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DE102023203876A1 - Erdungseinsatz zur Erdung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine - Google Patents

Erdungseinsatz zur Erdung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine Download PDF

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DE102023203876A1
DE102023203876A1 DE102023203876.5A DE102023203876A DE102023203876A1 DE 102023203876 A1 DE102023203876 A1 DE 102023203876A1 DE 102023203876 A DE102023203876 A DE 102023203876A DE 102023203876 A1 DE102023203876 A1 DE 102023203876A1
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DE
Germany
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sleeve
grounding
bearing
rotor shaft
contact structure
Prior art date
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DE102023203876.5A
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English (en)
Inventor
Mario Mohler
Christoph Steinmetz
Patrick Sutter
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Publication date
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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
    • 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
    • H01R39/643Devices for uninterrupted current collection through ball or roller bearing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdungseinsatz (1) zur Erdung einer Rotorwelle (2) einer elektrischen Maschine (3),
- mit einem hülsenförmigen Kontaktkörper (4) aus Metall,
- mit einer Kontaktstruktur (5) aus Metall, die in dem hülsenförmigen Kontaktkörper (4) angeordnet und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist.
Hierdurch kann ein mechanisch äußerst stabiler und zugleich elektrisch gut leitender Erdungseinsatz (1) geschaffen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdungseinsatz zur Erdung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft außerdem eine Rotorwelle mit einem solchen Erdungseinsatz sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Rotorwelle.
  • Aus der DE 10 2020 110 415 A1 ist eine Anordnung zur Erdung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine bekannt, umfassend eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle mit einem innerhalb der Rotorwelle angeordneten Wellenerdungssitz, der über eine Kontaktfläche in elektrischem Kontakt mit einer Kohlebürste steht. Der Wellenerdungssitz ist dabei aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet, wodurch größere Fertigungstoleranzen akzeptierbar sind und dadurch die Anordnung insgesamt kostengünstiger herstellbar sein soll.
  • Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Rotorwelle ist jedoch, dass ein derartiger elektrisch leitfähiger Kunststoff aufgrund der in einer elektrischen Maschine herrschenden Beanspruchungen, wie beispielsweise axialen Lasten, chemischen Angriffen aus eingesetzten Kühlmedien sowie einem hohen Temperaturbereich, in seiner Einsatzfähigkeit begrenzt ist.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, einen Erdungseinsatz bereitzustellen, mittels welchem insbesondere die bezüglich einer Erdung einer Rotorwelle aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden können.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Komponenten eines Erdungseinsatzes zur Erdung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine hauptsächlich aus Metall, insbesondere aus Stahl, auszubilden, da Metall einerseits eine gute elektrische Leitfähigkeit und andererseits eine hohe Beständigkeit gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen, aufweist. Der erfindungsgemäße Erdungseinsatz besitzt dabei einen hülsenförmigen Kontaktkörper aus Metall sowie eine Kontaktstruktur aus Metall, die in dem hülsenförmigen Kontaktkörper angeordnet und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Durch die im Vergleich zu dem im Stand der Technik verwendeten elektrisch leitfähigen Kunststoff deutlich verbesserte elektrische Leitfähigkeit von Metall, z.B. einem Stahlwerkstoff, ist es auch möglich, das Risiko einer eingeschränkten elektrischen Kontaktierung mit der Rotorwelle, beispielsweise durch während der Wellenfertigung nicht vollständig entfernte Verschmutzungen, aufgebrachte Korrosionsschutzmittel, Oberflächenungenauigkeiten und während des Betriebs der elektrischen Maschine gegebenenfalls eindringendem Kühlmedium selbst bei geringerer Kontaktierung zu reduzieren. Durch die höhere Festigkeit und Steifigkeit von Metall im Vergleich zu elektrisch leitfähigem Kunststoff können auch eine insgesamt höhere Steifigkeit des Erdungseinsatzes sowie eine höhere erreichbare Kontaktpressung zwischen den einzelnen Komponenten, beispielsweise der Kontaktstruktur, dem hülsenförmigen Kontaktkörper und dem Erdungseinsatz in der (hohlen) Rotorwelle erreicht werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit und damit die Erdung ebenfalls deutlich verbessert werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, besitzt der erfindungsgemäße Erdungseinsatz ein in dem hülsenförmigen Kontaktkörper angeordnetes Lager mit einer drehfest mit dem hülsenförmigen Kontaktkörper verbundenen Außenschale und einer drehbar hierzu gelagerten Innenschale, wobei an dieser Innenschale ein elektrisches Kontaktelement angeordnet sein kann, vorzugsweise ist, das gegen die Kontaktstruktur vorgespannt und elektrisch leitend mit dieser verbunden ist. Mit dieser Ausführungsform ist es somit möglich, unabhängig von den im Betrieb einer elektrischen Maschine auftretenden mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen eine zuverlässige elektrische Erdung der Rotorwelle zu erreichen. Das Lager kann prinzipiell aber auch an einer anderen Stelle in der Rotorwelle vor dem Erdungseinsatz positioniert werden, sofern ein zusätzliches Bauteil zur Führung und Positionierung der Kohlebürste eingesetzt wird.
