktring
    14
    Durchlassöffnung
    15
    Elektromotor
    16
    Stator
    17
    Statorwicklung
    18
    Motorgehäuse
    19
    Rotor
    20
    Rotorpaket
    21
    Rotorwelle
    22
    Temperiersystem
    23
    Umgebung
    24
    Zuführlanze
    25
    Antriebsstrang
    26
    Verbraucher
    27
    Verbraucher
    28
    Getriebe
    29
    Kraftfahrzeug
    30
    Kontaktpaarung
    31
    Transportzelle
    32
    Längsachse
    33
    Schnittachse
    34
    Lagereinrichtung
    35
    Fahrgestell
    36
    Vortriebsrad
    37
    Vortriebsrad

Claims (9)

  1. Erdungseinheit (1) für relativ zueinander um eine gemeinsame Zentralachse (2) verdrehbare Bauteile, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - ein Wellenelement (3), welches um die Zentralachse (2) rotierbar ist; - einen Erdungsanschluss (4), welcher koaxial zu dem Wellenelement (3) angeordnet ist, wobei ein schleifender elektrisch-leitender Kontakt zwischen einer zu dem Wellenelement (3) zugeordneten Kontaktfläche (5) und einer zu dem Erdungsanschluss (4) zugeordneten Gegenkontaktfläche (6) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch-leitende Kontakt zwischen der Kontaktfläche (5) und der korrespondierenden Gegenkontaktfläche (6) von zumindest einem Durchmesservorsprung (7) gebildet ist und wobei der zumindest eine Durchmesservorsprung (7) von zumindest einer der folgenden Formausprägungen gebildet ist, einen Linienkontakt (8) der Kontaktfläche (5) ausbildend: - Stegform (9) mit axialer Haupterstreckung; - Gewindeform (10); und - Wellung (11) mit Wellenkamm (12) mit axialer oder geneigter Haupterstreckung.
  2. Erdungseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei zumindest die Kontaktfläche (5) des Wellenelements (3) und/oder die Gegenkontaktfläche (6) des Erdungsanschlusses (4) aus einem Gleitlagerwerkstoff gebildet ist.
  3. Erdungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktfläche (5) von einem als separates Bauelement ausgebildeten Kontaktring (13) gebildet ist, wobei bevorzugt der Kontaktring (13) aus einem Gleitlagerwerkstoff gebildet ist.
  4. Erdungseinheit (1) nach Anspruch 3, wobei der Kontaktring (13) mit dem Wellenelement (3) oder mit dem Erdungsanschluss (4) rotatorisch gesichert, bevorzugt kraftschlüssig, verbunden ist.
  5. Erdungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Wellenelement (3) und/oder in dem Erdungsanschluss (4) eine Durchlassöffnung (14) vorgesehen ist.
  6. Elektromotor (15) mit einer Zentralachse (2), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - einen Stator (16) mit einer Statorwicklung (17); - ein Motorgehäuse (18) zum Fixieren des Elektromotors (15) in einer Einbausituation und/oder zum Aufnehmen des Stators (16); - einen Rotor (19) mit einem Rotorpaket (20) und einer Rotorwelle (21), welcher zur Drehmomentübertragung mittels eines Magnetfelds des Stators (16) um die Zentralachse (2) rotierbar ist; - ein Temperiersystem (22) zum Zuführen eines flüssigen Temperiermittels zum Temperieren des Rotors (19) und/oder des Stators (16), wobei zwischen der Rotorwelle (21) und dem Motorgehäuse (18) und/oder der Umgebung (23) eine Erdungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
  7. Elektromotor (15) nach Anspruch 6, wobei der Erdungsanschluss (4) von einer, bevorzugt stehenden, Zuführlanze (24) für das Temperiermittel des Temperiersystems (22) gebildet ist, und/oder das Wellenelement (3) von der Rotorwelle (21) gebildet ist.
  8. Antriebsstrang (25), aufweisend zumindest einen Elektromotor (15) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, zumindest einen Verbraucher (26,27) und zumindest ein Getriebe (28), mittels welchem der zumindest eine Verbraucher (26,27) mit dem Elektromotor (15) drehmomentübertragend verbunden ist.
  9. Kraftfahrzeug (29), aufweisend ein Fahrgestell (35), einen Antriebsstrang (25) nach Anspruch 8 und zumindest ein Vortriebsrad (36,37), wobei an dem Fahrgestell (35) der Antriebsstrang (25) befestigt und das zumindest eine Vortriebsrad (36,37) aufgehängt ist, und wobei das zumindest eine Vortriebsrad (36,37) mit dem Elektromotor (15) drehmomentübertragend verbunden ist, wobei bevorzugt die Rotorwelle (21) des Elektromotors (15) zu dem Fahrgestell (35) geerdet ist.
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DE102018208823A1 (de) * 2018-06-05 2019-12-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kontaktierelement zur elektrischen Kontaktierung einer Welle einer elektrischen Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, elektrische Antriebseinheit sowie Kraftfahrzeug
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