  • Zweckmäßig ist an der Innenschale des Lagers eine Fläche zur Kontaktierung durch ein elektrisches Kontaktelement angeordnet, das gegen die Kontaktstruktur vorgespannt und elektrisch leitend mit dieser verbunden ist.
  • Üblicherweise sind das Lager und das elektrische Kontaktelement kein Bestandteil des Lieferumfanges „Erdungseinsatz“, sondern werden nach erfolgtem Einpressen und Bearbeitung desselben in der Rotorwelle erst montiert werden. Unter Umständen kommt das elektrische Kontaktelement erst beim Zusammenbau von Getriebe und E-Maschine (Traktionsmotor) in Kontakt mit dem Erdungseinsatz.
  • Der Erdungseinsatz kann dabei auch als vorgefertigte Baugruppe ausgebildet sein, wodurch sich der Einbau in die hohle Rotorwelle deutlich vereinfacht, da der Erdungseinsatz in diesem Fall als ein Teil in der hohlen Rotorwelle platziert und fixiert werden kann.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Erdungseinsatzes ist an der Innenschale ein elektrisches Kontaktelement angeordnet, das gegen die Kontaktstruktur vorgespannt, elektrisch leitend mit dieser verbunden ist und eine Kohlebürste aufweist. Kohlebürsten dienen in bekannter Weise zur Stromübertragung an bewegliche Teile, aber auch in umgekehrter Weise von einer Rotorwelle zu einem Erdleiter. Die Kohlebürste stellt dabei einen schleifenden Gleitkontakt her und kann beispielsweise durch metallische Komponenten, wie insbesondere Kupfer, Silber oder Molybdän, angereichert sein. Kohlebürsten bestehen üblicherweise aus Graphit. Kohlebürsten werden darüber hinaus bereits langjährig eingesetzt und sind demzufolge nicht nur äußerst zuverlässig, sondern auch kostengünstig einsetzbar. Die Kohlebürste ist üblicherweise nicht Bestandteil des Erdungseinsatzes, sondern wird als ein den Erdungseinsatz kontaktierendes Bauteil zur Ableitung indizierter Störströme benötigt.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Erdungseinsatzes ist das Lager als Kugellager, als Gleitlager oder als Nadellager ausgebildet. Besonders die Ausbildung des Lagers als Kugellager oder als Nadellager ermöglicht eine äußerst leichtgängige Lagerung des beim Betrieb der elektrischen Maschine rotierenden hülsenförmigen Kontaktkörpers und dem gleichzeitig stehenden elektrischen Kontaktelement. Rein theoretisch ist selbstverständlich aber auch ein Gleitlager denkbar.
  • Zweckmäßig weist die Kontaktstruktur zumindest zwei radial von einer Nabe abstehende Arme auf, die an ihren Außenenden mit dem hülsenförmigen Kontaktkörper, konkret mit einer Innenmantelfläche des hülsenförmigen Kontaktkörpers, elektrisch leitend verbunden sind. Über eine derartige Ausbildung der Kontaktstruktur mit Nabe sowie davon abstehenden Armen kann eine besonders gewichtsoptimierte Kontaktstruktur erreicht werden, die insbesondere beim Einsatz in einer als Traktionsmotor ausgebildeten elektrischen Maschine in einem Elektrofahrzeug von großem Vorteil ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungseinsatzes ist das Kontaktelement mittels einer Feder gegen die Nabe der Kontaktstruktur vorgespannt. Mittels einer derartigen Federvorspannung kann eine zuverlässige und insbesondere auch temperaturunabhängige elektrische Kontaktierung zwischen dem elektrischen Kontaktelement einerseits und der Kontaktstruktur andererseits erreicht werden. Eine derartige Feder kann beispielsweise als kostengünstige und fertigungstechnisch einfach herzustellende Schraubenfeder ausgebildet sein.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungseinsatzes sind/ist das Lager und/oder die Kontaktstruktur in den hülsenförmigen Kontaktkörper eingepresst, eingelötet, eingeschweißt oder eingeklebt. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten der Fixierung des Lagers und/oder der Kontaktstruktur in dem hülsenförmigen Kontaktkörper gegeben sind. Besonders ein Einpressen stellt dabei eine fertigungstechnisch einfache und zudem kostengünstige Möglichkeit der Fixierung dar, wobei bei einem Einpressen zugleich der Vorteil gegeben ist, dass sich beispielsweise die Außenenden der Arme der Kontaktstruktur in die Innenmantelfläche des hülsenförmigen Kontaktkörpers eingraben und dadurch die elektrische Kontaktierung verbessern. Bei einem Einkleben des Lagers und/oder der Kontaktstruktur in den hülsenförmigen Kontaktkörper ist selbstverständlich darauf zu achten, dass eine Stromübertragung gegeben ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind/ist die Kontaktstruktur und/oder der hülsenförmige Kontaktkörper als metallisches Sinterbauteil oder als MIM-Bauteil (Metal Injection Molding) bzw. als Blechumformteil ausgebildet. Mittels MIM-Verfahren (Metallpulver-Spritzgießen) können auch komplexe Geometrien der herzustellenden metallischen Bauteile kostengünstig und zudem äußerst präzise hergestellt werden. Blechumformteile wiederum lassen sich besonders kostengünstig herstellen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungseinsatzes weisen das Lager und die Kontaktstruktur einen unterschiedlichen Außendurchmesser auf, wobei eine Innenmantelfläche des hülsenförmigen Kontaktkörpers einen ersten Kontaktbereich besitzt, dessen Innendurchmesser komplementär zum Außendurchmesser des Lagers ausgebildet ist, sowie einen zweiten Kontaktbereich, dessen Innendurchmesser komplementär zum Außendurchmesser der Kontaktstruktur ausgebildet ist. Hierdurch besitzt die Innenmantelfläche des hülsenförmigen Kontaktkörpers eine gestufte Form, welche nicht nur ein zuverlässiges Einpressen des Lagers und/oder der Kontaktstruktur in den hülsenförmigen Kontaktkörper ermöglicht, sondern zugleich auch einen Axialanschlag bietet, der eine besonders exakte axiale Positionierung des Lagers und/oder der Kontaktstruktur ermöglicht. Dabei ist alternativ auch denkbar, dass eine Aufnahmegeometrie für das Lager erst nach dem Einpressen des Erdungseinsatzes in die Rotorwelle gefertigt wird. Ein Lagersitz (Aufnahmegeometrie) kann auch am noch nicht mit der Rotorwelle verbundenen Erdungseinsatz vorbearbeitet und erst nach Einsetzen, z.B. Einpressen, in die Rotorwelle fertig bearbeitet werden.
  • Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Rotorwelle mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Erdungseinsatz auszustatten und dadurch diese sowie einen Rotor einer elektrischen Maschine unabhängig von während des Betriebs der elektrischen Maschine auftretenden äußeren Belastungen, wie beispielsweise mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen, zuverlässig elektrisch zu erden.
  • Die vorliegende Erfindung beruht ebenfalls auf dem allgemeinen Gedanken, eine elektrische Maschine mit einer im vorherigen Absatz beschriebenen (hohlen) Rotorwelle mit dem erfindungsgemäßen Erdungseinsatz auszustatten und dadurch eine elektrische Maschine zu schaffen, die unabhängig von beim Betrieb derselben auftretenden Belastungen eine zuverlässige Erdung der Rotorwelle ermöglicht. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, sofern die elektrische Maschine als Traktionsmotor ausgebildet ist und dadurch hohen mechanischen, thermischen sowie chemischen Belastungen (bei Kühlung) ausgesetzt ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in der Zeichnung anders dargestellt ist.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch:
    • 1 eine Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Rotorwelle für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Erdungseinsatz nach kompletter Fertigung,
    • 2a eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Erdungseinsatz mit hülsenförmigem Kontaktkörper und vierarmiger Kontaktstruktur, jedoch ohne Lager und elektrischem Kontaktelement,
    • 2b eine Ansicht auf den Erdungseinsatz entsprechend der 2a,
    • 3 eine Explosionsdarstellung zur Verdeutlichung einer Montage des erfindungsgemäßen Erdungseinsatzes,
    • 4a eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Erdungseinsatz mit hülsenförmigem Kontaktkörper, Lager und vierarmiger Kontaktstruktur bei in der Rotorwelle montiertem Zustand, jedoch ohne die Rotorwelle
    • 4b eine Ansicht auf den Erdungseinsatz entsprechend der 4a,
    • 5a eine Darstellung wie in 2a, jedoch bei dreiarmiger Kontaktstruktur,
    • 5b eine Ansicht auf den Erdungseinsatz entsprechend der 5a,
    • 6a eine Darstellung wie in 5a, jedoch bei anderem hülsenförmigem Kontaktkörper und anderer Montagerichtung für diesen,
    • 6b eine Ansicht auf den Erdungseinsatz entsprechend der 6a.
  • Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßer Erdungseinsatz 1 (vergleiche auch die 2 bis 6) zur Erdung einer Rotorwelle 2 einer elektrischen Maschine 3 einen hülsenförmigen metallischen Kontaktkörper 4 sowie eine metallische Kontaktstruktur 5 auf, die in dem hülsenförmigen Kontaktkörper 4 angeordnet und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist.
  • Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Erdungseinsatz 1 ein in dem hülsenförmigen Kontaktkörper 4 angeordnetes Lager 6 (vergleiche auch die 3 und 4a) mit einer in diesem Zustand drehfest mit dem hülsenförmigen Kontaktkörper 4 verbundenen Außenschale 7 und einer drehbar hierzu gelagerten Innenschale 8 aufnehmen. Das Lager 6 kann dabei beispielsweise als Kugellager ausgebildet sein, sodass die zwischen der Außenschale 7 und der Innenschale 8 angeordneten Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind. Alternativ kann das Lager 6 selbstverständlich auch als Gleitlager oder als Nadellager ausgebildet sein. Besonders die Ausbildung als Wälzlager, d. h. beispielsweise als Kugellager oder als Nadellager, bietet dabei den großen Vorteil einer äußerst leichtgängigen und reibungsarmen Lagerung.
  • An der Innenschale 8 wird darüber hinaus ein elektrisches Kontaktelement 9 angeordnet, das gegen die Kontaktstruktur 5 vorgespannt und elektrisch leitend mit dieser verbunden ist. Das elektrische Kontaktelement 9 ist dabei drehfest an der Innenschale 8 angeordnet. Zur Vorspannung dient hierbei beispielsweise eine Feder 10, die beispielsweise als Schraubenfeder, als Blattfeder oder als andere Feder ausgebildet sein kann. Die Kontaktstruktur 5 und der hülsenförmige Kontaktkörper 4 sind erfindungsgemäß aus Metall, insbesondere aus Stahl bzw. einem Stahlwerkstoff, ausgebildet, was den großen Vorteil bietet, dass dadurch der Erdungseinsatz 1 unabhängig von den im Betriebszustand der elektrischen Maschine 3 auftretenden Belastungen, beispielsweise thermischen, chemischen oder mechanischen Belastungen, zuverlässig eine Erdung der (hohlen) Rotorwelle 2 ermöglicht.
  • Das elektrische Kontaktelement 9 kann beispielswiese als Kohlebürste ausgebildet sein und dadurch einen rotierenden Schleifkontakt zur Kontaktstruktur 5, insbesondere zu einer Nabe 11 der Kontaktstruktur 5, besitzen.
  • Betrachtet man die Kontaktstruktur 5 weiter, so kann man erkennen, dass diese entsprechend den 1 bis 4, insgesamt vier von der Nabe 11 abstehende Arme 12 aufweist, die an ihren Außenenden mit einer Innenmantelfläche 13 des hülsenförmigen Kontaktkörpers 4 verbunden, insbesondere elektrisch leitend verbunden, sind. Prinzipiell besitzt die Kontaktstruktur 5 zumindest zwei radial von der Nabe 11 abstehende Arme 12, wobei gemäß den 5 und 6 jeweils drei Arme 12 vorgesehen sind.
  • Die Arme 12 können dabei mit ihren Außenenden direkt mit der Innenmantelfläche 13 des hülsenförmigen Kontaktkörpers 4 in Kontakt stehen, wobei zur Aufnahme der Außenenden der Arme 12 an der Innenmantelfläche 13 auch Ausnehmungen 14, insbesondere Nuten, vorgesehen sein können, wie dies entsprechend den 4 und 6 dargestellt ist. Hierdurch kann eine bezüglich eines Drehwinkels äußerst exakte Ausrichtung der Kontaktstruktur 5 relativ zum hülsenförmigen Kontaktkörper 4 erreicht werden. Demgegenüber weist die Innenmantelfläche 13 des hülsenförmigen Kontaktkörpers 4 in den 1 bis 3 und 5 keine derartigen Ausnehmungen 14 auf, wodurch eine Drehwinkel unabhängige Montage der Kontaktstruktur 5 in dem hülsenförmigen Kontaktkörper 4 möglich ist. Durch die Ausnehmungen 14 kann auch eine formschlüssige und drehfeste Fixierung der Kontaktstruktur 5 in dem hülsenförmigen Kontaktkörper 4 erreicht werden.
  • Die Kontaktstruktur 5 und/oder der hülsenförmige Kontaktkörper 4 können dabei auch als metallisches Sinterbauteil oder als MIM-Bauteil ausgebildet sein, wobei insbesondere die Herstellung als Pulverspritzgussteil den großen Vorteil bietet, komplexe Geometrien einfach herstellen zu können. Alternativ ist auch eine Ausbildung als kostengünstiges Blechumformteil denkbar.
  • Eine Montage des erfindungsgemäßen Erdungseinsatzes 1 erfolgt dabei entsprechend der 3 wie folgt: Zunächst wird der hülsenförmige metallische Kontaktkörper 4 hergestellt und anschließend die metallische Kontaktstruktur 5 in dem hülsenförmigen metallischen Kontaktkörper 4 angeordnet, beispielsweise in diesen eingepresst bzw. mit diesem verlötet, verschweißt oder verklebt. Der so vorgefertigte Erdungseinsatz 1 wird anschließend in der Rotorwelle 2 angeordnet, beispielsweise in diese eingepresst. Anschließend wird das Lager 6 in dem hülsenförmigen metallischen Kontaktkörper 4 angeordnet, beispielsweise in diesen eingepresst bzw. mit diesem verlötet, verschweißt oder verklebt.
  • Wie dabei den 1 bis 6 zu entnehmen ist, können das Lager 6 und die Kontaktstruktur 5 im endbearbeiteten Zustand einen unterschiedlichen Außendurchmesser aufweisen, wobei an der Innenmantelfläche 13 des hülsenförmigen Kontaktkörpers 4 ein erster Kontaktbereich 15 vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser in der Fertigbearbeitung nach dem Einpressen in die Rotorwelle 2 komplementär zum Außendurchmesser des Lagers 6 ausgebildet sein kann, sowie ein zweiter Kontaktbereich 16, dessen Innendurchmesser komplementär zum Außendurchmesser der Kontaktstruktur 5 ausgebildet ist. Rein theoretisch kann selbstverständlich die Kontaktstruktur 5 auch mit Übermaß in den jeweils zugehörigen Kontaktbereich 15, 16 des hülsenförmigen Kontaktkörpers 4 eingepresst werden.
  • Durch die Kontaktbereiche 15, 16 mit unterschiedlichen Durchmessern kann auch ein Axialanschlag 17, 18 geschaffen werden, sodass beispielsweise entsprechend der 5a ein von links einzupressendes Lager 6 an einem ersten Anschlag 17 und die von rechts einzupressende Kontaktstruktur 5 an einem zweiten Anschlag 18 anliegen. Durch das Einpressen des Lagers 6 im Einbauzustand an der Rotorwelle 2 und der Kontaktstruktur 5 kann auch ein sich Eingraben dieser Bauteile 6, 5 in die Innenmantelfläche 13 des hülsenförmigen Kontaktkörpers 4 erfolgen, wodurch die elektrische Kontaktierung nochmals verbessert wird.
  • Der erfindungsgemäße Erdungseinsatz 1 ist im Vergleich zu bisherigen Erdungseinsätzen aus elektrisch leitfähigem Kunststoff hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit verbessert und im Vergleich zu einem Bauteil mit elektrisch leitenden Kunststoff deutlich stabiler.
  • Eine Fixierung des Erdungseinsatzes 1 in der Rotorwelle 2 kann dabei ebenfalls mittels Einpressen, Verschweißen, Verlöten oder Verkleben erfolgen. Denkbar ist auch eine Presspassung, d. h. eine Fertigung des Erdungseinsatzes 1 an seinem Außendurchmesser mit leichtem Übermaß im Vergleich zu einem Innendurchmesser der hohlen Rotorwelle 2. Alternativ ist neben einem Verklemmen selbstverständlich auch ein Bördeln, Quetschen oder Crimpen zur Fixierung des Erdungseinsatzes 1 in der Rotorwelle 2 denkbar.
  • Der Erdungseinsatz 1 bietet darüber hinaus die vorteilhafte Möglichkeit, diesen als vorgefertigte Baugruppe herzustellen und als Ganzes in der Rotorwelle 2 zu montieren, wodurch insbesondere ein Fertigungsablauf vereinfacht werden kann.
  • Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Erdungseinsatz 1, der erfindungsgemäßen Rotorwelle 2 und der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 3 im Vergleich zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der große Vorteil einer zuverlässigen elektrischen Kontaktierung und damit einer äußerst zuverlässigen elektrischen Erdung und einer hohen Beständigkeit auch bei großen mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen erreicht werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102020110415 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Erdungseinsatz (1) zur Erdung einer Rotorwelle (2) einer elektrischen Maschine (3), - mit einem hülsenförmigen Kontaktkörper (4) aus Metall, - mit einer Kontaktstruktur (5) aus Metall, die in dem hülsenförmigen Kontaktkörper (4) angeordnet und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist.
  2. Erdungseinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hülsenförmigen Kontaktkörper (4) ein Lager (6) mit einer drehfest mit dem hülsenförmigen Kontaktkörper (4) verbundenen Außenschale (7) und einer drehbar hierzu gelagerten Innenschale (8) angeordnet ist.
  3. Erdungseinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenschale (8) eine Fläche zur Kontaktierung durch ein elektrisches Kontaktelement (9) angeordnet ist.
  4. Erdungseinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenschale (8) ein elektrisches Kontaktelement (9) angeordnet ist, das gegen die Kontaktstruktur (5) vorgespannt, elektrisch leitend mit dieser verbunden ist und eine Kohlebürste aufweist.
  5. Erdungseinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktelement (9) mittels einer Feder (10) gegen die Nabe (11) der Kontaktstruktur (5) vorgespannt ist.
  6. Erdungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstruktur (5) zumindest zwei radial von einer Nabe (11) abstehende Arme (12) aufweist, die an ihren Außenenden mit dem hülsenförmigen Kontaktkörper (4) elektrisch leitend verbunden sind.
  7. Erdungseinsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (6) als Kugellager, als Gleitlager oder als Nadellager ausgebildet ist.
  8. Erdungseinsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (6) und/oder die Kontaktstruktur (5) in den hülsenförmigen Kontaktkörper (4) eingepresst oder eingeklebt sind/ist.
  9. Erdungseinsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kontaktstruktur (5) und/oder der hülsenförmige Kontaktkörper (4) aus Stahl oder einem Stahlwerkstoff ausgebildet sind/ist, und/oder - die Kontaktstruktur (5) und/oder der hülsenförmige Kontaktkörper (4) als metallisches Sinterbauteil oder als MIM-Bauteil ausgebildet sind/ist.
  10. Erdungseinsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass - eine zur Aufnahme des Lagers (6) vorgesehene Geometrie und die Kontaktstruktur (5) einen unterschiedlichen Außendurchmesser aufweisen, - eine Innenmantelfläche (13) des hülsenförmigen Kontaktkörpers (4) einen ersten Kontaktbereich (15) aufweist, dessen Innendurchmesser komplementär zum Außendurchmesser des Lagers (6) ausgebildet ist und einen zweiten Kontaktbereich (16), dessen Innendurchmesser komplementär zum Außendurchmesser der Kontaktstruktur (5) ausgebildet ist.
  11. Rotorwelle (2) mit einem Erdungseinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Rotorwelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungseinsatz (1) in die Rotorwelle (2) eingepresst, eingelötet, eingeschweißt oder eingeklebt ist.
  13. Elektrische Maschine (3) mit einer Rotorwelle (2) nach Anspruch 11 oder 12.
  14. Elektrische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) als Traktionsmotor ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19654339B4 (de) * 1996-12-24 2004-12-02 G. Dietrich Gmbh Erdungskontakteinrichtung
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DE102022209374A1 (de) * 2021-09-28 2023-03-30 Nidec Corporation Motor und antriebsvorrichtung

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